k-fst- 2006信息光学第十三讲专用课件.pptVIP

第五章：光全息术  引言，全息术原理——波前记录与再现，基元全息图分析，菲涅尔全息图 全息照相的特点和原理 两个突出的特点，一是三维立体性，二是可分割性 全息照片再现出来的像是三维立体的，具有如同观看真实物体一样的立体感，这一性质与现有的立体电影有着本质的区别 可分割性，是指全息照片的碎片照样能反映出整个物体的像来，并不会因为照片的破碎而失去像的完整性 普通照相在胶片上记录的是物光波的振幅信息（仅体现于光强分布），而全息照相在记录振幅信息的同时，还记录了物光的位相信息 全息术的发展历史 全息术的发展历史 全息术的发展历史 丹尼斯·盖伯（Dennis Gabor）于1948年提出，由于这种技术要求高度相干性及高强度的光源而一度发展缓慢——萌芽时期，是用汞灯作光源，摄制同轴全息图，是第一代全息图 1960年第一台激光器问世，解决了相干光源问题， 1962年美国科学家利思（Leith）和乌帕特尼克斯（Upatnieks）提出了离轴全息图以后，全息技术的研究才获得突飞猛进的发展——，激光记录、激光再现的离轴全息图，称为第二代全息 第三阶段是激光记录、白光再现的全息图，称为第三代全息，主要包括白光反射全息、像全息、彩虹全息、真彩色全息及合成全息等 用白光记录、白光再现的全息图，称为第四代全息 波前记录与再现 人眼接收到不失真的物光波的全部信息，两眼产生视差的结果，便看到了三维立体像 利用两眼视差观察不同像合成，并不是真正的立体像；接收到具有位相关系的物光波，看见物体的立体像，才是“全息”立体像 “冻结”物光波的过程称为“波前记录”，“复活”信息称为“波前再现” 即“wavefront reconstraction” 盖伯避免位相信息丢失的技巧是干涉方法,因为干涉场分布与波面位相有一一对应关系 物光波的振幅和位相信息便以干涉条纹的形状、疏密和强度的形式“冻结”在感光的全息干板上 波前记录与再现 波前记录: 将位相编码为强度Transform Phase into Intensity 制作透明片t(x,y)= O(x,y)的关键障碍： 光学探测器只响应光强度| O(x,y)|2，而对位相arg{O(x,y)}不敏感。 位相信息不应当丢弃。 为了记录O(x,y)的位相，应当找到一种编码方法将位相的变化转换为强度变化。 波前记录: 全息编码 Holographic Code 基本点：在z = 0平面, 将初始光波O（物波）与已知的参考波R叠加(混合). 用照相方法记录两个波叠加以后干涉图样的强度 得到复振幅透过率 t与曝光强度成正比的透明片. 波前记录的数学模型  全息图的复振幅透过率 波前再现 波前再现续（1） 波前再现续（2） 波前再现续（3） (3)其他情况： a．照射角度的偏离：如再现光与参考光波面形状相同，只是相对全息图的入射角有偏离。偏离角小时仍出现再现像；随着角度的增大，再现像由畸变直至消失。全息图只在一个有限的角度范围内能再现物波前。 利用这一特性，可采用不同角度的参考光在同一张全息片上记录多重全息图，再现时只要依次改变再现光角度，便可依次显示出不同的像来。 b.波长的改变：如再现光与参考光只是波长存在差异，则再现像会出现尺寸上的放大或缩小，同时改变与全息图的相对距离。 c.波面的改变：再现光波面的改变会使原始像发生畸变。 波前记录与再现 全息再现特点的定性说明 全息图上每一点都记录有物上所有点发出的波的全部信息，因此每一点都可以在参考光照射下再现出像的整体。 对再现像有贡献的点越多，像的亮度越高。点越多再现时的照明孔径也越大，像的分辨率就越高，可以观察三维立体像的视角也越宽 还应当注意到，在全息图上这四项是相互重叠在一起的. 由于光是独立传播的，再现时在全息图上相互重叠的四项将分别沿三个不同方向传播。 只要这些方向之间夹角比较大，离开全息图不远就可以分离开来，在不同方向上观察，这四项产生的图像并不会互相干扰 ——利思和乌帕特尼克斯提出离轴全息图的原理。 同轴全息图的记录和再现 例：习题 5.1 例：习题 5.1 续 （1） 例：习题 5.1续（2） 全息实验用装置 1.相干光源——激光器 2．防震平台及光学元件 在几秒到几分钟甚至几十分钟内要求光路必须达到较高稳定度，光程差的变化量不得超过λ