全息术的原理应用及展望.doc

全息术的原理、应用及展望 摘 要：全息术是一种用相干光干涉得到物体全部信息的2步成像技术，是一门正在蓬勃发展的光学分支，近年来已渗透到社会生活的各个领域并被广泛地应用于近代科学研究、工业生产和生活中.本论文首先介绍了全息术的发展历程，然后就其原理及应用进行了深入探讨，最后探讨了一下全息术的发展前景． 关键字：全息术；原理；应用；展望；白光再现 The Principal, Application and Prospects of holography Abstract：Holography is a two-step imaging technology which obtains the whole information from an object with the coherent light interference. It is an active branch of optical, in recent years, it has penetrated into every field of the social life and widely used in modern scientific research, industrial production, and it have already been stepping into the modern life. Firstly, this thesis introduces the development of holography, and then had a thorough discussion on the principle and application, and finally discusses the prospects for the development of holography. Key words：Holography；Principal；Application；Prospects；White light reconstruction 8个字来表述：“干涉记录，衍射再现”。[1]全息术是一种不用透镜成像，而用相干光干涉得到物体全部信息的2步成像技术。 1.1 全息照相与普通照相的异同 全息照相与普通照相在原理和方法上都有本质的差别。普通照相是以几何光学原理为基础，利用透镜成像来记录物体各点的光强分布，反映的是物体波场的振幅信息，所成像为二维平面图像。而全息照相是利用相干光叠加而发生干涉的原理，借助所谓参考光波与原物光波的相互作用，记录下二种光波在记录介质上的干涉条纹，这种干涉条纹不仅保存了物光波（从物体反射的光波）的振幅信息，同时还保存了物光波的位相信息，它只有在高倍显微镜下才能观察到[2]。记录了干涉条纹的全息照片可以看做是个复杂的衍射光栅，当用与原参考光波相同的光再照射该光栅时，其衍射波能重现原来的物光波，在照片后原物的位置就可以观察到原被照物的三维图像。 由于振幅和相位都被记录下来了，重构光波自然包含了物体的三维信息，观察着接收重构光波时，能感受逼真的三维物体，所以称为全息[3]。下图即为一张用普通相机对重构光场拍摄的照片，图1.1和1.2从不同角度观察同一场景，得到不同的透视关系，而且对准物清晰，为对准物模糊。这与直接观察三维物体效果相同，所以全息图能产生身临其境的感觉。 (a) (b) 图一　全息图的三维效果 1.2 全息术的发展历程 全息术是Gabor早在激光出现之前发明的。下面先从他的思想的由来谈起。伽柏在15岁开始对物理产生了特别的爱好，对阿贝显微理论和Lippman彩色照相术着了迷。1934年他到英国一家公司研究室工作后，该公司的姐妹公司制造电子显微镜需要提高分辨率，他对此很感兴趣，并获得机会进行光学实验研究，当时电子显微镜的分辨能力已比最好的光学显微镜提高了一百倍，但仍不足以分辨晶格，为了提高分辨率，伽柏经过长期思索后，正值1947年复活节的一个晴天，他在网球场等待一场球赛时突然想到：“为什么不拍摄一张不清楚的电子照片，使它包含着全部信息，再用光学方法去校正它呢？”他考虑到电子物镜永远不会完善，若把它省去，利用相干电子波记录相位和强度信息，再利用相干光再现无相差的像，则电子显微镜的分辨率可提高到0.1nm，从而可以观察晶格。就是伽柏当时研究全息术的基本思想。在发明全息术的前几年，伽柏看过布喇格的“X射线显微镜”，布喇格采用两次衍射使晶格的像重现。尽管X射线无法利用透镜成像，但原子的间距与X射线的波长同数量级，周期性排列的原子对入射X射线相互散射，会产生衍射点阵；用相干光对这种衍射图样做第二次衍射，便可恢复