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信息光学05_01.pdf
Information Optics
第五章 光学全息
Optical Holography
Institute of Information Optics, ISE, SDU
Information Optics
5.1 引言
5.1.1 光学全息的基本思想与原理的概述
光波是电磁波,随时间振动,并在空间传播。光波照射物体时,
其振幅和相位就被空间调制。物光波的振幅给出物体的亮度
(强度)信息,相位给出物体的方位(深度和位置)信息。
现有的感光材料及光电成像器件均是强度敏感记录介质或器件
(平方律记录介质或探测器件)。
通常的照相摄影,采用的是感光胶片或CCD ,记录的都是成
像光波的强度(振幅的平方),失去了物体光波的相位信息;
观察这种影像时,由于缺少了相位信息(方位、距离、深度信
息),所以失去了三维立体感。
Institute of Information Optics, ISE, SDU
Information Optics
若能采用某种方法把物光波的振幅和相位同时记录下来,并
能在一定条件下再现,则可看到包含物全部信息的三维像(包
括三维感觉和视差),即使物体已经移开,仍然能看到原物体。
光学全息术:利用干涉原理,通过引入一个与物光波相干的
参考光波与物光波干涉,将物光波中的振幅和相位信息以干
涉条纹(干涉图)的形式记录在某种介质上。然后再利用光
波衍射的原理,通过光波的衍射,再现原始物光波,从而再
现原物体的三维像。
波前记录(全息记录):物光波与参考光波干涉的记录过程。
全息图:被某种介质记录下的物光波与参考光波形成干涉图。
(物光波的振幅和相位信息转化成为干涉图(干涉条纹)中
的条纹衬比度、条纹的间距及取向等的空间分布。
波前再现(全息再现):把全息图作为衍射屏,用符合一定条件
的光波照射全息图,特定方位的衍射波就可以重现原物光波。
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Information Optics
全息:全部信息,振幅和相位。
以上这种记录和再现物光波的技术叫全息照相术(全息术)。
全息的波前记录和再现过程就是调制与解调的过程。其中参考
光波是载波,物光波是调制光波,干涉记录过程就是调制,衍
射再现就是解调。
5.1.2 光全息发展历史概述
一、全息术的提出:
是由丹尼斯·盖伯(Dennis Gabor )发明的。1947年,他从事电子
显微镜研究工作,当时由于电子透镜的像差,使电子显微镜分辨率的
提高碰到了很大的困难,(理论分辨极限是0.4nm ,而实际只能达到
1.2nm )。盖伯从布喇格(Bragg )的X射线衍射显微镜中受到启发,
设想不用任何透镜,用经物体衍射的电子波与相干的背景波重叠,将
物体衍射波的振幅和相位以干涉条纹的形式记录在照相底片上(他首
次称之为全息图),然后用波长比电子波波长大105倍的光波照明此全
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息图,就可得到放大率为M=λ /λ =10 的物体像。
光 电
Institute of Information Optics, ISE, SDU
Information Optics
在1948年,提出用光波记录物光波振幅和相位的方法,并用
实验证实了这一想法,从而产生了一个新的光学领域——光全
息术。1971年,因此获得诺贝尔物理学奖。
二、全息术发展的几个阶段
自1948年盖伯提出光全息的思想一直到50年代末,全息照相一
般采用汞灯作为光源,并且是同轴全息记录方法(得到全息图
称为同轴全息)。±1级衍射波分及零级不开,存在所谓的“孪
生像” 问题,不能获得好的再现图像。光源的相干性差。
全息术的萌芽时期。第一代全息图。
60年,激光器出现:单色性、方向性好,强度高,相干光
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