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哈工大信息光学experiment8.pdf
付里叶变换全息图用于资料储存
实验目的:
了解付里叶变换全息图用于资料储存的原理和方法
实验原理:
1.付里叶变换全息图
光线通过衍射屏时,若入射光、衍射光或两者之一不是平行光,则这种衍射称为菲
涅尔衍射。在拍摄全息照片时,物体与全息干版的距离不大,因此一般全息照片都是记
录物光的菲涅尔衍射,这样拍摄得全息图称为菲涅尔全息图。如果拍摄对象是一平面物
体,在物与全息干版间放一透镜,物体放在透镜的前焦面上,则物体上每—点发出的光,
经过透镜之后,变成一束不同方向的平行光。若这时所用的参考光也是平行光,即物点
的光和参考光到达全息干版时均为平行光,这类全息照相称夫朗和费全息照相。如图 1
所示。这类全息片再现时,需用平行参考光照明全息片,再现的虚像及其共轭像均位于
透镜的焦平面上。如图 2所示如果在拍全息图时,全息干版位于透镜的后焦面上,通常
把这样的全息图称为付里叶变换全息图。
图 1 夫朗和费全息图记录 图2 夫朗和费全息图再现
2.资料储存原理
首先将欲存储的资料如图片,文字等翻拍成透光的缩微片,作为全息照相的被摄物
体,通常把这种微缩片称作信息片,用平行光照明信息片,并用透镜聚焦,在焦平面上
可以得到一个很小的光点。为了使物光照在全息干版上的光点均匀一些,从而提高全息
片的衍射效率,在拍摄全息片时,往往使全息干版少许离开物镜的焦平面,如图 3 所
示。离焦量用Δf/f 表示:一般取 0.1 左右。本实验所用的付里叶变换透镜是—块双
胶合正透镜。这样一张全息图在全息干版上所占的面积是很小的,所以可以用相继逐点
曝光的方法,将许多信息片的全息图记录在同一张干版上,组成一个全息图列阵。例如
每张全息图的直径为 1 2mm,间隔为0 3mm,则在一张 6cm×6cm的全息干版上,可以记
录 40×40=1600 张信息片,如果每—张信息片是—整页文字资料,则这样一张全息片可
存储厚厚的一本书的文字资料。
图 3 付里叶全息图
下面,我们推导—下记录在干版上的光点应该取多大的直径。
信息片中,那些平行排列的单元,如中文的横或竖单元,可以视为具有一定光栅常
数的光栅。设其最小可分辨单元(如两横之间的最小距离)为d,则在透镜后焦面上正负
一级衍射条纹之间的距离 d 为从衍射理论可知,只有当全息片记录了衍射光中正负一级
亮纹时,才能记录信息片中的主要信息。再现时所看到的虚象才比较清晰。为了
能分辨信息片上的最小分辨单元 d,全息片上光斑的尺寸最小应为 2fA/飞,参考光的
光斑应略大于物光光斑。否则看不清虚像,只能看到一排排亮痕。
对于 160×200mm 的汉字书页,笔划间距为 0.3mm,微缩片幅面为 15×20mm,则
d =0.03mm。当λ=0.6328μ m , f=84mm 时,存储光斑的最小直径应为:
2f λ −6
2 0.6 10 84
× × ×
d 3.5 mm
d 0.03
实验仪器
JCX-4D 型激光多功能全息测量仪,信息片
实验步骤
1 将JXC-4D型激光全息与光信息处理综合测量仪安装成图 4 所示光路。激光束被
分束镜分成两束,反射光作参考光,透射光作物光。物光由L 和L 两片凸透镜准直,照
1
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