第5章 光学全息.pptVIP

二代身份证 §5-1 光学全息概述二、基本概念 利用干涉原理，将物体发出的特定光波以干涉条纹的形式记录下来，使物光波前的全部信息都储存在记录介质中，所记录的干涉条纹图样被称为“全息图” 当用光波照射全息图时，由于衍射原理能重现出原始物光波，从而形成与原物体逼真的三维像，这个波前记录和重现的过程被称为全息术或全息照相 §5-1 光学全息概述二、基本概念—“照相” 概念：把物体通过某种设备以物体的像的形式记录下来。对记录介质进行后续处理，当物体不在时仍可通过像可以再现物体。 系统构成： §5-1 光学全息概述二、基本概念—“物体” 物体成像在人眼：根据波动光学理论，光以波动形式向空间传播，当光照射到一个物体，物体的反射光波前传入人眼，就看到物体的亮暗、位置、形状和颜色等全部信息。 物体的物理图像： 振幅：反映物体光波的亮暗（强弱） 相位：反映物体光波随空间和时间的变化关系（位置/形状） 波长：反映物体的颜色（可见光波段） 物体波前的数学描述： §5-1 光学全息概述三、 平面照相 普通照相不能记录物光波的相位，因此不能完整描述物体。 为什么要记录物光波的相位？ 相位信息反映了三维物体光波随时间和空间的变化关系。 现有的光记录材料能否记录物光波的相位？ 不能。目前光记录材料只能记录光波的强度。 如何记录物光波的相位？ 采用干涉原理，用另一束光与物光波干涉形成干涉条纹，从而将位相转化（编码）成干涉条纹的强度分布，就能够用光记录材料同时记录物体的振幅和位相信息。 第二代全息图（激光记录、激光再现） 第三代全息图（激光记录、白光再现） 起始于上世纪七十年代。 1969年，benton提出彩虹全息图。 1977年，cross制成复合全息图。 作用：提出了白光反射全息、像全息、彩虹全息及模压全息等，在一定条件下将鲜艳的色彩赋给全息图，全息技术得到迅速普及和广泛应用。 不足：（1）对全息装置的环境及位置精度等要求仍很高； （2）相干噪声比较严重。 第四代全息图（白光记录、白光再现） 上世纪八十年代中期开始，正在发展中，目前已开始取得进展。 已经开始有了白光信息处理、非相干光处理、及非光波全息等方面的研究成果。 将实现全息术从实验室走向社会应用的过程。 §5-4 平面全息图 五、相位全息图 相位全息图的类型 ①折射率型 ②表面浮雕型 位相分布是由折射率变化引起的 例如，将银盐干板制成的全息图置于氧化剂中漂白，可得到折射率全息图。常用的氧化剂有铁氰化钾、氯化汞、氯化铁、重铬酸铵、溴化铜及溴蒸汽等。再如用重铬酸盐明胶或光致聚合物制成的全息图，也属折射率型。 位相分布是由记录介质表面厚度变化而引起的 例如，将银盐干板制成的全息图置于鞣化漂白液中，经干燥便可制得浮雕型全息图；再如用光致抗蚀剂（光刻胶）作记录介质，得到的全息图也是浮雕型。 §5-5 体积全息图 体积全息图 通常胶膜厚度满足关系式： 当用于全息记录的感光胶膜厚度足够厚时，它在物光和参考光的干涉场中将记录到明暗相间的三维空间曲面族，这种全息图在再现过程中将主要显示出体效应，与前一节所介绍的平面全息图的特点有很大差别。 记录介质的折射率 记录波长 干涉条纹周期 §5-5 体积全息图 一、体全息图的记录 体全息图对于角度和波长如此苛刻的选择性，造成了它特殊的应用前景。 仅当照明光束的入射角和波长同时满足布拉格条件，才能得到最强的衍射光。若波长或角度稍有偏移，衍射光强将大幅度下降，并迅速降为零。 可以用白光再现：因为在由多种波长构成的复合光中，仅有一种波长即与记录光波相同波长的光才能达到衍射极大，而其余波长都不能出现足够亮度的衍射像，避免了色串扰的出现。 体全息图可用于大容量全息存储：可以用很小的角度（或波长）间隔存储多重图像而不发生像串扰。 布拉格条件 2Λsinθ = λ 体全息图可用于高效率全息器件：设计灵活，制作简便 §5-5 体积全息图 一、体全息图的记录 物光波和参考光波都是平面波 条纹面应处于R和O两光夹角的角平分线，它与两束光的夹角θ应满足关系式 根据光的干涉原理，在记录介质内部应形成等间距的平面族结构，称为体光栅。 θ = ( θ1 - θ2 ) / 2 参考光在介质内的入射角 物光在介质内的入射角 O z R q q1 x q2 L kg d d kr ko. 在相对厚的介质中记录的全息图 简单情形: 物波和参考波是波矢量为ko和kr的平面波, 记录介质的前后两表面是z = 0和 z =d 干涉图样是x, y和z的函数： I(x, y, z) = | Ir1/2exp(j kr.r) + Io1/2exp(j ko.r)|2 = Ir+ Io+ 2(IrIo) 1/2cos(ko.r - kr.r)