20计算全息以及全息的应用.ppt

三种脉冲调制波形 不规则光栅的衍射效应 迂回相位编码计算傅里叶变换全息图及其再现像 输入 输出 如果限幅器的输入为 偏置函数 其中 分别是物光波的振幅和相位函数 其输入输出波形如下图所示.这时输出脉冲宽度受到q(x,y),即A(x,y)的调制,输出脉冲的位置受到 的调制. 输入 输出 输出的二元函数的一般形式是 当用单位振幅的平面波垂直照射全息图时，透过光波就是上式二元全息函数。我们只对m =1或m = -1感兴趣，取m = -1,于是有 如果限幅器的输入为 则透射光波+1级 衍射项将再现原来的物光波。 上式表明，透射光波的-1级衍射项完全再现了物光波 其中线性相位项 作为载波给出了再现物光波的传播方向 二元全息干涉图的制作 二元全息函数的取值为0或1，为了利用计算机控制绘图仪制作全息干涉图，只需要确定二元全息函数h(x,y)由0 1 或由1 0的边界点的坐标位置，这样，满足方程 的点就构成了二元全息干涉图的画线边界，也即是 其中-表示h(x,y)由0-1的前沿点,+表示由1-0的后沿点 的条纹，其坐标应满足方程 上面两个方程确定了计算全息干涉图上条纹的位置和形状。求解基本方程并确定画线边界后，就可以用计算机控制绘图设备画出干涉图。 当要再现的物波函数只有相位变化，即A(x,y)等于常数时，基本方程可以简化为如下形式,设q=0 此时，可以用细线条绘制全息图，所以计算全息干涉特别适合于再现纯相位的物波。 载波频率的选择 是载波的空间频率，其选择与光学记录的全息图相同，要避免在空间域第一级衍射波和二级以上的衍射波不相互重叠，载波频率 是物光波局部空间最高频率 实际中，取 例：说明绘制一个球面波的二元全息干涉图的制作方法 （1）由方程 求局部空间频率 由上式可知，其最大局部空间频率位于波面边沿，设球面波直径为D，则 取 因此二元干涉条纹的平均周期和条纹数为 设 条纹总数N=1264 将T和 代入方程 可得每一条纹的空间位置。并控制绘图仪画出计算全息干涉图。由于干涉条纹很密，通常是先按一定的比例放大绘图，然后再用光学缩版方法得到可用的全息图(课外作业)。 说明：球面波在光学中可以用透镜很方便地产生，而另一些复杂的波面，如螺旋形波面、非球面等，用光学技术是难以得到的。由于计算机仿真干涉图的灵活性很大，使得计算全息干涉图很适合产生用单纯光学方法难以实现的特殊相位型变化的波面。 计算全息术的应用（1） 1、三维图象显示： 计算全息可对那些能方便地用数字描述但却难以实际制作的物体进行三维显示 2、计算全息元件：用于校正普通全息元件像差用的像差校正器 用于激光扫描器，可实现多束光同时高速扫描 用于数据存储中进行编码的相移器 功能特殊的全息透镜 ? 计算全息术的应用（2） 3．光学检测： 计算全息制作标准波面精度很高 4．光学信息处理中的各种空间滤波器： 用于图象消模糊的逆滤波器 用于像边缘增强或图象加减的微分滤波器 图象处理的各种带通滤波器等等 ? 计算全息以及全息的应用 计算全息 计算全息将计算机技术与光全息术结合起来，可以实现光学全息术无法实现或难以实现的某些特殊功能。 光全息术是利用光的干涉原理，借助于参考光将物光波的复振幅记录在感光材料上，能够实现这种记录的必要条件是物体的真实存在 很多实际应用中理想的“物体”是很难制作，例如，用于检测光学元件加工质量的标准件，用于光学信息处理的空间滤波器，用于数据存储系统的相移器， 计算全息发展极其迅速，已成功地应用在三维显示、空间滤波、光学信息存储和激光扫描等诸多方面 计算全息图的制作 计算全息图的计算机制作分为四步： 对物光信息的采集：对于实际存在的物体，可利用扫描仪或数字摄像机进行数据采集。而对于那些实际不存在的物体，可将其函数形式直接从键盘输入计算机 处理：用抽样定理将物函数离散化，取抽样单元数不超过物的空间带宽积，对物函数做某种变换到达全息图 编码：（两种途径）干涉的计算机仿真和迂回位相法 存储：用计算机绘图仪直接画在纸上，然后用精密照相翻拍在照相底片上，适当放大或缩小到合适的尺寸 物信息的采集 物光信息的采集是指确定物光信息的函数形式，一般表现为复振幅透射率函数（或反射率函数） 对于实际存在的物体，可利用扫描仪或数字摄像机进行数据采集 对于那些实际不存在的物体，可将其函数形式直接从键盘输入计算机 物函数需要离散化，一般取抽样单元数不超过物的空间带宽积，即满足关系式