信息光学第08章ppt.pdf

第八章 光学全息 8.1 全息术概述 8.2 全息照相的基本原理 8.3 基本全息图 8.4 其他几种类型的全息图 8.5 全息记录介质 8.6 计算全息 本章将全面而系统地介绍光学全息的基本原理、全息图的主要类 型以及全息技术的应用。全息记录的愿意不仅可用于光学波段，也 可用电子波，X射线、微波和声波等，只要波动过程在形成干涉花 样时具有足够的相干性即可。本章所讲述的有关全息技术的内容， 主要在可见光范围内。 8.1 全息术概述 8.1.1 全息术的发展简史 8.1.2 全息照相的基本特点 8.1.3 全息图的类型 8.1.4 光学全息的应用 8.1.5 基本术语 普通照相是根据几何光学成像原理，记录下的反映光场振幅信息 的光波的强度，将空间物体成像在一个平面上，由于丢失了光波的相 位，从而失去了物体的三维信息。如果使用某种方法，使我们能够同 时记录物体光波的振幅和相位的信息，并在一定条件下再现这些信 息，则就可以看到物体的三维像；即使物体已经移开，仍然可以看到 原始物体本身具有的“全部”现象，包括三维感觉和视差。利用干涉原 理，将物体发出的光波以干涉条纹的形式记录下来，使物光波前的“全 部”信息都贮存在记录介质中，这样所记录下的干涉图样被称为“全息 图”。“全息(hologram)”一词来源于希腊字“holos”和“gramme”，前 者的意思是“整个”或“完整”，后者的意思是“信息”或“书信”，因此， 全息的意思就是“完全”的信息，这里所谓的“完全”通常是指不仅包括 了光的振幅信息，还包括了相位信息。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就称为全息术或全息照相，就物理本质而 言，全息照相的基本规律并未超过传统波动光学的范围，它仍然是以 波动光学的干涉和衍射理论作为基础的。 从成像角度来来说，全息照相是一种特殊的三维立体照相技术， 用此技术拍摄的相片称为全息图，全息图不仅记录了物光的光强，而 且能记录物光的相位。在一定条件下，照明这张全息图就能再现物光 波前，显然对全息技术来来说，“照明”一词显示的过于狭窄。所以， 在文献中，也各种关于全息技术的称呼，如：全息照相(holography)、 全息技术、全息术等。从自这种技术发明以来，全息技术已成为信息 光学最活跃的领域之一。各种类型的全息图、全息元件和设备、全息 检测方法和显示技术得到了发展，各种全息记录材料和全息产品获得 了应用，越来越多的科技、教育工作者和工艺美术师们建立起了全息 实验室和全息博物馆，并开展了大量的学术研究和应用探索。尤其是 近十多年来，模压全息技术的发展使全息产品走向产业化，并开始深 入到人们日常生活领域。全息照相术正以最活跃、必威体育精装版和增长最快的 高级技术工业之一的姿态出现于世界。 8.1.1 全息术的发展简史 全息照相术是英籍匈牙利科学家丹尼斯盖伯(Dennis Gabor, 19001979)发明的。 他在1948年提出了一种用光波记录物光波的振幅和相位的方 法，并用实验证实了这一想法，从而开辟了光学中的一个崭新领 域，他也因此而获得1971年诺贝尔物理学奖 从1948年盖伯提出全息照相的思想开始一直到50年代末期， 全息照相都是采用汞灯作为光源，而且是所谓的同轴全息图，它 的级衍射波是分不开的，即存在所谓的“孪生像”问题，不能获得 好的全息像。这是第一代全息图，是全息术的萌芽时期。第一代 全息图存在两个严重问题：一个是再现的原始像和共轭像分不 开，另一个是光源的相干性太差。 1960年激光出现，提供了一种单色性很好的高相干性光源，是 制作全息图理想的光源。1962年美国密执安大学雷达实验室的科学 家利思和乌帕特尼克斯(Upatnieks)将通信理论中的载频概念推广到 空域中，提出了“斜参考光法”，即离轴全息术。 这种方法不像盖伯全息图那样以物体直接透射光作为参考光， 而是单独引入分离的倾斜照射的参考光波。用这种方法采用氦氖激 光器成功拍摄了第一张三维物体的激光透射全息图。他用离轴的参 考光与物光干涉形成全息图，再利用离轴的参考光照射全息图，使 全息图产生三个在空间相互分离的衍射分量，其中一个复制出原始 物光。这样产生的全息图可以看到清晰的三维像。产生孪生像的衍 射波在方向上分离，不再互相干扰。这样，第一代全息图的两大难 题宣告解决，