最新信息光学光学全息精讲教学讲义ppt课件.ppt

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1、信息光学光学全息精讲光学全息引言人的眼睛能够看到一个物体，是由于物体所发出的光波携带着物体所包含的信息传播到眼睛里，在视网膜上成像所致。光波的波长、振幅、相位就决定了所看见物体的特征（颜色、亮暗和形状）。然而，普通照相只能作强度记录，不能记录物体光波的相位，因而在照相过程中丢失了物体纵深方向的信息。我们生活在丰富多彩的三维世界中，但通过普通照片、电视、电影所看到的只是一些二维的图景，这自然不能令人满意。如何得到三维的图像呢？这种方法就全息术：利用干涉原理，将物光波前以干涉条纹的形式记录下来，由于物光波前的

2、振幅和相位，即全部信息都储存在记录介质中，它被称为“全息图”。光波照明全息图，由于衍射效应能再现原始物光波，该光波将产生包含物体全部信息的三维像。这个波前记录和再现的过程就是全息术，或全息照相。如果我们能够用某一种方法把物体光波（其中包含振幅和相位信息）以某种方式记录下来，则当我们想办法把物光波再现出来的话，就能再现三维的物体。全息照相仿真实验CAI激光高度相干性，要求全息拍摄过程中各个元件、光源和记录介质的相对位置严格保持不变，并且相干噪声也很严重，这给全息术的实际使用带来了种种不便，于是科学家们又回过

3、头来继续探讨白光记录的可能性。第四代全息图可能是白光记录和白光再现的全息图，它将使全息术最终走出实验室，进入广泛的实用领域。除了用光学干涉方法记录全息图，还可用计算机和绘图设备画出全息图，这就是计算全息（ComputerGeneratedHologram，简称CGH)。计算全息是利用数字计算机来综合的全息图，不需要物体的实际存在，只需要物光波的数学描述，因此具有很大的灵活性。全息术不仅可以用于光波波段，也可用于电子波，X射线、声波和微波波段。5.2波前记录与再现物体通过成像系统所成的像中包含着物体的信息，

4、对这一点不会有人提出异议。事实上这种信息存在于物像之间光波经过的任一平面上。正是光波承载着物体信息经过这些平面向像面传递的。因而在该平面把携带信息的光波波前记录下来，将可以在另一时间场所，采用适当的方法把波前再现出来，使之继续传播，以产生一个可观察的三维像。光波传递信息，构成物体的像这一过程被分为两步：波前记录与波前再现，这正是全息术的基本思想。5.2.1波前记录1、用干涉方法记录物光波前所有记录介质都只对强度有响应，属能量探测器，不能记录波前携带的相位信息，因此，必须设法把相位信息转化为强度的变化才能记

5、录下来。干涉法是将空间相位调制转换为空间强度调制的标准方法。记录介质参考波物波上图为波前记录的示意图,设传播到记录介质上的物光波前复振幅（对于理想单色光，其空间的复振幅分布是不随时间变化的）为传播到记录介质上的参考光波前复振幅记录介质上的的总光强为对两个波前的干涉图样曝光后，经显影、定影处理后得到全息图。因此，全息图实际上就是一幅干涉图。记录介质参考波物波上式中前两项是物光和参考光的强度分布，其中参考光波一般选取用比较简单的平面波或球面波，因而是常数是物光波在底片造成的强度分布。记录介质参考波物波物光波在

6、底片造成的强度分布是不均匀的，但实验上一般都让它比参考光弱得多。前两项基本上是常数，作为偏置项.第三项是干涉项，包含有物光波的振幅和相位。参考光波的作用正好完成使物光波波前的相位分布转换成干涉条纹的强度分布的任务。2.干涉图记录到记录介质上形成全息图全息记录介质有多种。常用的是涂有卤化银乳胶的银盐感光板（或胶片）。经适当显、定影等处理后，就得到全息图。全息干板（胶片）结构感光过程:光化学过程银盐乳胶吸收光子生成不可见的潜像，显影处理后得可见的像，定影后成永久的像。潜像形成过程：银盐乳胶吸收光子后，分解成一

7、些金属银小斑点（显影中心），在显影过程中，这些细小的显影中心使整个卤化银晶粒变成金属银沉淀下来，没有曝光或曝光不足的晶粒保持不变，定影出去未曝光的卤化银，而留下金属银。3、记录过程的线性条件直线曝光量振幅透过率负片的t-E曲线假定全息干板的作用相当于一个线性变换器，它把曝光期间内入射光强线性地变换为显影后负片的振幅透过率，为此必须将曝光量变化范围控制在全息干板t-E曲线的线性段内。如图所示，此外，我们还必须假定全息干板具有足够高的分辨率，以便能记录全部入射的空间结构，这样全息图的振幅透过率可记为:式中和均

8、是常数。是曝光时间。对于负片和正片，分别是负值和正值。假定参考光的强度在整个记录表面是均匀的，则式中表示均匀偏置透过率。如果全息图的记录末能满足上面指出的线性记录条件，将影响再现光波的质量。5.2.2波前再现1衍射效应再现物波波前用一束相干光波照射全息图，假定它在全息图平面上的复振幅分布为C（x,y)，则透过全息图的光场为讨论：由于参考波通常采用球面波和平面波，所以R2近似为常数，于是U1中两项系数的作用仅仅改变照明光波C的振