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1、光學(xué)信息技術(shù)原理及應(yīng)用光學(xué)全息技術(shù)的原理與介紹(十四)M2M1B/SLiNbO3:FecrystalHe-NeLaserM0rotate2rotate1全息照相的特點和原理兩個突出的特點，一是三維立體性，二是可分割性全息照片再現(xiàn)出來的像是三維立體的，具有如同觀看真實物體一樣的立體感，這一性質(zhì)與現(xiàn)有的立體電影有著本質(zhì)的區(qū)別可分割性，是指全息照片的碎片照樣能反映出整個物體的像來，并不會因為照片的破碎而失去像的完整性普通照相在膠片上記錄的是物光波的振幅信息（僅體現(xiàn)于光強(qiáng)分布），而全息照相在記錄振幅信息的同時，還記錄了物光的位相信息全息術(shù)的發(fā)展歷史丹尼斯·蓋伯（DennisG
2、abor）于1948年提出，由于這種技術(shù)要求高度相干性及高強(qiáng)度的光源而一度發(fā)展緩慢——萌芽時期，是用汞燈作光源，攝制同軸全息圖，是第一代全息圖1960年第一臺激光器問世，解決了相干光源問題，1962年美國科學(xué)家利思（Leith）和烏帕特尼克斯（Upatnieks）提出了離軸全息圖以后，全息技術(shù)的研究才獲得突飛猛進(jìn)的發(fā)展——，激光記錄、激光再現(xiàn)的離軸全息圖，稱為第二代全息第三階段是激光記錄、白光再現(xiàn)的全息圖，稱為第三代全息，主要包括白光反射全息、像全息、彩虹全息、真彩色全息及合成全息等用白光記錄、白光再現(xiàn)的全息圖，稱為第四代全息波前記錄與再現(xiàn)人眼接收到不失真的物光波的全
3、部信息，兩眼產(chǎn)生視差的結(jié)果，便看到了三維立體像利用兩眼視差觀察不同像合成，并不是真正的立體像；接收到具有位相關(guān)系的物光波，看見物體的立體像，才是“全息”立體像“凍結(jié)”物光波的過程稱為“波前記錄”，“復(fù)活”信息稱為“波前再現(xiàn)”即“wavefrontreconstraction”蓋伯避免位相信息丟失的技巧是干涉方法,因為干涉場分布與波面位相有一一對應(yīng)關(guān)系物光波的振幅和位相信息便以干涉條紋的形狀、疏密和強(qiáng)度的形式“凍結(jié)”在感光的全息干板上波前記錄和波前再現(xiàn)示意圖波前記錄的數(shù)學(xué)模型在全息干板H上設(shè)置x,y坐標(biāo)，設(shè)物波和參考波的復(fù)振幅分別為O(x,y)=O0(x,y)exp[j
4、φo(x,y)]R(x,y)=R0(x,y)exp[jφr(x,y)]干涉場光振幅應(yīng)是兩者的相干疊加，H上的總光場為干涉場光振幅應(yīng)是兩者的相干疊加，H上的總光場為U(x,y)=O(x,y)+R(x,y)干板記錄的是干涉場的光強(qiáng)分布，曝光光強(qiáng)為I(x,y)=U(x,y)·U*(x,y)=∣O∣2+∣R∣2+O·R*+O*·R經(jīng)線性處理后，底片的透過率函數(shù)tH與曝光光強(qiáng)成正比，略去一個無關(guān)緊要的比例常數(shù)，上式可直接寫成tH(x,y)=∣O∣2+∣R∣2+O·R*+O*·R波前再現(xiàn)的數(shù)學(xué)模型設(shè)照明光波表示為C(x,y)=C0(x,y)exp[jφc(x,y)]透過H后的光振
5、幅U’(x,y)為式(5.7)稱為全息學(xué)基本方程，其中方程右邊各項的意義為第一、二項：與再現(xiàn)光相似，它具有與其相同的位相分布，只是振幅分布不同，因而它將以與再現(xiàn)光C(x,y)相同的方式傳播。第三項：包含有物的位相信息，但還含有附加位相。第四項：包含有物的共軛位相信息，可能形成共軛像。波前再現(xiàn)的幾個特例(1)（1）C(x,y)=R(x,y)，即原參考光再現(xiàn)U’(x,y)=R0（O02+R02）exp[jφr]+R02O0exp[jφo]+R02O0exp[-j(φo-2φr)]第一、二項合并為一項，保留了參考光的信息第三項與原物光波只增加了一個常數(shù)因子，再現(xiàn)了物光波，所
6、成的像稱為原始像（虛象）第四項為共軛項，它除了與物波共軛外，還附加了一個位相因子，因而這一項成為畸變了的共軛像，是實像波前再現(xiàn)的幾個特例(2)（2）C(x,y)=R*(x,y)采用與參考光共軛的光波再現(xiàn)U’(x,y)=R0（O02+R02）exp[-jφr]+R02O0exp[j(φo-2φr)]+R02O0exp[-jφo]第一、二項合并，仍保留了參考光的特征第三項是畸變了的虛象第四項是與原物相象的實像，但出現(xiàn)了景深反演，即原來近的部位變遠(yuǎn)了，原來遠(yuǎn)的部位變近了，稱為贗像波前再現(xiàn)的幾個特例(3)(3)其他情況：a．照射角度的偏離：如再現(xiàn)光與參考光波面形狀相同，只是相
7、對全息圖的入射角有偏離。偏離角小時仍出現(xiàn)再現(xiàn)像；隨著角度的增大，再現(xiàn)像由畸變直至消失。全息圖只在一個有限的角度范圍內(nèi)能再現(xiàn)物波前。利用這一特性，可采用不同角度的參考光在同一張全息片上記錄多重全息圖，再現(xiàn)時只要依次改變再現(xiàn)光角度，便可依次顯示出不同的像來。b.波長的改變：如再現(xiàn)光與參考光只是波長存在差異，則再現(xiàn)像會出現(xiàn)尺寸上的放大或縮小，同時改變與全息圖的相對距離。c.波面的改變：再現(xiàn)光波面的改變會使原始像發(fā)生畸變。全息再現(xiàn)特點的定性說明全息圖上每一點都記錄有物上所有點發(fā)出的波的全部信息，因此每一點都可以在參考光照射下再現(xiàn)出像的整體。對再現(xiàn)像有貢獻(xiàn)的點
