各種全息圖及其應(yīng)用

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1、各種全息圖及其應(yīng)用體積全息圖計(jì)算全息全息記錄介質(zhì)1體積全息圖當(dāng)用于全息記錄的感光膠膜厚度足夠厚時(shí)，它在物光和參考光的干涉場(chǎng)中將記錄到明暗相間的三維空間曲面族，這種全息圖在再現(xiàn)過(guò)程中將主要顯示出體效應(yīng)，與前一節(jié)所介紹的平面全息圖的特點(diǎn)有很大差別。這一類(lèi)全息圖稱(chēng)為體積全息圖體積全息圖膠膜厚度滿(mǎn)足關(guān)系式式中d表示干涉條紋周期，n為記錄介質(zhì)的折射率，?為記錄波長(zhǎng)2體積全息圖的記錄先討論物光波和參考光波都是平面波的情形。根據(jù)光的干涉原理，在記錄介質(zhì)內(nèi)部應(yīng)形成等間距的平面族結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為體光柵，如下圖示3布喇格定律與布喇格條件條紋面應(yīng)處于R和O兩光夾角的角平分線，它與兩束光的夾角θ應(yīng)滿(mǎn)足關(guān)

2、系式：體光柵常數(shù)Λ應(yīng)滿(mǎn)足關(guān)系式式中λ為光波在介質(zhì)內(nèi)傳播的波長(zhǎng)。體積全息圖對(duì)光的衍射作用與布喇格（Bragg）對(duì)晶體的X射線衍射現(xiàn)象所作的解釋十分相似，因而常借用所謂的“布喇格定律”來(lái)討論體積全息圖的波前再現(xiàn).上式稱(chēng)為“布喇格條件”，角度θ稱(chēng)為“布喇格角”。4體全息圖對(duì)角度和波長(zhǎng)的選擇性若把條紋面看作反射鏡面，則只有當(dāng)相鄰條紋面的反射光的光程差均滿(mǎn)足同相相加的條件，即等于光波的一個(gè)波長(zhǎng)時(shí)，才能使衍射光達(dá)到極強(qiáng)。若波長(zhǎng)和角度稍有偏移，衍射光強(qiáng)將大幅度下降，并迅速降為零。特殊的應(yīng)用前景：體全息圖可以用白光再現(xiàn)。因?yàn)樵谟啥喾N波長(zhǎng)構(gòu)成的復(fù)合光中，僅有一種波長(zhǎng)即與記錄光波相同波長(zhǎng)的光才

3、能達(dá)到衍射極大，而其余波長(zhǎng)都不能出現(xiàn)足夠亮度的衍射像，避免了色串?dāng)_的出現(xiàn)。體全息圖可用于大容量高效率全息存儲(chǔ)。因?yàn)楫?dāng)照明光角度稍有偏離，便不能得到衍射像，因而可以以很小的角度間隔存儲(chǔ)多重三維圖象而不發(fā)生象串?dāng)_5透射體全息透射體全息圖的情形：物光和參考光從介質(zhì)的同側(cè)射入，介質(zhì)內(nèi)干涉面幾乎與介質(zhì)表面垂直，因而再現(xiàn)時(shí)表現(xiàn)為較強(qiáng)的角度選擇性。當(dāng)用白光再現(xiàn)時(shí)，入射角度的改變將引起再現(xiàn)像波長(zhǎng)的改變6反射體全息反射體全息圖的情形：物光和參考光從介質(zhì)的兩側(cè)相向射入，介質(zhì)內(nèi)干涉面幾乎與介質(zhì)表面平行，再現(xiàn)時(shí)表現(xiàn)為較強(qiáng)的波長(zhǎng)選擇性反射體全息能避免色串?dāng)_的出現(xiàn)，是一種較好的白光再現(xiàn)全息圖，用白光再

4、現(xiàn)反射體全息時(shí)，只能得到單色再現(xiàn)像由于記錄介質(zhì)在后處理過(guò)程中發(fā)生乳膠的收縮，條紋間隔變小，使再現(xiàn)像波長(zhǎng)發(fā)生“蘭移”7體積全息圖的衍射效率體積全息圖衍射效率的定義平面全息圖衍射效率的定義相同科格尼克（Kolgenik）在1969年提出的耦合波理論，以麥克斯韋方程組為基礎(chǔ)，根據(jù)記錄介質(zhì)的電學(xué)或光學(xué)常數(shù)被調(diào)制的情況，直接解方程組，求出衍射效率的公式體積全息圖的分類(lèi)無(wú)論是透射體全息還是反射體全息都可依據(jù)書(shū)中表5.2所示的方法進(jìn)行“無(wú)吸收位相全息圖”是指記錄介質(zhì)的吸收可以忽略的情形“混合型全息圖”是指既包含有振幅調(diào)制又包含有位相調(diào)制的全息圖。余弦位相型體積全息圖衍射效率最大8各種類(lèi)型

5、全息圖的最大衍射效率9計(jì)算全息計(jì)算全息將計(jì)算機(jī)技術(shù)與光全息術(shù)結(jié)合起來(lái)，可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)全息術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)或難以實(shí)現(xiàn)的某些特殊功能。光全息術(shù)是利用光的干涉原理，借助于參考光將物光波的復(fù)振幅記錄在感光材料上，能夠?qū)崿F(xiàn)這種記錄的必要條件是物體的真實(shí)存在很多實(shí)際應(yīng)用中理想的“物體”是很難制作，例如，用于檢測(cè)光學(xué)元件加工質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)件，用于光學(xué)信息處理的空間濾波器，用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的相移器計(jì)算全息發(fā)展極其迅速，已成功地應(yīng)用在三維顯示、空間濾波、光學(xué)信息存儲(chǔ)和激光掃描等諸多方面10計(jì)算全息圖的制作計(jì)算全息圖的計(jì)算機(jī)制作分為五步：對(duì)物光信息的采集：對(duì)于實(shí)際存在的物體，可利用掃描儀或數(shù)字?jǐn)z像機(jī)進(jìn)行數(shù)

6、據(jù)采集。而對(duì)于那些實(shí)際不存在的物體，可將其函數(shù)形式直接從鍵盤(pán)輸入計(jì)算機(jī)抽樣：用抽樣定理將物函數(shù)離散化，得到物體或者波面再離散樣點(diǎn)上的值，取抽樣單元數(shù)不超過(guò)物的空間帶寬積計(jì)算：計(jì)算物函數(shù)再全息平面上的光場(chǎng)分布編碼：（兩種途徑）干涉的計(jì)算機(jī)仿真和迂回位相法存儲(chǔ)：用計(jì)算機(jī)繪圖儀直接畫(huà)在紙上，然后用精密照相翻拍在照相底片上，適當(dāng)放大或縮小到合適的尺寸11物信息的采集物光信息的采集是指確定物光信息的函數(shù)形式，一般表現(xiàn)為復(fù)振幅透射率函數(shù)（或反射率函數(shù)）對(duì)于實(shí)際存在的物體，可利用掃描儀或數(shù)字?jǐn)z像機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集對(duì)于那些實(shí)際不存在的物體，可將其函數(shù)形式直接從鍵盤(pán)輸入計(jì)算機(jī)物函數(shù)需要離散化，一

7、般取抽樣單元數(shù)不超過(guò)物的空間帶寬積，即滿(mǎn)足關(guān)系式M·N≤Δx·Δy·Δfx·Δfy式中M、N分別為X方向和Y方向的抽樣單元數(shù)，Δx和Δy為物體的空間寬度，Δfx和Δfy為物的頻帶寬度12物信息的處理計(jì)算傅里葉變換全息圖：被記錄的復(fù)數(shù)波面是物波函數(shù)的傅立葉變換。必須使用計(jì)算機(jī)完成物函數(shù)的傅里葉變換（借助快速傅立葉變換算法完成），得到全息圖平面的光場(chǎng)復(fù)振幅函數(shù)。計(jì)算全息多采用傅里葉變換全息圖。計(jì)算菲涅耳全息圖：被記錄的復(fù)數(shù)波面是物體發(fā)出的菲涅耳衍射波。須計(jì)算物函數(shù)經(jīng)菲涅耳衍射到達(dá)全息圖的復(fù)振幅分布，再將該復(fù)振幅分布編碼