全息光學(xué)論文.pdf

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1、全息光學(xué)論文物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院10物理系一班1009320036張艷有全息術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用展望張艷有1009320036摘要本文通過對全息術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用展望的介紹，來展現(xiàn)這種技術(shù)與其他傳統(tǒng)方式相比的優(yōu)勢和相關(guān)的應(yīng)用，以及在特殊場合的應(yīng)用。關(guān)鍵字全息術(shù)；全息類型；特點；發(fā)展階段；引言光全息術(shù)是利用光的干涉和衍射原理,將物體反射的特定光波以干涉條紋的形式記錄下來,并在一定條件下使其再現(xiàn),形成與原物體逼真的三維像.由于記錄了物體的全部信息(振幅和位相),因此稱為全息術(shù)或全息照相術(shù).顯然,這是一種用光學(xué)方法在人的視覺上再現(xiàn)物體三維清晰像的典型技術(shù).近年來,這種技術(shù)

2、的實際應(yīng)用范圍越來越廣,且已超出工程技術(shù)領(lǐng)域,擴展到醫(yī)學(xué)、藝術(shù)、裝飾、包裝、印刷等領(lǐng)域.正如1983年英國泰晤士報宣稱“:全息照相術(shù)面臨的突破比150年前照相術(shù)面臨的突破更加有意義.”提出這種觀點的基礎(chǔ)是因為模壓全息圖的產(chǎn)生.這種產(chǎn)品使幾十年來僅限于少數(shù)專家在實驗室中的全息顯示技術(shù)形成了能大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè).原理全息光學(xué)，是光學(xué)的一個分類，其主要研究方向是光的衍射和干涉~主要原理是菲涅爾—惠更斯原理等。顧名思義，全息就是物體的全部信息。包括了物體的波長，振幅和相位等一、全息術(shù)的類型全息術(shù)的類型很多,可以從不同的角度來進行分類:比如根據(jù)拍攝時物與底片距離的遠(yuǎn)近分

3、為夫瑯和費全息與菲涅耳全息;根據(jù)參考光與物光共軸與否分為共軸全息與離軸全息;也可以根據(jù)底片上乳膠層的厚度與干涉條紋間距的比例分為平面全息(乳膠層很薄以至全息片的性能不受乳膠層厚度影響)和體全息(介質(zhì)厚度大于干涉條紋間距,介質(zhì)內(nèi)部也記錄了干涉場的信息)。二、全息術(shù)的特點1、三維性因為全息圖記錄了物光的相位信息,再現(xiàn)時,可觀察到如同真實物體一樣逼真的三維圖像。當(dāng)觀察者改變位置時,可以看到物體后面被擋住的部分,可以看到逼真的三維圖像。2、不可撕毀性因為全息圖記錄的是物光與參考光的干涉條紋,所以具有可分割性。它被分割后的任一碎片都能再現(xiàn)完整的被攝物形象,只是分辨率受

4、到一些影響。3、再現(xiàn)像的縮放性因衍射角與波長有關(guān),用不同波長的激光照射全息圖,再現(xiàn)像就會發(fā)生放大或縮小。4、信息容量大同一張全息感光板可多次重復(fù)曝光記錄,并能互不干擾地再現(xiàn)各個不同的圖像。三、光全息術(shù)的發(fā)展光全息術(shù)是D.Gabor在1948年為改善電子顯微鏡像質(zhì)所提出的，其意義在于完整的記錄。蓋伯的實驗解決了全息術(shù)發(fā)明中的基本問題，即波前的記錄和再現(xiàn)，但由于當(dāng)時缺乏明亮的相干光源(激光器),全息圖的成像仍然質(zhì)量很差?？萍覀冋J(rèn)為新的顯示時代已到來.但由于當(dāng)時沒有足夠強的相干輻射源,全息術(shù)的發(fā)展陷入了休眠狀態(tài).面臨著巨大的障礙和僅有的一點結(jié)果,使它的早期研究者不

5、得不放棄了這種光學(xué)顯示技術(shù).全息術(shù)黯淡的前途直至60年代初由于美國密執(zhí)安大學(xué)雷達實驗室進行的工作才使它重放光彩.該實驗室從事綜合孔徑天線研究的E.N.Leith和J.Upatnieks幾乎在Javen等人制成氦氖激光器的同時,對Gabor的技術(shù)做了劃時代的改進,同時成功地進行了三維立體漫射物的記錄和再現(xiàn)實驗.同時期(1962年),前蘇聯(lián)科學(xué)家Y.N.Denisyuk根據(jù)G.Lipp2mann的駐波天然彩色照相法(1908年獲諾貝爾物理學(xué)獎)提出了白光反射全息圖.從此應(yīng)用研究不斷發(fā)展,許多科學(xué)工作者開始了他們自己的研究以探討全息術(shù)的應(yīng)用潛力及其應(yīng)用領(lǐng)域,如全息

6、干涉計量術(shù)、全息存儲、全息光學(xué)元件、全息顯微術(shù)、顯示全息、計算全息等等.這期間,S.A.Benton彩虹全息術(shù)的發(fā)明揭開了顯示全息圖的應(yīng)用序幕(80年代產(chǎn)業(yè)化的模壓全息術(shù)就是建立在Benton彩虹全息圖的基礎(chǔ)上).他們的成功,使Gabor的全息思想在1971年獲得諾貝爾物理學(xué)獎.二十世紀(jì)六十年代以來，全息技術(shù)的應(yīng)用不斷發(fā)展。1962年隨著激光器的問世，利思和烏帕特尼克斯(LeithandUpatnieks)在蓋伯全息術(shù)的基礎(chǔ)上引入載頻的概念發(fā)明了離軸全息術(shù)，有效地克服了當(dāng)時全息圖成像質(zhì)量差的主要問題---孿生像，三維物體顯示成為當(dāng)時全息術(shù)研究的熱點，但這種成

7、像科學(xué)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了當(dāng)時經(jīng)濟的發(fā)展，制作和觀察這種全息圖的代價是很昂貴的，全息術(shù)基本成了以高昂的經(jīng)費來維持不切實際的幻想的代名詞。1969年本頓(Benton)發(fā)明了彩虹全息術(shù)，掀起以白光顯示為特征的全息三維顯示新高潮。彩虹全息圖是一種能實現(xiàn)白光顯示的平面全息圖，與丹尼蘇克(Denisyuk)的反射全息圖相比，除了能在普通白熾燈下觀察到明亮的立體像外，還具有全息圖處理工藝簡單、易于復(fù)制等優(yōu)點。四、全息術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下幾個階段：1、同軸全息術(shù)同軸全息術(shù)是伽伯當(dāng)時采用的技術(shù),這一階段主要是在1960年激光器出現(xiàn)以前。這種技術(shù)獲得的物體的再現(xiàn)像與照明光混在一起,

8、不易觀察。1948年,伽伯為提高電子顯微鏡的分辨率,