全息技術(shù)第三輯平面全息圖ppt課件.ppt

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1、第二章平面全息圖2.1基元全息圖在拍攝全息圖時(shí)，所用的參考光波總是可以人為地簡(jiǎn)化為平面波或球面波，而物體的形狀卻很復(fù)雜，所以全息圖的干涉圖樣一般是復(fù)雜的，但也是有規(guī)律的。它不外乎是平面波與平面波、平面波與球面波、球面波與球面波三種干涉中的一種。所謂基元全息圖，是指由單一物點(diǎn)發(fā)出的光波與參考光波干涉所構(gòu)成的全息圖。任何一種全息圖均可以看做是許多基元全息圖的線(xiàn)性組合現(xiàn)在拋開(kāi)實(shí)際光路，只一般地考慮參考光波R及與物光波O的干涉。圖2.1基元全息圖在圖2.1(a)中，參考光波和物光波均為平面被，條紋的峰值強(qiáng)度面是平行的等間距平面，其面間距d與兩束光的夾角θ有關(guān)：2dsin(

2、θ/2)=λo圖2.1(b)是參考光波為平面光波、物光波為發(fā)散球面波的情形，峰值強(qiáng)度面是一族旋轉(zhuǎn)拋物面。圖2.1(c)是參考光波和物光波均為發(fā)散球面被的情形，峰值強(qiáng)度面是旋轉(zhuǎn)雙曲面，轉(zhuǎn)軸為兩個(gè)點(diǎn)光源的連線(xiàn)。圖2.1(d)是一個(gè)發(fā)散的球面波和一個(gè)會(huì)聚的球面波相干涉，峰值強(qiáng)度面是一族旋轉(zhuǎn)橢圓面，兩個(gè)點(diǎn)源的位置是旋轉(zhuǎn)橢圓面的焦點(diǎn)。在圖2.1中用虛線(xiàn)表示記錄物體位置，位置不同基元全息圖的結(jié)構(gòu)也不同。圖2.1(b)~(d)中：在位置1是同軸全息圖，條紋是中心疏邊緣密的同心圓環(huán)；在位置2是離軸全息圖；在位置3是透射體積全息圖；在位置4是反射體積全息圖。參考光波與物光波自?xún)蛇吶?/p>

3、射在記錄介質(zhì)上。在圖2.1(c)的位置5是無(wú)透鏡傅里葉變換全息圖。作業(yè)：研究基元光柵，如圖2.2(a)所示，參考光和物光均為平行光，對(duì)稱(chēng)入射到記錄介質(zhì)Σ上，即θo=-θR，兩者之間的夾角為θ=2θo。求出全息圖上干涉條紋的形狀和條紋間距公式；(2)當(dāng)采用氦—氖激光記錄時(shí)，試計(jì)算夾角θ=1°和60°時(shí)．條紋間距分別是多少?某感光膠片廠(chǎng)生產(chǎn)的全息記錄干板，其分辨率為3000條／mm，試問(wèn)θ=60°時(shí)此干板能否記錄下其干涉條紋?2.2菲涅耳全息圖菲涅耳全息圖的特點(diǎn)是記錄平面位于物體衍射光場(chǎng)的菲涅耳衍射區(qū)，物光由物體直接照到底片上。由于物體可以看成點(diǎn)源的線(xiàn)性組合，所以前面

4、討論點(diǎn)源全息圖(即基元全息圖)具有普遍意義。2.2.1點(diǎn)源全息圖的記錄和再現(xiàn)兩相干單色點(diǎn)光源所產(chǎn)生的干涉圖實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)點(diǎn)源全息圖，即波帶片型基元全息圖．假定參考波和物波是從點(diǎn)源O和點(diǎn)源R發(fā)出的球面波，波長(zhǎng)為λ1，全息底片位于z=0的平面上，與兩個(gè)點(diǎn)源的距離滿(mǎn)足菲涅耳條件。據(jù)此，即可以用球面波的二次曲面近似描述這個(gè)球面波。記錄光路如圖2.2.1(a)所示。參考波和物波分別是和處發(fā)出的點(diǎn)光源全息底片位于z＝0的平面上，與兩個(gè)點(diǎn)源的距離滿(mǎn)足菲涅耳近似條件?？梢杂们蛎娌ǖ亩吻娼泼枋鲞@個(gè)球面波。O(0,0,0)Q(x,y,x)ZrZoyx參考光源R(xr,yr,zr

5、)物光源O(xo,yo,zo)記錄面上物光波相位分布為:菲涅耳全息記錄設(shè)投射到記錄平面上的物光波的振幅為,照射波長(zhǎng)為并作傍軸近似記錄平面上的物光波可寫(xiě)成同理，記錄平面上的參考光可寫(xiě)成以上兩式中的為記錄時(shí)所用的波長(zhǎng)λ1。記錄平面上的光強(qiáng)分布為菲涅耳全息再現(xiàn)yxZp照明光源C(xp,yp,zp)在再現(xiàn)過(guò)程中，全息底片由位于的點(diǎn)源發(fā)出的球面波照明，再現(xiàn)光波波長(zhǎng)全息圖透射項(xiàng)中,我們感興趣的波前有全息底片透過(guò)率為：透過(guò)全息圖的光場(chǎng)為在上述兩式的相位項(xiàng)中：1.x和y的二次項(xiàng)是傍軸近似的球面波的相位因子，給出了再現(xiàn)像在z方向上的焦點(diǎn)。2.x和y的一次項(xiàng)是傾斜傳播的平面波的相位因

6、子，給出了再現(xiàn)像離開(kāi)z軸的距離。這些球面波相位在xy平面光場(chǎng)傍軸近似下具有標(biāo)準(zhǔn)形式上面兩式給出了再現(xiàn)光波的幾何描述:一個(gè)向點(diǎn)會(huì)聚或由點(diǎn)發(fā)散的球面波——為像點(diǎn)位置。為正表示由點(diǎn)發(fā)出的發(fā)散球面波，為負(fù)表示向點(diǎn)會(huì)聚的球面波將它們與x，y的二次項(xiàng)和—次項(xiàng)系數(shù)與和的表達(dá)式比較，可以確定像點(diǎn)坐標(biāo)，它們就是再現(xiàn)像點(diǎn)的位置坐標(biāo)，也就是全息成像公式。全息成像物像公式上面的一組符號(hào)適用于分量波下面的一組符號(hào)適用于分量波當(dāng)為正時(shí),再現(xiàn)像是虛像，位于全息圖的左側(cè)。當(dāng)為負(fù)時(shí),再現(xiàn)像是實(shí)像，位于全息圖的右側(cè)。像的橫向放大率用和表示。像的縱向放大率會(huì)聚像點(diǎn)1(xi,yi,zi)ZiziyxZp

7、照明光源C(xp,yp,zp)會(huì)聚像點(diǎn)2(xi,yi,zi)Zi會(huì)聚像點(diǎn)1(xi,yi,zi)ZiziyxZp照明光源C(xp,yp,zp)會(huì)聚像點(diǎn)2(xi,yi,zi)ZiO(0,0,0)Q(x,y,x)ZrZoyx參考光源R(xr,yr,zr)物光源O(xo,yo,zo)2.2.2幾種特殊情況的討論(1)當(dāng)再現(xiàn)光波與參考光波完全一樣時(shí)分量波可以產(chǎn)生物點(diǎn)的實(shí)像或虛像，它取決于的正負(fù)分量波產(chǎn)生物點(diǎn)的一個(gè)虛像，像點(diǎn)的空間位置與物點(diǎn)重合，橫向放大率為1(2)再現(xiàn)光波與參考光波共軛時(shí)(3)參考光波和再現(xiàn)光波都是沿z軸傳播的完全一樣的平面波此時(shí)得到的兩個(gè)像點(diǎn)位于全息圖兩側(cè)

8、對(duì)稱(chēng)位置，