最新信息光學(xué)光學(xué)全息精講教學(xué)講義ppt課件.ppt

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1、信息光學(xué)光學(xué)全息精講光學(xué)全息引言人的眼睛能夠看到一個物體，是由于物體所發(fā)出的光波攜帶著物體所包含的信息傳播到眼睛里，在視網(wǎng)膜上成像所致。光波的波長、振幅、相位就決定了所看見物體的特征（顏色、亮暗和形狀）。然而，普通照相只能作強度記錄，不能記錄物體光波的相位，因而在照相過程中丟失了物體縱深方向的信息。我們生活在豐富多彩的三維世界中，但通過普通照片、電視、電影所看到的只是一些二維的圖景，這自然不能令人滿意。如何得到三維的圖像呢？這種方法就全息術(shù)：利用干涉原理，將物光波前以干涉條紋的形式記錄下來，由于物光波前的

2、振幅和相位，即全部信息都儲存在記錄介質(zhì)中，它被稱為“全息圖”。光波照明全息圖，由于衍射效應(yīng)能再現(xiàn)原始物光波，該光波將產(chǎn)生包含物體全部信息的三維像。這個波前記錄和再現(xiàn)的過程就是全息術(shù)，或全息照相。如果我們能夠用某一種方法把物體光波（其中包含振幅和相位信息）以某種方式記錄下來，則當(dāng)我們想辦法把物光波再現(xiàn)出來的話，就能再現(xiàn)三維的物體。全息照相仿真實驗CAI激光高度相干性，要求全息拍攝過程中各個元件、光源和記錄介質(zhì)的相對位置嚴格保持不變，并且相干噪聲也很嚴重，這給全息術(shù)的實際使用帶來了種種不便，于是科學(xué)家們又回過

3、頭來繼續(xù)探討白光記錄的可能性。第四代全息圖可能是白光記錄和白光再現(xiàn)的全息圖，它將使全息術(shù)最終走出實驗室，進入廣泛的實用領(lǐng)域。除了用光學(xué)干涉方法記錄全息圖，還可用計算機和繪圖設(shè)備畫出全息圖，這就是計算全息（ComputerGeneratedHologram，簡稱CGH)。計算全息是利用數(shù)字計算機來綜合的全息圖，不需要物體的實際存在，只需要物光波的數(shù)學(xué)描述，因此具有很大的靈活性。全息術(shù)不僅可以用于光波波段，也可用于電子波，X射線、聲波和微波波段。5.2波前記錄與再現(xiàn)物體通過成像系統(tǒng)所成的像中包含著物體的信息，

4、對這一點不會有人提出異議。事實上這種信息存在于物像之間光波經(jīng)過的任一平面上。正是光波承載著物體信息經(jīng)過這些平面向像面?zhèn)鬟f的。因而在該平面把攜帶信息的光波波前記錄下來，將可以在另一時間場所，采用適當(dāng)?shù)姆椒ò巡ㄇ霸佻F(xiàn)出來，使之繼續(xù)傳播，以產(chǎn)生一個可觀察的三維像。光波傳遞信息，構(gòu)成物體的像這一過程被分為兩步：波前記錄與波前再現(xiàn)，這正是全息術(shù)的基本思想。5.2.1波前記錄1、用干涉方法記錄物光波前所有記錄介質(zhì)都只對強度有響應(yīng)，屬能量探測器，不能記錄波前攜帶的相位信息，因此，必須設(shè)法把相位信息轉(zhuǎn)化為強度的變化才能記

5、錄下來。干涉法是將空間相位調(diào)制轉(zhuǎn)換為空間強度調(diào)制的標(biāo)準(zhǔn)方法。記錄介質(zhì)參考波物波上圖為波前記錄的示意圖,設(shè)傳播到記錄介質(zhì)上的物光波前復(fù)振幅（對于理想單色光，其空間的復(fù)振幅分布是不隨時間變化的）為傳播到記錄介質(zhì)上的參考光波前復(fù)振幅記錄介質(zhì)上的的總光強為對兩個波前的干涉圖樣曝光后，經(jīng)顯影、定影處理后得到全息圖。因此，全息圖實際上就是一幅干涉圖。記錄介質(zhì)參考波物波上式中前兩項是物光和參考光的強度分布，其中參考光波一般選取用比較簡單的平面波或球面波，因而是常數(shù)是物光波在底片造成的強度分布。記錄介質(zhì)參考波物波物光波在

6、底片造成的強度分布是不均勻的，但實驗上一般都讓它比參考光弱得多。前兩項基本上是常數(shù)，作為偏置項.第三項是干涉項，包含有物光波的振幅和相位。參考光波的作用正好完成使物光波波前的相位分布轉(zhuǎn)換成干涉條紋的強度分布的任務(wù)。2.干涉圖記錄到記錄介質(zhì)上形成全息圖全息記錄介質(zhì)有多種。常用的是涂有鹵化銀乳膠的銀鹽感光板（或膠片）。經(jīng)適當(dāng)顯、定影等處理后，就得到全息圖。全息干板（膠片）結(jié)構(gòu)感光過程:光化學(xué)過程銀鹽乳膠吸收光子生成不可見的潛像，顯影處理后得可見的像，定影后成永久的像。潛像形成過程：銀鹽乳膠吸收光子后，分解成一

7、些金屬銀小斑點（顯影中心），在顯影過程中，這些細小的顯影中心使整個鹵化銀晶粒變成金屬銀沉淀下來，沒有曝光或曝光不足的晶粒保持不變，定影出去未曝光的鹵化銀，而留下金屬銀。3、記錄過程的線性條件直線曝光量振幅透過率負片的t-E曲線假定全息干板的作用相當(dāng)于一個線性變換器，它把曝光期間內(nèi)入射光強線性地變換為顯影后負片的振幅透過率，為此必須將曝光量變化范圍控制在全息干板t-E曲線的線性段內(nèi)。如圖所示，此外，我們還必須假定全息干板具有足夠高的分辨率，以便能記錄全部入射的空間結(jié)構(gòu)，這樣全息圖的振幅透過率可記為:式中和均

8、是常數(shù)。是曝光時間。對于負片和正片，分別是負值和正值。假定參考光的強度在整個記錄表面是均勻的，則式中表示均勻偏置透過率。如果全息圖的記錄末能滿足上面指出的線性記錄條件，將影響再現(xiàn)光波的質(zhì)量。5.2.2波前再現(xiàn)1衍射效應(yīng)再現(xiàn)物波波前用一束相干光波照射全息圖，假定它在全息圖平面上的復(fù)振幅分布為C（x,y)，則透過全息圖的光場為討論：由于參考波通常采用球面波和平面波，所以R2近似為常數(shù)，于是U1中兩項系數(shù)的作用僅僅改變照明光波C的振