激光在全息技术中的应用
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（x，y） －1级 O’(x，y)
0级
？？？
虚 像
C(x，y) 再现照明光
＋1级
H
2、数学表述 —— 全息学基本方程 设：C ( x , y ) = Co ( x , y ) exp [ jφC ( x , y ) ]
照明光波的振幅 照明光波的相位
H 后的光振幅： U’( x , y ) = C ( x , y ) ·tH ( x , y )
•50年代G.L.罗杰斯等人的工作大大扩充了波阵面再现理论。 但是由于"孪生像"问题和光源相干性的限制，1955年以后全 息术进入低潮阶段。 •1960年激光的出现，为全息术的发展开辟了广阔的前景， 科学家用氦氖激光器成功地拍摄了第一张实用的激光全息图。 这样就使得全息术在1963年以后成为光学领域中最活跃的分 支之一。
像。
特点：对再现光的 单色性要求不高
图9-16 像面全息图的记录与重现
2.白光反射全息图
普通反射全息图是用实物直接制作的。 即 底片直接放在被摄物体之前而制成的，把一束扩 束后的激光直接入射到底片上，经曝光、显影处 理后就形成了这种能用白光再现出三维图像的反 射全息图。 该全息图可以白光再现，这是因为反射全息 图的体光栅具有选色性，只有某种颜色的光波能 反射回来形成像，其它颜色的光波透射过去，不 会由于各种颜色的混迭产生色模糊。
包含有物的相位信息， 最有希望重现物光波。
-------- +1 级 衍射项
第四项 C o O o R o exp [ - j (φO -φR -φC)]
包含有物的共轭相位信息
有可能形成共轭像
------- -1 级 衍射项
4.9.2 光学全息图
1.像面全息图
像面全息图需要 利用透镜，记 录
的是物体的几何
物光
O（x,y）
参考光
全 息 干 板
R（x,y）
H
（ 1）全息术不仅记录物体的散射光强，还记录了
散射光的相位，能再现原物的立体图像。
图9-14 全息照相的拍摄和再现原理示意图
全息记录的数学描述
设： O ( x , y ) = O 0 ( x , y ) exp [ jφo ( x , y ) ] R ( x , y ) = R 0 ( x , y ) exp [ jφR ( x , y ) ] O0 ：物光波的振幅 φo ：物光波的相位
4.9 激光在全息技术中的应用
激光全息三维显示
目前投入应用的激光显示主要有：
立体感强、可分性、 可重叠、易于复制
激光全息三维显示 激光视频投影显示 激光光束图文扫描显示
全息术的发展：
•1947年D.伽柏从事提高电子显微镜分辨本领的工作。提出 了全息术的设想以提高电子显微镜的分辨本领。1948年他利 用水银灯首次获得了全息图及其再现象，从而创立了全息术， 为他在1971年获得了诺贝尔物理学奖。
白光反射全息原理
参考光 反射光作 为物光
单色再 现像
图9-15 白光反射全息示意图
3、彩虹全息图
彩虹全息的发明思路
普通全息图为什么不能用白光再现？
是由于不同波长的再现像错位重叠，发生色模糊 和像模糊所致。 能否设法把再现光波压缩在空间很窄的一个条 形区域里，不同的波长占据空间不同的区域。
主要内容
4.9.1 激光全息术的基本原理和分类
4.9.2 光学全息图
4.9.3 计算全息图
4.9.4 数字全息图
4.9.5激光全息三维显示的优点
4.9.6激光全息三维显示的应用
*4.9.7激光全息三维显示技术的展望
全息记录
4.9.1 激光全息术的基本原理和分类
一、全息记录——基本光路
照明光
（x,y）
彩虹全息原理图
图9-17 二步彩虹全息的基本原理
白光 H
用白光再现（共轭光）
R2* (白光)
H2 红黄 狭缝像
绿蓝 紫
Βιβλιοθήκη Baidu
彩 虹 像
狭缝像
4.9.3 计算全息图
1.计算全息图的制作和再现过程主要步骤
①抽样，对物体或其波面抽样，得到在离散样点上的值；
②计算，计算物光波和参考光波叠加后在全息平面上形成的光场
当用白光照明时眼睛处在空间某一个位置，只
能看到一种波长的再现像。 移动观察位置，依次看到不同波长的像，不再 会出现色模糊，于是达到了白光再现的目的。
彩虹全息的概念
彩虹全息是利用记录时在光路的适当位置加
狭缝，再现时同时再现狭缝像，观察再现像 时将受到狭缝再现像的限制。当用白光照明 再现时，对不同颜色的光，狭缝和物体的再 现像位置都不同，在不同位置将看到不同颜 色的像，颜色的排列顺序与波长顺序相同， 犹如彩虹一样，因此这种全息技术称为彩虹 全息彩虹。
R 0 ：参考光波的振幅 φR ：参考光波的相位
干涉场光振幅: 两者相干叠加
H 上的总光场：
U(x,y)=O(x,y)+R(x,y)
相干叠加
——干板曝光——
曝光光强：
I ( x , y ) = U ( x , y )· U*(x,y)
=∣O∣2 +∣R∣2 + O· R* + O*· R
——线性处理干板——
第一、二项 C o O o 2 exp [ jφC ( x , y )]
C o R o 2 exp [ jφC ( x , y )]
相位分布：与照明光完全相同 传播方向：与 C ( x , y ) 完全相同
------ 0级 衍射项
第三项
C o O o R o exp [ j (φO -φR +φC)]
= C o ( x , y ) exp [ jφC ( x , y )] ∙
底片 H 的 透过率函数
[∣O∣2 +∣R∣2 + O· R* + O*· R] = C o O o 2exp [ jφC ( x , y )] + C o R o 2exp [ jφC ( x , y )] + C o O o R o exp [ j (φO -φR +φC)] + C o O o R o exp [ - j (φO -φR -φC) ] ———— 全息学基本方程
底片的透过率函数正比于曝光光强：
tH ( x , y ) ∝ I ( x , y )
略去比例常数得到：
tH ( x , y ) =∣O∣2 +∣R∣2 + O· R* + O*· R
全息再现 二、全息再现 (波前重建）
Reconstruction of the wavefront
1、全息再现光路： 再现是衍射的结果
0级
？？？
虚 像
C(x，y) 再现照明光
＋1级
H
2、数学表述 —— 全息学基本方程 设：C ( x , y ) = Co ( x , y ) exp [ jφC ( x , y ) ]
照明光波的振幅 照明光波的相位
H 后的光振幅： U’( x , y ) = C ( x , y ) ·tH ( x , y )
•50年代G.L.罗杰斯等人的工作大大扩充了波阵面再现理论。 但是由于"孪生像"问题和光源相干性的限制，1955年以后全 息术进入低潮阶段。 •1960年激光的出现，为全息术的发展开辟了广阔的前景， 科学家用氦氖激光器成功地拍摄了第一张实用的激光全息图。 这样就使得全息术在1963年以后成为光学领域中最活跃的分 支之一。
像。
特点：对再现光的 单色性要求不高
图9-16 像面全息图的记录与重现
2.白光反射全息图
普通反射全息图是用实物直接制作的。 即 底片直接放在被摄物体之前而制成的，把一束扩 束后的激光直接入射到底片上，经曝光、显影处 理后就形成了这种能用白光再现出三维图像的反 射全息图。 该全息图可以白光再现，这是因为反射全息 图的体光栅具有选色性，只有某种颜色的光波能 反射回来形成像，其它颜色的光波透射过去，不 会由于各种颜色的混迭产生色模糊。
包含有物的相位信息， 最有希望重现物光波。
-------- +1 级 衍射项
第四项 C o O o R o exp [ - j (φO -φR -φC)]
包含有物的共轭相位信息
有可能形成共轭像
------- -1 级 衍射项
4.9.2 光学全息图
1.像面全息图
像面全息图需要 利用透镜，记 录
的是物体的几何
物光
O（x,y）
参考光
全 息 干 板
R（x,y）
H
（ 1）全息术不仅记录物体的散射光强，还记录了
散射光的相位，能再现原物的立体图像。
图9-14 全息照相的拍摄和再现原理示意图
全息记录的数学描述
设： O ( x , y ) = O 0 ( x , y ) exp [ jφo ( x , y ) ] R ( x , y ) = R 0 ( x , y ) exp [ jφR ( x , y ) ] O0 ：物光波的振幅 φo ：物光波的相位
4.9 激光在全息技术中的应用
激光全息三维显示
目前投入应用的激光显示主要有：
立体感强、可分性、 可重叠、易于复制
激光全息三维显示 激光视频投影显示 激光光束图文扫描显示
全息术的发展：
•1947年D.伽柏从事提高电子显微镜分辨本领的工作。提出 了全息术的设想以提高电子显微镜的分辨本领。1948年他利 用水银灯首次获得了全息图及其再现象，从而创立了全息术， 为他在1971年获得了诺贝尔物理学奖。
白光反射全息原理
参考光 反射光作 为物光
单色再 现像
图9-15 白光反射全息示意图
3、彩虹全息图
彩虹全息的发明思路
普通全息图为什么不能用白光再现？
是由于不同波长的再现像错位重叠，发生色模糊 和像模糊所致。 能否设法把再现光波压缩在空间很窄的一个条 形区域里，不同的波长占据空间不同的区域。
主要内容
4.9.1 激光全息术的基本原理和分类
4.9.2 光学全息图
4.9.3 计算全息图
4.9.4 数字全息图
4.9.5激光全息三维显示的优点
4.9.6激光全息三维显示的应用
*4.9.7激光全息三维显示技术的展望
全息记录
4.9.1 激光全息术的基本原理和分类
一、全息记录——基本光路
照明光
（x,y）
彩虹全息原理图
图9-17 二步彩虹全息的基本原理
白光 H
用白光再现（共轭光）
R2* (白光)
H2 红黄 狭缝像
绿蓝 紫
Βιβλιοθήκη Baidu
彩 虹 像
狭缝像
4.9.3 计算全息图
1.计算全息图的制作和再现过程主要步骤
①抽样，对物体或其波面抽样，得到在离散样点上的值；
②计算，计算物光波和参考光波叠加后在全息平面上形成的光场
当用白光照明时眼睛处在空间某一个位置，只
能看到一种波长的再现像。 移动观察位置，依次看到不同波长的像，不再 会出现色模糊，于是达到了白光再现的目的。
彩虹全息的概念
彩虹全息是利用记录时在光路的适当位置加
狭缝，再现时同时再现狭缝像，观察再现像 时将受到狭缝再现像的限制。当用白光照明 再现时，对不同颜色的光，狭缝和物体的再 现像位置都不同，在不同位置将看到不同颜 色的像，颜色的排列顺序与波长顺序相同， 犹如彩虹一样，因此这种全息技术称为彩虹 全息彩虹。
R 0 ：参考光波的振幅 φR ：参考光波的相位
干涉场光振幅: 两者相干叠加
H 上的总光场：
U(x,y)=O(x,y)+R(x,y)
相干叠加
——干板曝光——
曝光光强：
I ( x , y ) = U ( x , y )· U*(x,y)
=∣O∣2 +∣R∣2 + O· R* + O*· R
——线性处理干板——
第一、二项 C o O o 2 exp [ jφC ( x , y )]
C o R o 2 exp [ jφC ( x , y )]
相位分布：与照明光完全相同 传播方向：与 C ( x , y ) 完全相同
------ 0级 衍射项
第三项
C o O o R o exp [ j (φO -φR +φC)]
= C o ( x , y ) exp [ jφC ( x , y )] ∙
底片 H 的 透过率函数
[∣O∣2 +∣R∣2 + O· R* + O*· R] = C o O o 2exp [ jφC ( x , y )] + C o R o 2exp [ jφC ( x , y )] + C o O o R o exp [ j (φO -φR +φC)] + C o O o R o exp [ - j (φO -φR -φC) ] ———— 全息学基本方程
底片的透过率函数正比于曝光光强：
tH ( x , y ) ∝ I ( x , y )
略去比例常数得到：
tH ( x , y ) =∣O∣2 +∣R∣2 + O· R* + O*· R
全息再现 二、全息再现 (波前重建）
Reconstruction of the wavefront
1、全息再现光路： 再现是衍射的结果