各种全息图及其应用.ppt
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➢ 反射体全息能避免色串扰的出现，是一种较好的白光再现全息图，用白 光再现反射体全息时 ，只能得到单色再现像
➢ 由于记录介质在后处理过程中发生乳胶的收缩，条纹间隔变小，使再现 像波长发生“兰移”
7
体积全息图的衍射效率
19 0 6
体积全息图衍射效率的定义平面全息图衍射效率的定义 相同 科格尼克（Kolgenik）在1969年提出的耦合波理论，以 麦克斯韦方程组为基础，根据记录介质的电学或光学常 数被调制的情况，直接解方程组，求出衍射效率的公式 体积全息图的分类无论是透射体全息还是反射体全息都 可依据书中表5.2所示的方法进行 “无吸收位相全息图”是指记录介质的吸收可以忽略的 情形 “混合型全息图”是指既包含有振幅调制又包含有位相 调制的全息图。 余弦位相型体积全息图衍射效率最大
M·N ≤ Δx·Δy·Δfx·Δfy
式中M、N分别为X方向和Y方向的抽样单元数，Δx和Δy为
物体的空间宽度，Δfx和Δfy为物的频带宽度
12
物信息的处理
19 0 6
计算傅里叶变换全息图：被记录的复数波面是物波函数的傅 立叶变换。必须使用计算机完成物函数的傅里叶变换（借助 快速傅立叶变换算法完成），得到全息图平面的光场复振幅 函数。计算全息多采用傅里叶变换全息图。 计算菲涅耳全息图：被记录的复数波面是物体发出的菲涅耳 衍射波。须计算物函数经菲涅耳衍射到达全息图的复振幅分 布，再将该复振幅分布编码成全息图的透过率变化。 计算像全息：被记录的复数波面是物波函数本身或者其几何 像。只需由计算机完成物函数的坐标缩放变换与抽样。 全息图平面上函数的抽样数不得少于物函数的抽样数
10
计算全息图的制作
19 0 6
计算全息图的计算机制作分为五步： ➢ 对物光信息的采集：对于实际存在的物体，可利用扫描仪
或数字摄像机进行数据采集。而对于那些实际不存在的物 体，可将其函数形式直接从键盘输入计算机 ➢ 抽样：用抽样定理将物函数离散化，得到物体或者波面再 离散样点上的值，取抽样单元数不超过物的空间带宽积 ➢ 计算：计算物函数再全息平面上的光场分布 ➢ 编码：（两种途径）干涉的计算机仿真和迂回位相法 ➢ 存储：用计算机绘图仪直接画在纸上，然后用精密照相翻 拍在照相底片上，适当放大或缩小到合适的尺寸
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若把条纹面看作反射镜面，则只有当相邻条纹面的反射光 的光程差均满足同相相加的条件，即等于光波的一个波长 时，才能使衍射光达到极强。 若波长和角度稍有偏移，衍射光强将大幅度下降，并迅速 降为零。 特殊的应用前景： ➢ 体全息图可以用白光再现。因为在由多种波长构成的复合 光中，仅有一种波长即与记录光波相同波长的光才能达到 衍射极大，而其余波长都不能出现足够亮度的衍射像，避 免了色串扰的出现。 ➢ 体全息图可用于大容量高效率全息存储。因为当照明光角 度稍有偏离，便不能得到衍射像，因而可以以很小的角度 间隔存储多重三维图象而不发生象串扰
各种全息图及其应用
体积全息图
计算全息
1
全息记录介质
906
1
体积全息图
19 0 6
当用于全息记录的感光胶膜厚度足够厚时，它在物光和参考光 的干涉场中将记录到明暗相间的三维空间曲面族，这种全息图 在再现过程中将主要显示出体效应，与前一节所介绍的平面全 息图的特点有很大差别。这一类全息图称为体积全息图
体积全息图胶膜厚度满足关系式 h nd
(1 2 ) / 2
体光栅常数Λ 应满足关系式
2sin 式中λ为光波在介质内传播的波长。
体积全息图对光的衍射作用与布喇格（Bragg）对晶体的X 射线衍射现象所作的解释十分相似，因而常借用所谓的 “布喇格定律”来讨论体积全息图的波前再现. 上式称为“布喇格条件”，角度θ称为“布喇格角”。
4
体全息图对角度和波长的选择性
13
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ息的编码
19 0 6
到达全息图的物光波通常呈现为复数形式，包括振幅信息 和位相信息； 将二维光场复振幅分布变换为全息图的二维透过率函数分 布的过程，称为计算全息的编码。 计算全息的编码主要为如下两大类： ➢ 一种途径是对光全息术的计算机仿真，用计算机算出全息 图上参考光波与物光波的干涉条纹分布函数，这种编码方 式称为干涉型编码方式，用这种方法制作的全息图称为干 涉型计算全息图。（缺点：参考光波的加入增加了空间带 宽积，因此全息图上的抽样点数必须增加） ➢ 分别对振幅和相位编码（计算全息所特有的：迂回位相 法）。
5
透射体全息
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透射体全息图的情形：
物光和参考光从介质的同侧射入，介质内干涉面几乎与介质表面垂直 ，因而再现时表现为较强的角度选择性。当用白光再现时，入射角度 的改变将引起再现像波长的改变
6
反射体全息
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反射体全息图的情形：
➢ 物光和参考光从介质的两侧相向射入，介质内干涉面几乎与介质表面平 行，再现时表现为较强的波长选择性
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物信息的采集
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物光信息的采集是指确定物光信息的函数形式，一般表现 为复振幅透射率函数（或反射率函数） 对于实际存在的物体，可利用扫描仪或数字摄像机进行数 据采集 对于那些实际不存在的物体，可将其函数形式直接从键盘 输入计算机 物函数需要离散化，一般取抽样单元数不超过物的空间带 宽积，即满足关系式
8
各种类型全息图的最大衍射效率
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9
计算全息
19 0 6
计算全息将计算机技术与光全息术结合起来，可以实现光 学全息术无法实现或难以实现的某些特殊功能。 光全息术是利用光的干涉原理，借助于参考光将物光波的 复振幅记录在感光材料上，能够实现这种记录的必要条件 是物体的真实存在 很多实际应用中理想的“物体”是很难制作，例如，用于 检测光学元件加工质量的标准件，用于光学信息处理的空 间滤波器，用于数据存储系统的相移器 计算全息发展极其迅速，已成功地应用在三维显示、空间 滤波、光学信息存储和激光扫描等诸多方面
式中d表示干涉条纹周期，n为记录介质的折射率，为记录波
长
2
体积全息图的记录
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先讨论物光波和参考光波都是平面波的情形。根据光的 干涉原理，在记录介质内部应形成等间距的平面族结构， 称为体光栅，如下图示
3
布喇格定律与布喇格条件
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条纹面应处于R 和 O两光夹角的角平分线，它与两束光的 夹角θ应满足关系式：
➢ 由于记录介质在后处理过程中发生乳胶的收缩，条纹间隔变小，使再现 像波长发生“兰移”
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体积全息图的衍射效率
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体积全息图衍射效率的定义平面全息图衍射效率的定义 相同 科格尼克（Kolgenik）在1969年提出的耦合波理论，以 麦克斯韦方程组为基础，根据记录介质的电学或光学常 数被调制的情况，直接解方程组，求出衍射效率的公式 体积全息图的分类无论是透射体全息还是反射体全息都 可依据书中表5.2所示的方法进行 “无吸收位相全息图”是指记录介质的吸收可以忽略的 情形 “混合型全息图”是指既包含有振幅调制又包含有位相 调制的全息图。 余弦位相型体积全息图衍射效率最大
M·N ≤ Δx·Δy·Δfx·Δfy
式中M、N分别为X方向和Y方向的抽样单元数，Δx和Δy为
物体的空间宽度，Δfx和Δfy为物的频带宽度
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物信息的处理
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计算傅里叶变换全息图：被记录的复数波面是物波函数的傅 立叶变换。必须使用计算机完成物函数的傅里叶变换（借助 快速傅立叶变换算法完成），得到全息图平面的光场复振幅 函数。计算全息多采用傅里叶变换全息图。 计算菲涅耳全息图：被记录的复数波面是物体发出的菲涅耳 衍射波。须计算物函数经菲涅耳衍射到达全息图的复振幅分 布，再将该复振幅分布编码成全息图的透过率变化。 计算像全息：被记录的复数波面是物波函数本身或者其几何 像。只需由计算机完成物函数的坐标缩放变换与抽样。 全息图平面上函数的抽样数不得少于物函数的抽样数
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计算全息图的制作
19 0 6
计算全息图的计算机制作分为五步： ➢ 对物光信息的采集：对于实际存在的物体，可利用扫描仪
或数字摄像机进行数据采集。而对于那些实际不存在的物 体，可将其函数形式直接从键盘输入计算机 ➢ 抽样：用抽样定理将物函数离散化，得到物体或者波面再 离散样点上的值，取抽样单元数不超过物的空间带宽积 ➢ 计算：计算物函数再全息平面上的光场分布 ➢ 编码：（两种途径）干涉的计算机仿真和迂回位相法 ➢ 存储：用计算机绘图仪直接画在纸上，然后用精密照相翻 拍在照相底片上，适当放大或缩小到合适的尺寸
19 0 6
若把条纹面看作反射镜面，则只有当相邻条纹面的反射光 的光程差均满足同相相加的条件，即等于光波的一个波长 时，才能使衍射光达到极强。 若波长和角度稍有偏移，衍射光强将大幅度下降，并迅速 降为零。 特殊的应用前景： ➢ 体全息图可以用白光再现。因为在由多种波长构成的复合 光中，仅有一种波长即与记录光波相同波长的光才能达到 衍射极大，而其余波长都不能出现足够亮度的衍射像，避 免了色串扰的出现。 ➢ 体全息图可用于大容量高效率全息存储。因为当照明光角 度稍有偏离，便不能得到衍射像，因而可以以很小的角度 间隔存储多重三维图象而不发生象串扰
各种全息图及其应用
体积全息图
计算全息
1
全息记录介质
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1
体积全息图
19 0 6
当用于全息记录的感光胶膜厚度足够厚时，它在物光和参考光 的干涉场中将记录到明暗相间的三维空间曲面族，这种全息图 在再现过程中将主要显示出体效应，与前一节所介绍的平面全 息图的特点有很大差别。这一类全息图称为体积全息图
体积全息图胶膜厚度满足关系式 h nd
(1 2 ) / 2
体光栅常数Λ 应满足关系式
2sin 式中λ为光波在介质内传播的波长。
体积全息图对光的衍射作用与布喇格（Bragg）对晶体的X 射线衍射现象所作的解释十分相似，因而常借用所谓的 “布喇格定律”来讨论体积全息图的波前再现. 上式称为“布喇格条件”，角度θ称为“布喇格角”。
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体全息图对角度和波长的选择性
13
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ息的编码
19 0 6
到达全息图的物光波通常呈现为复数形式，包括振幅信息 和位相信息； 将二维光场复振幅分布变换为全息图的二维透过率函数分 布的过程，称为计算全息的编码。 计算全息的编码主要为如下两大类： ➢ 一种途径是对光全息术的计算机仿真，用计算机算出全息 图上参考光波与物光波的干涉条纹分布函数，这种编码方 式称为干涉型编码方式，用这种方法制作的全息图称为干 涉型计算全息图。（缺点：参考光波的加入增加了空间带 宽积，因此全息图上的抽样点数必须增加） ➢ 分别对振幅和相位编码（计算全息所特有的：迂回位相 法）。
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透射体全息
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透射体全息图的情形：
物光和参考光从介质的同侧射入，介质内干涉面几乎与介质表面垂直 ，因而再现时表现为较强的角度选择性。当用白光再现时，入射角度 的改变将引起再现像波长的改变
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反射体全息
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反射体全息图的情形：
➢ 物光和参考光从介质的两侧相向射入，介质内干涉面几乎与介质表面平 行，再现时表现为较强的波长选择性
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物信息的采集
19 0 6
物光信息的采集是指确定物光信息的函数形式，一般表现 为复振幅透射率函数（或反射率函数） 对于实际存在的物体，可利用扫描仪或数字摄像机进行数 据采集 对于那些实际不存在的物体，可将其函数形式直接从键盘 输入计算机 物函数需要离散化，一般取抽样单元数不超过物的空间带 宽积，即满足关系式
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各种类型全息图的最大衍射效率
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计算全息
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计算全息将计算机技术与光全息术结合起来，可以实现光 学全息术无法实现或难以实现的某些特殊功能。 光全息术是利用光的干涉原理，借助于参考光将物光波的 复振幅记录在感光材料上，能够实现这种记录的必要条件 是物体的真实存在 很多实际应用中理想的“物体”是很难制作，例如，用于 检测光学元件加工质量的标准件，用于光学信息处理的空 间滤波器，用于数据存储系统的相移器 计算全息发展极其迅速，已成功地应用在三维显示、空间 滤波、光学信息存储和激光扫描等诸多方面
式中d表示干涉条纹周期，n为记录介质的折射率，为记录波
长
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体积全息图的记录
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先讨论物光波和参考光波都是平面波的情形。根据光的 干涉原理，在记录介质内部应形成等间距的平面族结构， 称为体光栅，如下图示
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布喇格定律与布喇格条件
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条纹面应处于R 和 O两光夹角的角平分线，它与两束光的 夹角θ应满足关系式：