信息光学第5

2011年8月1日安徽卫视的水浒传首映礼3d全息投影 效果舞台，利用全息照相投影出来。
全息防伪
泰国普吉岛江西冷购物广场
2015年春节联欢晚会李宇春《蜀绣》
2016年9月4日张艺谋导演晚会《最忆是杭州》
全息图记录和再现小结 波前记录是一种干涉效应，它使振幅和位相调制的信息变换
为干涉图的强度调制信息；
则其合振幅 Ar,t Or,t Rr,t
光强度
AO r eiO rt AR r eiR rt
I r,t Ar,tA*r,t Or,t Rr,tOr,t Rr,t*
I r,t Or,t Rr,tOr,t Rr,t*
I r,t Rr,t2 Or,t2 R*r,tOr,t Rr,tO*r,t
息图和离轴全息图。
O
同轴全息图
R
粒子场全息测试
油珠分布 空间物场分布 喷水分布
2.按全息图结构与观察方式：透射全息图和反
射全息图。
透射全息图 物光和参考光在全息图同一侧
反射全息图
O
R
O
R
观察者和参考光在全息图两侧
3.按全息图复振幅透过率：振幅型全息图与位相型 全息图；后者又分为折射率型和表面浮雕型两种。
或写成：
Ir,t R 2 O 2 2O R cosR rO r
是干涉项， 清楚地表明：它包含了物光波的振幅和相位信息。 参考光波作为载波，其振幅和相位均受到物光波的调制(调幅、 调相)。参考光波的引入，使物光波的相位分布转换成了干涉条 纹的强度分布（衬比度、条纹间距、方向）
时间因子已经不出现在干涉的效应里面，而只出现了空间位相差
英国伦敦帝国大学工作
接着E.Leith和J.Upatnieks就用激
光拍摄成了完善的全息照片，在
一张平面全息图底片的后面重现
出原物逼真的三维形象，令人赞
叹不已。
视差效应
立体电影就是用两个镜头如人眼那样的拍摄装置，拍摄下景物的双视点
图像，再通过两台放映机，把两个视点的图像同步放映，使这略有差别 的两幅图像显示在银幕上，这时如果用眼睛直接观看，看到的画面是重 叠的，有些模糊不清，要看到立体影像，就要采取措施，使左眼只看到 左图像，右眼只看到右图像，如在每架放影机前各装一块方向相反的偏 振片，它的作用相当于起偏器，从放映机射出的光通过偏振片后，就成 了偏振光，左右两架放。
第5章 光学全息照相
5.0 概述
一、什么是全息照相？
全息照相是一种摄影技术
全息照相得到的是真正立体的、三维的、 空间的原始像
二、全息技术是怎样发明的
早 在 1948 年 ， 英 籍 匈 牙 利 物 理 学 家 D.Gabor就根据光的干涉和衍射原理， 提出了重现波前的全息照相理论。
12年后激光器问世，第一台红宝石激光器 诞生，解决了相干光源的问题。
➢全息干板（胶片）的结构：
感光层：银盐乳胶，由照相明胶、卤化银颗粒、及适量的补 加剂（包括坚膜剂、增感剂、稳定剂等）组成。明胶不仅是 感光层的成膜物质，而且具有很好的分散作用，使超微粒的 卤化银晶粒(0.03um-0.08um)能均匀分散其中。
底层：使亲水的乳胶层牢固地粘附于疏水的玻璃片上。
片基：玻璃或塑料片，作为支撑体。
显微镜下观察的干涉条纹。 从空间频率上说，大概每 毫米分布上千条条纹—— 与光路布置有关。
全息图的记录和重现
扩束镜
直径1-2mm
激光器
透镜会聚光 焦距：5mm 放大倍数：40
漫散射 全息图的记录
曝光——根据底片的灵敏度 的不同，曝光时间有所不同。
底片经过显影、定影处理。
全息图的重现
重现光束
感光板
防晕层：由吸光物质和粘接剂组成，防止曝光时背面反射光。 用于拍摄反射全息图的厚全息感光板，不需要防晕层。
➢感光过程：光化学过程 银盐乳胶吸收光子生成不可见的潜像，显影处理后
得可见的像，定影后成为永久像。
潜像形成过程：银盐乳胶吸收光子后，分解成一些 金属银小斑点（显影中心），在显影过程中，这些细小的 显影中心使整个卤化银晶粒变成金属银而沉淀下来，没有 曝光或没有吸收足够能量的晶粒保持不变，定影时可除去 未曝光的卤化银晶粒，而留下金属银。
全息照相采用物理光学的干涉和衍射。利用干涉原理，
通过引入一个与物光波相干的参考光波与物光波干涉，将 物光波中的振幅和相位信息以干涉条纹（干涉图）的形式 记录在某种介质上。然后再利用光波衍射的原理，通过光 波的衍射，再现原始物光波，从而再现原物体的三维像。
全息的意义是记录物光波的全部信息。 全息照相过程分为记录和重现两个步骤。
性的，也不一定是单调的，因而干涉条纹的疏密、取向、强弱和对
比度都是在随处变化。但其变化不是随机的，而是以φR随空间较 规则的变化为标准，把物光波的位相分布φO以光强度变化的形式
反应出来，而振幅则以条纹的调制深度被记录下来。
干涉图记录到记录介质上形成全息图
全息记录介质有多种。常用的是涂有卤化银乳胶的银盐感光板（或胶片）。 经适当显影、定影等处理后，就得到全息图。
重现光束 感光板
虚像
实像
实像和虚像的区别：
实像——在屏幕上可以看到。 虚像——在屏幕上看不到，人眼可以看到。
5.1.2 记录与重现数学分析
记 录 ：
设在全息干板平面上，由物体散射的物光波的复振幅表示为：
O r,t
AO
r
e
i
O rBiblioteka 位相t （物光） 瞬时位相
振幅
参 考 光 波 ：R r, t AR r eiR r t （参考光）
原始像 +1级衍射
共轭像 -1级衍射
当用共轭参考光重现时，其透射光场为
Arec r,t R*r,t r
位相畸变 共轭像
R* 0 O 2 R 2 R*R*O R 2O*
Arecr,t R0 O 2 R 2 RR*O R2O*
Arecr,t R* 0 O 2 R 2 R*R*O R 2O*
R 2 O 2 R*O RO*
参参似物纹分 参考别考考均光强前光包光光匀波度两波含波波分在分项是了在，布介布基载物介。质来本R波光质面讲为上，波面上是常是物和的的慢数常光物强强变或波光数度度化作波近，为的分分的似是调共布布，为直制轭，且,常流一波。一比数项般。是般参，，用可物是考该对以光平不光项波用波面均波是前于对波匀弱均再波参或的很匀前考现球，多再光分无面现波但。布用波。的相、。作调对或为制条近，
在记录面上进行叠加的基本光波形式，可归纳为或可分解为 以下几种情况：
（1）平面波与平面波 （2）平面波与球面波 （3）球面波与球面波
基元全息图：由上述基本光波干涉所形成的干涉条纹分布。 任何一个全息图都是由许多基元全息图线性组合而成。
基元全息图的干涉条纹形成、及其分布形式有以下几种情况：
（1）平面波与平面波干涉形成的直条纹。在空间中, 等强度 面是等间距的平面, 在某截平面上, 等强度线是直线，条纹间 距与两平面波的夹角有关。
从空域来看，物体可看作是许多相干点源的集 合，物体上每一点发出的球面波，与参考光相 干涉，所形成的基元全息图称为基元波带片。
从频域来看，物光波可看作是许多具有不 同相位、沿不同方向传播的平面波的线性 叠加,每一平面波分量与参考平面波干涉而 形成的基元全息图是一些平行直条纹，称 为基元光栅。
综上所述：抛开具体记录光路, 从分解的角度来看,物体的 形状再复杂，物函数总可分解为平面波或球面波的复杂组合。 因而全息图的干涉花样也可分解为平面光波或点光源发出的 球面波与参考光的干涉。
Ir,t R 2 O 2 2O R cosR rO r
Ir,t
R
2
O
2
1
2O R2
R O
2
cosR
r O
r
2O R 条纹对比度： V O 2 R 2
条纹形状由位相差 φR-φO 决定。因此，全息图片经曝光、显
影、定影等处理后，不仅记录了关于两光波的强度信息，也记录了
他们的振幅和位相信息。可以想象，φR-φO的空间变化不一定是线
6种分类是相互穿插、相互渗透。
5.2 菲涅耳全息图
O
平
面
R
波 入
射
几何投 菲涅尔衍射区 影区
夫琅禾费衍射区
物光波：波前分布因物体形状及特点而异,具有复杂的波前分布。
参考光波：为了简化，常采用平面光波或球面光波。
因此，全息图中的条纹分布一般是十分复杂的。
5.2.1基元全息图的几何模型
基元（点源）全息图：物体可看成点源的线性组合。故可将点 源全息图看作基元全息图。由单一物点发出的光波与参考光波 干涉所构成的全息图。任何一种全息图均可以看做是许多基元 全息图的线性组合。
R O 平面透射全息
R O 体透射全息
R O 体反射全息
物光波的振幅给出物体的亮度(强度)信息，相 位给出物体的方位（深度和位置）信息
(2) 平面波与发散球面波所形成的条纹。在空间中, 等强度的 面是旋转抛物面, 在某一截面(用平面记录介质记录时)是曲线 (弧形、或圆环, 与接受面的位置有关)。
振幅型全息图（照相底片）：干涉条纹是以浓淡相间的黑 白条纹记录在干板上；重现时黑色部分吸收光能量。
位相型全息图（玻璃）：漂白，光强度不发生变化，位相 发生变化。1）折射率变化。2）厚薄不同-0.1微米。
4.按全息底片与物的距离：菲涅耳全息图、像面 全息图和傅里叶变换全息图。
菲涅耳全息图：物体与全息底片的距离较近时拍摄的。
说 明 ：
上述两式表现曝光时的入射光场和显影后的透射光场之间 的高度非线性变换关系，似乎线性系统对全息照相理论不 能 起 作 用 。 但 从 物 光 场 O(x,y) 到 透 射 光 场E3分 量R的2O 或 E3 R 2O* 变换却是完全线性的。
英女王全息图