全息照相实验PPT资料25页

A o 2 A r 2 A o A r ei ( x 0 p r ) A ] o [ A r e i x (0 p r )[
• 式中第一项、第二项为物光和参考光的 光强，对H上任一点（x,y），这两项为 常数。第三项、第四项为干涉项，反映 了两相干光的振幅和相对位相的关系。 可见在底片H上，干涉图样将物光波的振 幅和位相两种信息全部记录下来了。
• 2.全息图的再现
• 若感光干板H的曝光和显影都控制在线性 部分（即振幅透过率t随曝光量H的变化 关系），则感光干板H上各点的振幅透过 率t(x,y)与光强I(x,y)成线性关系，即
t(x,y)t0I(x,y)
• 式中 t 0 、 为常数，其中 是t—H曲线线
性部分的斜率。
• 为了重现物光波，一般是用参考光波相 似的光照射全息图。
息概念就是来自于微波领域的旁视雷 达—微波全息图。正如盖伯在他荣获诺 贝尔奖时的演说中所指出的，利思在雷 达中用的电磁波长比光波长10万倍，而 盖伯本人在电子显微镜中所用的电子波 长又比光波短10万倍。他们分别在相差 倍波长的两个方向上发展了全息照相术，
这说明科学的发展总是互相渗透，互相 影响的。
• 二、实验原理
由于电子透镜的像差比光学透镜要大得 多,从而限制了分辨率的提高。
• 为此,盖伯设想:记录一张不经任何透镜的,用电 子衍射的电子波制作曝光照片(即全息图),使它 能保持物体的振幅和相位的全部信息,然后用可
见光照明全息图来得到放大的物体像。由于光 波波长比电子波长高5个数量级,这样,再现时物 体的放大率就可获得倍而不会出现任何像差,所
原始物光。这样，第一代全息图的两大
难题宣告结束，产生了激光记录、激光
再现的第二代全息图。从而使全息术在 沉睡了几十年之后得到了新生，
• 进入了迅速发展年代，相继出现了多种全息方 法，并在信息处理、全息干涉计量、全息显示、 全息光学元件等领域得到广泛应用。由此可见， 高相干度激光的出现，是全息术发展的巨大动 力。
• 由于激光再现的全息图失去了色调信息，人们 开始始致力于研究第三代全息图。第三代全息 图是利用激光记录和白光再现的全息图，例如 反射全息、像全息、彩虹全息及模压全息等， 在一定的条件下赋予全息图以鲜艳的色彩。激 光的高度相干性，要求全息拍摄过程中各个元 件、光源和记录介质的相对位置严格保持不变，
ห้องสมุดไป่ตู้
• 并且相干噪声也很严重，这给全息术的 实际使用带来了种种不便。于是，科学 们又回过头来继续探讨白光记录的可能 性。第四代全息图可能是白光记录和白 光再现的全息图，它将是全息术走出实 验室，进入广泛的使用领域。目前已经 开始取得进展。
• 设再现光波复振幅为
C (x ,y ) A c(x ,y )ex ic(p x ,y ) []
• 则透过全息图后的复振幅分布为
u (x ,y ) C (x ,y )t(x ,y )
u 1 ( x ,y ) u 2 ( x ,y ) u 3 ( x ,y ) u 4 ( x ,y )
• 其中：
• 将物体发出的特定光波以干涉条纹的形 式记录下来,使物体波前的全部信息都贮 存在记录介质中,故所记录的干涉条纹图
样被称为“全息图”。当用光波照射全 息图时,由于衍射原理能重现出原始物光 波,从而形成与原物体逼真的三维像,这个
波前记录和重现的过程称为全息术或全 息照相。
• 全息照相术是英籍匈牙利科学家丹尼斯 盖伯(Dennis Gabor)发明的.1947年他从事 电子显微镜研究,当时电子显微镜的理论 分辨率极限是0.4nm,由于丢失了光波的相 位,实际只能达到1.2nm,比分辨原子晶格 所要求的分辨率0.2nm差得很多.这主要是
• 除了用光学干涉方法记录全息图，还可 用计算机和绘图设备画 全息图，这就是
计算全息(Computer-Generated Hologram, 简称CGH)。计算计算全息是利用数字计 算机来综合的全息图，不需要物体的实
际存在，只需要物光波的数学描述。因 此，具有很大的灵活性。
• 全息术不仅可以用于光波波段，也可以 用于电子波、X射线、声波和微波波段。 实际上，利思和乌帕特尼克斯的高轴全
u1(x,y)t0A cexip c)(
u 2(x,y)(A o 2A r 2)A cex ic p ) ( u 3 ( x ,y ) A c A rei x (c p r ) [ A ] o ei x o )p
u 4 ( x ,y ) A c A rei x (c p r )[ A ] o e x io ) p
以这种无透镜两步成像的过程可期望获得更高 的分辨率.根据这一设想,他在1948年提出了一 种用光波记录物光波的振幅和相位的方法,并用 实验证实了这一想法,从而开辟了光学中的一个 崭新领域,他也因此而获得1971年的诺贝尔物理 学奖。
• 从1948年盖伯提出全息照相的思想开始 一直到50年代末期,全息照相都是采用汞 灯作为光源,而且是所谓的同轴全息图,它 的级衍射波是分不开的,即存在所谓的孪 生像问题,不能获得好的全息像.这是第一 代全息图,是全息术的萌芽时期。第一代 全息图存在两个晋严重问题,一个是再现 的原始像和共轭像分不开,另一个是光源 的相干性太差。
• 1960年激光的出现,提供了一种高相干性 光源。1962年美国科学家利思（Leith） 和乌帕特尼克斯（Upatnieks）将通信理 论中的载波概念推广到空域中，提出了
离轴全息术。他用离轴的参考光和物光
干涉形成全息图，再利用离轴的参考光
照射全息图，使全息图产生三个在空间
互相分离的衍射分量，其中一个复制出
• 1.全息图的记录：
R
H
O
O (x ,y ) A 0 (x ,y )ex i0 ( p x ,y ) []
R (x ,y ) A r(x ,y )ex ir(x p ,y )[]
• 两光波叠加后，（x,y）点的强度为
I(x,y)O (x,y)R (x,y)2
O(x,y)2R(x,y)2
O (x ,y )R * (x ,y ) O * (x ,y )R (x ,y )