光学全息技术的原理.ppt
现代光学第4章 光学全息 数字全息的原理及激光散斑 共192页
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第4章 光学全息、数字全息的原理及激光散斑
图4.2-1中，记录物体为一透明图片，位于透镜的前焦 平面上； 参考点光源(针孔)与物共面，位置坐标为(-b，0)； 记录介质位于透镜的后焦面。用相干单色平面波垂直入射 照明物面时，透明图片后表面上的光波场复振幅分布 即为物光的复振幅，表示为 O(x0,y0)， 在记录平面即透 镜的后焦面上得到其傅里叶变换为
光强分布为
(4.1-3)
(4.1-4)
5
第4章 光学全息、数字全息的原理及激光散斑
在线性记录条件下，全息图的振幅透射系数为
(4.1-5) 再现时，设照明全息图的光波场在全息图上的复振幅 分布为
(4.1-6)
6
第4章 光学全息、数字全息的原理及激光散斑
则透过全息图光波的复振幅分布为
(4.1-7) 式中: 第一项是直射光； 第二项是原始像(含O)； 第三项 是共轭像(含O*)。 这就是全息照相的基本公式。应当指出， 一般情况参考光是平面波或球面波，可看成是点光源； 而 物体都有一定的大小，可看成点光源的线性组合，则
对于原始像,有
可见，原始像和物完全重合。
(4.1-18)
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第4章 光学全息、数字全息的原理及激光散斑
对于共轭像，有 (4.1-19)
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第4章 光学全息、数字全息的原理及激光散斑
4.1.3 再现像的放大率 1. 横向放大率 当物光和参考光的夹角不大时，横向放大率定义为
(4.1-20)
应用式(4.1-17)，分别求关于xi和xO的一阶导数，得到横向 放大率的显式表达式为
(4.2-4)
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第4章 光学全息、数字全息的原理及激光散斑
全息技术的原理及应用
全息技术的原理及应用全息技术是一种用于记录和再现光场的技术，它是一种三维成像技术。
全息技术最早于1962年由著名物理学家丹尼尔·费涅尔（Daniel Gabor）提出。
全息技术的最大特点是可以将物体的三维信息完整地改写到一个二维的全息图中，全息图看似一张普通的照片，但是在光源的照射下，它能够重新创造出原来的物体，还原出物体的三维形态，同时还具有非常好的真实感和逼真感。
全息技术的原理全息技术的原理是利用激光将物体的光场记录在照相底片上，形成全息图。
全息图是一种保存了物体三维形态的光学记录，它包含了物体的干涉图案和透明度信息。
全息图利用干涉的性质，可以记录物体的相位信息和振幅信息，能够保存物体的全息图。
记录全息图时，需要将物体和照相底片分别置于两个平行的玻璃板之间。
激光在照射物体时，会将物体的光场反射到照相底片上，形成干涉图案。
底片上的干涉图案是物体光场的等相位面反映出来的图像，它是由物体表面反射的光和费涅尔透镜（一种具有聚焦作用的透镜）所形成的参考光共同构成的。
因为在干涉场中，光波的传播路径长度差非常小，在光波相遇处形成明暗条纹，这些条纹的位置和形状会因物体的形态而发生改变，形成的最终干涉图案记录下来就是全息图。
再现全息图时，需要用与记录时完全相同的激光照射全息图，通过透过全息图的物体表面反射出来的光和记录时的参考光发生干涉，使得原来的物体在远离全息图的位置上重现出来。
全息图的再现实现了物体三维成像，不仅形成物体的轮廓，而且根据物体的距离和形态变化能够变幻不一的视角，充分表现出物体的全貌和空间位置的正确性。
全息技术的应用全息技术的应用领域非常广泛，下面是其中一些主要应用：1. 眼科诊断：全息技术可以记录患者眼球的形态，进而帮助医生进行眼科疾病的诊断和治疗。
如果对眼血管进行全息摄影，医生可以查看容易被遮挡的病变区域。
2. 工业设计：全息技术可以记录产品的三维形态，帮助工业设计师进行产品的设计和开发。
全息技术的原理及应用现状
全息技术的原理及应用现状引言全息技术是一种记录和再现三维空间中物体的光学技术，通过使用干涉和衍射原理，可以将物体的完整三维信息记录在一张平面上，然后再通过光的照射将其再现出来。
全息技术广泛应用于各个领域，包括科学研究、医学、艺术等。
本文将介绍全息技术的原理以及其在不同领域的应用现状。
全息技术的原理全息技术的原理基于光的干涉和衍射现象。
当一束激光照射到物体上时，物体会对光进行散射，产生波前形状。
然后，将物体放在光敏材料上，再次用同一波长和相干性的光照射，光将被散射和干涉，形成一个复杂的光场。
通过光场的干涉和衍射，可以记录下物体的三维信息。
全息技术的记录过程1.激光照射：将一束激光照射到物体上。
2.光的散射：物体对激光进行散射，形成波前形状。
3.干涉记录：将散射光与参考光（激光）进行干涉，形成干涉图样。
4.光敏材料的记录：将干涉图样记录在光敏材料上。
5.固定显影：用化学处理将记录在光敏材料上的图样固定。
全息技术的再现过程1.激光照射：将同一波长和相干性的激光照射在光敏材料上。
2.衍射复现：照射光通过光敏材料，衍射生成原始物体的复原波前。
3.人眼观察：人眼通过观察这个复原波前，再现出原始物体的三维信息。
全息技术在科学研究中的应用全息技术在科学研究中发挥了重要的作用，以下是一些主要应用：1.显微镜技术的改进：全息显微镜能够实现超分辨率成像，使得科学家能够观察到更细微的结构和细胞。
全息显微镜在生物医学研究中有很大的应用潜力。
2.全息光刻技术：全息光刻技术是一种制备微纳米结构的关键技术。
它可以将光的干涉和衍射原理应用于光刻工艺中，实现高分辨率和高精度的微纳米结构制造。
3.全息光学存储：全息光学存储是一种基于全息技术的数据存储技术，可以实现大容量、高速的数据存储。
它在信息技术领域有着广泛的应用前景。
全息技术在医学中的应用全息技术在医学领域有着广泛的应用，以下是一些主要应用：1.医学成像：全息技术可以实现三维医学成像，提供更准确的诊断信息。
全息照相的拍摄原理原理
全息照相的拍摄原理原理全息照相是一种利用相干光的干涉原理记录并再现物体的全息图像的技术。
全息照相的拍摄原理主要包括：1. 干涉原理：全息照相利用光的干涉现象来记录物体的全息图像。
干涉是指两束或多束光波相遇时的相互作用，其结果是波的叠加。
在全息照相中，拍摄物体的光波与参考光波发生干涉，形成了干涉条纹，这种干涉条纹携带了物体的三维信息。
2. 激光光源：全息照相需要一束高度相干的激光光源。
激光具有高度单色性和相干性，能够产生稳定的干涉条纹，并提供足够的光强用于记录全息图像。
3. 分束镜：分束镜是全息照相中的一个重要光学元件。
它将来自激光器的光分成两部分，一部分是直射到拍摄物体上的对象光，另一部分是被称为参考光的光束。
4. 物体光与参考光的干涉：当分束后的对象光照射到物体上时，它会被物体表面反射或透射，形成物体光。
同时，从分束镜反射出来的参考光也照射到物体上。
5. 干涉记录：物体光与参考光在感光介质上发生干涉，并记录下干涉条纹的信息。
感光介质可以是光敏薄膜、干板或者像素阵列等。
6. 全息图像再现：全息照相的关键在于再现全息图像。
再现时，使用与记录时相同的光源，将记录下来的全息图像照射得到物体光和参考光。
物体光与参考光再次发生干涉，干涉条纹会产生光学衍射，通过成像系统或像素阵列可以看到再现的全息图像。
总结起来，全息照相的拍摄原理主要是利用光的干涉现象来记录物体的全息图像。
通过利用激光光源、分束镜和感光介质，物体光和参考光发生干涉并记录下干涉条纹，再利用相同的光源再现全息图像。
全息照相的拍摄原理使得它能够记录和再现物体的三维信息，具有广泛的应用前景。
信息光学第七章-光学全息ppt课件
R x,yr0x,yejrx,y
那么，两波相遇叠加的总光场是
U x ,y O x ,y R x ,y
对应的强度分布为
I x , y U x , y 2 O x , y 2 R x , y 2 O x , y R * x , y O * x , y R x , y
➢用共轭参考波照明
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
2、波前记录与再现
✓用相干光波照射全息图，假定它在全息图平面上的复振幅分布为C(x,y)，
全息图的透射光场分布为 U t x , y C t x , y C t b C O 2 C O R * C O * R U 1 U 2 U 3 U 4
4、基元全息图分析
✓全息图可看作是很多基元全息图的线性组合，了解基元全息图的结构和
作用对于深入理解整个全息图的记录和再现机理非常有益。 空域方法是把物体看作一些相干点源的集合，物光波前是所有点源发出的 球面波的线性叠加。每一个点源发出的球面波与参考波干涉，记录的基元 全息图称为基元波带片； 频域方法是把物光波看作由很多不同方向传播的平面波分量的线性叠加， 每一个平面波分量与参考平面波干涉而记录的基元全息图称为基元光栅。
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
1、引言
✓全息发展简史
➢ 1948年 Dennis Gabor 提出 “波前重现” 理论
目的：改善电子显微镜的分辨率 光源：汞灯 效果：因光源相干性差，效果很不明显
17光学全息技术的原理
全息再现特点的定性说明
全息图上每一点都记录有物上所有点发出的波的全部信息，因此 每一点都可以在参考光照射下再现出像的整体。
对再现像有贡献的点越多，像的亮度越高。 点越多，再现时的照明孔径也越大，像的分辨率就越高，可 以观察三维立体像的视角也越宽
还应当注意到，在全息图上这四项是相互重叠在一起的 由于光是独立传播的，再现时在全息图上相互重叠的的四项
息图的入射角有偏离。偏离角小时仍出现再现像；随着角度的增 大，再现像由畸变直至消失。全息图只在一个有限的角度范围内 能再现物波前。
利用这一特性，可采用不同角度的参考光在同一张全息片上 记录多重全息图，再现时只要依次改变再现光角度，便可依次显 示出不同的像来。
b.波长的改变：如再现光与参考光只是波长存在差异，则再现像会 出现尺寸上的放大或缩小，同时改变与全息图的相对距离。
干涉场光振幅应是两者的相干叠加，H 上的总光场为干涉场光振幅应是两者的 相干叠加，H 上的总光场为 U(x,y)=O(x,y)+R(x,y)
干板记录的是干涉场的光强分布，曝光光强为 I ( x , y ) = U ( x , y )·U * ( x , y ) =∣O∣2 +∣R∣2 + O·R* + O*·R
将分别沿三个不同方向传播。
只要这些方向之间夹角比较大，离开全息图不远就可以分离 开来，在不同方向上观察，这四项产生的图像并不会互相干扰
——利思和乌帕特尼克斯提出离轴全息图的原理。
全息实验用装置
1. 相干光源——激光器
2．防震平台及光学元件 在几秒到几分钟甚至几十分钟内要求光路必须达到较高稳定 度，光程差的变化量不得超过λ /10 常用的光学元件有：反射镜；扩束镜；针孔滤波器；光分束 器；透镜；散射器等
光学课件 彩虹全息
像的色散主要表现在y方向上。主要讨论y方向上的单色性．类似 光栅的色散。
y
光栅方程：dsinθ=mλ
z
光栅色散本领：Dθ = m /(dcos θm)
d 减小， Dθ 增大。
y
H
∆H
O•
S H1
R1∗
a
R2
zo
zs
y
∆H
x
¾ 用白光照射全息图， 经∆H的衍射后，对同一 物点，不同波长的光形 成的像点位置不同。
但是，a ↓ (视场小，亮度小), ze ↓（视场小）,
θr ↑（要求干板空间分辨率高）
2．像的色模糊：
¾用点源全息图再现 像点位置(xi, yi, zi)公
式，由∆λ可求出在
各方向上的色模糊分
量(∆xi, ∆yi, ∆zi)。
I λ ′ ∆•z ∆y I λ • ∆I
y H
∆α
S Sλ Sλ′
∆H α
但是
⎧ ⎪ ⎨
zo小，则景深小 zs大，要求记录时狭缝S靠近透镜焦点，限制视场
⎪⎩a小，狭缝窄，激光散斑影响大
实验中，应根据要求适当选取。 如取：a为5~10mm左右，zs为25~30cm左右。
根据记录方式不同：分为二步彩虹全息和一步彩虹全息。
5.8.1 二步彩虹全息（1969年提出）
O
H1
A
B
D
C
R1
第1步：记录物体菲 涅耳全息图
H
A ∆H
S H1 R2∗
B
CD
R2
zo
zs
第2步：记录彩虹全息图
C H S′
A
B
D
C
再现观察
(1)记录时采用相干光源，再现时既 可使用相干光源，也可采用非相 干光源（如白光）。
全息照相基本原理
全息照相基本原理全息照相是一种记录和重现物体光学信息的技术，它可以通过使用相干光源和干涉的原理，以一种更加真实和立体的方式来呈现物体的图像。
全息照相的基本原理包括以下几个方面：1.相干光源：全息照相使用的光源是相干光源，相干光是具有相同波长、频率、振幅和相位的光的集合。
相干光源可以是激光或者其他具有特定相干性质的光源，这样可以保证在记录全息图像时得到更清晰、准确的光学信息。
2.物体和参考光束的干涉：在全息照相中，物体光束和参考光束在记录介质上相遇并发生干涉。
物体光束经过物体后得到反射、散射的光，而参考光束是直接发射出来的。
当这两束光在其中一点相遇时，它们会发生干涉现象。
干涉的结果取决于两束光的相位差和振幅，因此干涉的图案将反映出物体的光学信息。
3.干涉图案的记录：在记录全息图像之前，需要在一块感光介质上加上一层感光材料。
这个感光材料对于物体光束和参考光束来说是透明的，它只会在两束光相遇的地方发生化学反应。
当物体光束和参考光束相干地交迭到一起时，在感光介质上就会出现一种干涉图案。
该图案本身就是一种记录了物体光学信息的全息图像。
4.重现全息图像：在重现全息图像时，需要使用与记录时完全相同的相干光源。
通过将重现光源照射到记录介质上，物体光束和参考光束将再次相交。
这样，干涉图案将再次出现在感光介质上，并重新创建出原始物体的全息图像。
由于记录时捕捉到了物体的相位和振幅信息，因此重现时可以呈现出立体感和逼真的图像。
总结起来，全息照相基本原理是利用相干光源和干涉的原理来记录和重现物体的光学信息。
通过物体光束和参考光束的干涉，可以在感光介质上记录下物体的全息图像。
使用相同的相干光源时，干涉图案将再次在感光介质上出现，并重现出原始物体的立体图像。
这种技术在许多领域有广泛的应用，包括三维成像、显微镜、安全认证和艺术创作等。
光学全息技术原理教学课件(一)
光学全息技术原理教学课件(一)光学全息技术原理教学课件光学全息技术是一项前沿方法，其应用范围非常广泛，包括图像处理、物体检测、光学数据存储等领域。
要有效学习光学全息技术，需要具备系统的知识体系。
而一篇关于光学全息技术原理的教学课件便是非常重要的一环。
一、课件概述光学全息技术原理课件应包含以下内容：1. 全息技术概述：全息技术的发展史、原理、应用领域。
2. 全息记录介质：全息技术常用的介质以及每种介质的优缺点。
3. 全息记录过程：全息图的构成、记录条件、全息图的类型等。
4. 全息图重建：全息图的重要性、重建机理、重建方式等。
5. 全息技术的应用：全息技术在不同领域的应用以及发展趋势。
二、课件重点1. 全息图构成：全息图由参考光和物体光相干叠加形成。
在全息图中，参考光为特定光源的光，而物体光为物体对光源的反射或透射，两者之间的干涉产生全息图。
全息图可以分为透明全息和反射全息。
2. 全息记录过程：全息图的记录需要在指定的环境和条件下进行。
在记录过程中，全息介质必须具有透明性或反光性，同时光的波长必须在介质内有透射或反射。
为了记录出高质量的全息图，需要注意光源、介质类型、拍摄距离等方面的要素。
3. 全息图重建：如何有效重构全息图是全息技术学习的重要部分之一。
重建方法包括共轭重建、逆变换、Fourier变换等。
选用何种方法，取决于记录的三维模型大小、全息介质的类型及记录条件等。
三、课件亮点1. 图像化：结合丰富的图像、矢量图以及演示视频，直观呈现全息技术原理，如全息图的构成、透明全息和反射全息的特点，以及不同重建方法的应用等。
使学生能够直接了解全息技术的整个学习过程和原理。
2. 交互性：优秀的课件应该是能够与学生进行互动交流的。
所以，在设计课件时要考虑到学习者的批判性思维和学习方法，为了吸引学生的注意力，应该让课件变得趣味化，尝试集成学生互动答题的功能，以提高他们的参与度和学习兴趣。
3. 实验室操作：在理论教学之余，必须要摆脱理论的束缚，让学生实际操作，从中学习。
光学全息技术原理ppt课件
；.
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虚像
全息图
晕轮光 直接透射光
z0
z0
实像
像的再现
；.
20
讨论： （1）分量U1是经过衰减的照明光波，代表沿底片轴线传播的平面波； （2）分量U2是一个透射光锥，主要能量方向靠近底片轴线，光锥 的扩展程度取 决于O(x,y)的带宽；
（3）分量U3 正比于原始物波波前O与一平面波相位因子exp(j2y)的积,表示原 始物波将以向上倾斜的平面波为载波，在距底片z0处形成物体的一个虚像。 （4）分量U4表示物波的共轭波前将以向下倾斜的平面波为载波，在距底片另一侧 z0处形成物体的一个实像。
1. 相干光源——激光器
2．防震平台及光学元件 在几秒到几分钟甚至几十分钟内要求光路必须达到较高稳定度，光 程差的变化量不得超过λ/10 常用的光学元件有：反射镜；扩束镜；针孔滤波器；光分束器；透 镜；散射器等
3．全息实验光路设计原则 （1）光程差的要求尽可能小 （2）干板表面物光和参考光光强之比在1：2至1：10以内 （3）空间频率的限制：物光和参考光的夹角应选择适当，使全息图的
U ( x ,y ) C ( x ,y ) t C b 'C tO ( x ,y ) 2 'R * C ( x ,y ) O R * ( x C ,y ) O
上述四项场分量都在同一方向上传播，其中直接透射光大大降低了像的衬度，且 虚像和实像相距为 2Z0 ，构成不可分离的孪生像。当对实像聚焦时，总是伴随一离 焦的虚像，反之亦然。孪生像的存在也大大降低了全息像的质量。同轴全息的最大局 限性还在于我们必须假定物体是高度透明的，否则第二项场分量将不能忽略。这一假 定极大地限制了同轴全息图的应用范围。
U’( x , y ) = R 0（O 0 2 + R 0 2）exp [- jφr ]
第五章光学全息-20140512
2019/11/22
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(4) U4 ( x, y) RCO R2O
当照明光波是与参考光波完全相同时（C=R）
R2 中的相位因子一般无法消除。
当原始物波发散时，共轭光波则是会聚的，所以U4 给出一个实像。但由于R2的调制，实像会有变形。 这一项称为全息图衍射场中的-1级波。
假定参考光的强度在整个记录表面是均匀的，则
t( x, y) t0 ( R 2 O 2 RO RO ) tb ( O 2 RO RO )
式中 tb t0 R 2 表示均匀偏置透过率。如果全息图的记录
末能满足上面指出的线性记录条件，将影响再现光波的质量。
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由于波前再现了物体的虚像和实像，全息术是一个两步成像过程，它不需 要透镜。若把记录时物光波作为输入，再现时U3或U4作为输出，这样定义 的系统 是线性的。我们可以利用叠加原理去分析它。当然，这必须使成像 光波之间以及和其它透射光波能有效分离，而不相互干扰。
波前记录是一种 干涉效应，它使振幅和相位调制的信息变换为强度调制信 息。胶片经线性处理后 ，波前再现时又使全息图上的强度调制信息还原为 波前的振幅和相位调制信息。这是衍射效应结果。用通信术语，波前记录 和再现也是“编码”和“解码”的过程。
如何得到三维的图像呢？
2019/11/22
1
如果我们能够用某一种方法把物体光波（其中包含振幅和 相位信息）以某种方式记录下来，则当我们想办法把物光波 再现出来的话，就能再现三维的物体。
这种方法就全息术： 利用干涉原理，将物光波前以干涉条纹的形式记录下来，由
于物光波前的振幅和相位，即全部信息都储存在记录介质中， 它被称为“全息图”。光波照明全息图，由于衍射效应能再 现原始物光波，该光波将产生包含物体全部信息的三维像。 这个波Байду номын сангаас记录和再现的过程就是全息术，或全息照相。
光学全息.ppt
B’
H
在现光波
U4~O*
A’
实像
D’ C’
当 C R* ，
有 U4 x, y R 2 O* x, y
若物为实物体，发光为发散光，U4为实像，无像差。
5.2 全息图的基本类型
• 从不同的角度考虑，全息图可以有不同的分类 方法。
• 从物光与参考光的位置是否同轴考虑，可以分 为同轴全息和离轴全息
1960：激光被发明，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)将通信理论中的载频概念推广到空域中，提 出了离轴全息术 。
全息术快速发展：
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。
5.1 波前记录与再现
基本思想：
或I(x, y) R(x, y) 2 O(x, y) 2 2R0(x, y)O0(x, y) cos0(x, y) r (x, y)
全息图的振幅透过率t(x,y)与照射光强和曝光量有关：
t x, y t0 E t0 I(x,y) t0 I(x, y)
t 1.0
0.5
直线
记录介质一般是银盐感光干板， 对两个波前的干涉图样曝光后， 经显影、定影处理得到全息图 ——全息团实际上就是一幅干 涉图
• 从记录时物体与全息图片的相对位置分类，可 以分为菲涅耳全息图、像面全息图和傅里叶变 换全息图
• 从记录介质的厚度考虑，可以分为平面全息图 和体积全息图
5.3 基元全息图
• 对全息图所记录的干涉条纹进行分析：全息图的干涉 花样一般说来总是复杂的，但也是有规律的，它不外 乎是平面波与平面波、平面波与球面波、球面波与球 面波三种干涉中的一种。
全息投影制作原理
全息投影制作原理全息投影是一种利用光干涉原理来形成三维立体影像的技术。
它通过将物体的光波信息记录在光敏材料上，并在适当光照条件下再现出原来的影像，实现真实、逼真的三维投影效果。
全息投影技术在娱乐、教育、医疗等领域有着广泛的应用。
1. 全息投影的原理和基本构成全息投影利用了光的波动性和干涉现象。
首先，将被拍摄物体和一个参考光波源一起照射到光敏材料上，经过物体光波和参考波的干涉叠加，形成干涉图样。
然后，将干涉图样暴露在适当光照下，光敏材料中的干涉图样发生光弹性变形，最终形成全息图。
整个全息投影系统主要由以下几个组成部分构成：- 光源：提供光的波动性，常用的光源包括激光器和LED光源。
- 物体：被拍摄的三维实物或模型，其光波和参考光波进行干涉和叠加。
- 参考光波：作为参照，与物体光波进行干涉，通过干涉叠加形成全息图。
- 光敏材料：用于记录和保存全息图样，光敏材料能够对干涉光波进行照相记录。
- 重建光波：经过光照条件下激发，由光敏材料中的全息图样再现出光波。
2. 全息投影的制作过程全息投影的制作过程主要包括记录和重建两个步骤。
(1) 记录：将被拍摄的物体和参考光波同时照射到光敏材料上，形成干涉图样。
这一步骤需要保持物体和光源的稳定性，以及合适的光路径和角度，保证干涉和叠加的准确度。
(2) 重建：在适当的光照条件下，使用合适的光源照射光敏材料，使光敏材料中保存的全息图样发生光弹性变形，通过衍射和干涉再现出原始的物体光波，实现全息影像的重建。
3. 全息投影的优势和应用领域全息投影技术具有以下优势：- 真实感强：全息投影能够还原物体的真实形态和光学特性，实现逼真的三维效果，使观众感受到身临其境的效果。
- 可视角度大：全息图样的记录和重建过程中，可以在不同角度观察到全息影像，观众可以从各个角度看到立体效果，不受传统投影的限制。
- 可动态展示：全息投影可以用于展示动态物体的三维效果，能够呈现物体的运动、变形等特征，增强观众对物体的理解和认识。
光学全息技术介绍
彩虹全息技术
原理
在全息图的记录过程中，采用不同角 度的参考光束，形成具有不同波长选 择性的干涉条纹，从而在白光下呈现 出彩虹般的效果。
特点
具有绚丽的视觉效果和较高的防伪性 能，广泛应用于证件、商标等领域。 但成像质量受光源影响较大。
数字全息技术
原理
利用计算机技术和数字图像处理技术对全息图进行记录和重现，实现全息图的数字化存储、传输和处 理。
特点
具有灵活性高、处理速度快、易于实现远程传输和自动化处理等优点。同时，数字全息技术还可以与 其他成像技术相结合，实现多模态成像和复合成像等高级功能。
03 光学全息技术应用领域探 讨
三维显示与虚拟现实应用
三维显示
光学全息技术能够记录并再现物体的三维信息，使得观察者能够从不同角度看到物体的不同侧面，从而实现真正 的三维显示。
发展历程
全息技术自20世纪40年代提出以来，经历了不断的发展和完 善。从最初的同轴全息术到离轴全息术，再到后来的数字全 息术，全息技术在不断突破中实现了更高的图像质量和更广 泛的应用领域。
光学全息技术原理简述
记录过程
在记录过程中，使用一束相干光（通常是激光）照射物体，另一束相干光作为 参考光与物体反射或透射的光在记录介质上干涉，形成全息图。全息图记录了 物体的振幅和相位信息。
特点
具有高分辨率、大视角、真彩色 三维立体成像等优点，但需要使 用激光作为光源，且对环境稳定 性要求较高。
反射式全息技术
原理
在全息图的记录过程中引入反射相移 ，使得全息图可以在普通白光下通过 反射方式观察到三维立体像。
特点
无需特殊光源，可在自然光下观察， 且观察角度较大。但分辨率和色彩还 原度相对较低。
曝光记录
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同，因而它将以与再现光C ( x , y )相同的方式传播。
第三项：包含有物的位相信息，但还含有附加位相。 第四项：包含有物的共轭位相信息，可能形成共轭像。
波前再现的几个特例(1)
将分别沿三个不同方向传播。
只要这些方向之间夹角比较大，离开全息图不远就可以分离 开来，在不同方向上观察，这四项产生的图像并不会互相干扰
——利思和乌帕特尼克斯提出离轴全息图的原理。
全息实验用装置
1. 相干光源——激光器
2．防震平台及光学元件 在几秒到几分钟甚至几十分钟内要求光路必须达到较高稳定 度，光程差的变化量不得超过λ/10 常用的光学元件有：反射镜；扩束镜；针孔滤波器；光分束 器；透镜；散射器等
干涉场光振幅应是两者的相干叠加，H 上的总光场为干涉场光振幅应是两者的 相干叠加，H 上的总光场为 U(x,y)=O(x,y)+R(x,y)
干板记录的是干涉场的光强分布，曝光光强为 I ( x , y ) = U ( x , y )·U * ( x , y ) =∣O∣2 +∣R∣2 + O·R* + O*·R
像称为原始像（虚象） 第四项为共轭项，它除了 与物波共轭外，还附加了 一是实像
波前再现的几个特例(2)
（2）C ( x , y ) = R* ( x , y ) 采用与参考光共轭的光波再现 U’( x , y ) = R 0（O 0 2 + R 0 2）exp [- jφr ]
+ R 0 2 O 0 exp [ j (φo -2φr )]+ R 0 2 O 0 exp [ - jφo]
第一、二项合并，仍保留了参考光的特征 第三项是畸变了的虚象 第四项是与原物相象的实像，但出现了景深反演，即原来近的部位
变远了，原来远的部位变近了，称为赝像
波前再现的几个特例(3)
(3)其他情况： a．照射角度的偏离：如再现光与参考光波面形状相同，只是相对全
息图的入射角有偏离。偏离角小时仍出现再现像；随着角度的增 大，再现像由畸变直至消失。全息图只在一个有限的角度范围内 能再现物波前。
利用这一特性，可采用不同角度的参考光在同一张全息片上 记录多重全息图，再现时只要依次改变再现光角度，便可依次显 示出不同的像来。
b.波长的改变：如再现光与参考光只是波长存在差异，则再现像会 出现尺寸上的放大或缩小，同时改变与全息图的相对距离。
（1）C ( x , y ) = R ( x , y )，即原参考光再现 U’( x , y ) = R 0（O 0 2 + R 0 2）exp [ jφr ] + R 0 2 O 0 exp [ j φo]+ R 0 2 O 0 exp [ - j (φo - 2φr )]
第一、二项合并为一项，保留了参考光的信息 第三项与原物光波只增加了一个常数因子，再现了物光波，所成的
同轴全息图的记录和再现
(a) 记录；(b) 再现
同轴全息图
设相干平面波照明一个高度透明的物体，透射光场可以表示为：
t(x0 , y0 ) t0 t(x0 , y0 )
t0是一个很高的平均透射率， 表t示围绕平均值的变化，且
有：
t t0
因此透射光场可以看成由两项组成：一项是由
t0表示的、强而
3．全息实验光路设计原则 （1）光程差的要求尽可能小 （2）干板表面物光和参考光光强之比在1：2至1：10以内 （3）空间频率的限制：物光和参考光的夹角应选择适当，使全
息图的条纹密度不得大于所选用记录介质的分辨率 （4）光学元件使用数量要尽可能少，一方面是为了减少不必要
的光能量损失，另一方面也为了减少引入光噪声的渠道。
透过H后的光振幅U’( x , y ) 为
U x, y C0 x, yexp jc x, y O 2 R 2 O R* O* R
C0 O02 exp jc x, y C0 R02 exp jc x, y C0O0 R0 exp j0 r c C0O0 R0 exp j0 r c
盖伯避免位相信息丢失的技巧是干涉方法,因为干涉场分布与波面位 相有一一对应关系
物光波的振幅和位相信息便以干涉条纹的形状、疏密和强度的形式 “冻结”在感光的全息干板上
波前记录和波前再现示意图
波前记录的数学模型
在全息干板H上设置x , y坐标，设物波和参考波的复振幅分别为 O ( x , y ) = O 0 ( x , y ) exp [ jφo ( x , y ) ] R ( x , y ) = R 0 ( x , y ) exp [ jφr ( x , y ) ]
经线性处理后，底片的透过率函数tH 与曝光光强成正比，略去一个无关紧要的 比例常数，上式可直接写成 tH ( x , y ) =∣O∣2 +∣R∣2 + O·R* + O*·R
波前再现的数学模型
设照明光波表示为
C ( x , y ) = C 0 ( x , y ) exp [ jφc ( x , y ) ]
c.波面的改变：再现光波面的改变会使原始像发生畸变。
全息再现特点的定性说明
全息图上每一点都记录有物上所有点发出的波的全部信息，因此 每一点都可以在参考光照射下再现出像的整体。
对再现像有贡献的点越多，像的亮度越高。 点越多，再现时的照明孔径也越大，像的分辨率就越高，可 以观察三维立体像的视角也越宽
还应当注意到，在全息图上这四项是相互重叠在一起的 由于光是独立传播的，再现时在全息图上相互重叠的的四项
均匀的平面波，它相当于波前记录时的参考波；另一项是 t
所代表的弱散射波，它相当于波前记录时的物光波。
光学全息记录与再现原理
波前记录与再现
人眼接收到不失真的物光波的全部信息，两眼产生视差的结果，便 看到了三维立体像
利用两眼视差观察不同像合成，并不是真正的立体像；接收到具有 位相关系的物光波，看见物体的立体像，才是“全息”立体像
“冻结”物光波的过程称为“波前记录”，“复活”信息称为“波 前再现” 即“wavefront reconstraction”