5-04 全息照相的过程与特点

~ 0 R 正入射球面波： UR
透镜，F=z
a sin 棱镜， z
第五章：信息光学简介 § 6 全息照相的原理
6.4 线性和二次位相变换函数的作用 例：共面照明全息
~ U0 ~ U 1 ~ U0 ~ U 1
第五章：信息光学简介 § 6 全息照相的原理
6.4 线性和二次位相变换函数的作用
等效透镜
伴生实象
第五章：信息光学简介 § 6 全息照相的原理
2 2 y x ' 照明光和参考光是共轭球面光: R R 2F
6.4 线性和二次位相变换函数的作用
物光波受到一等效透镜的作用，发生放大、缩 小和偏转，也可能实象变成虚象。
等效透镜
伴生实象
第五章：信息光学简介 § 6 全息照相的原理
一、全息记录：
两束平行光干涉→正弦光栅 正弦光栅对其中的一束平行光衍射→三束平行光 平行光→物，衍射光中的一束→物光的再现
第五章：信息光学简介 § 5 全息照相(Holography)的过程与特点
一、全息记录： 物光+参考光 干涉 底片记录 干涉图 波前全息记录 （全息图） 振幅 位相
参 考 光束
6.6 小结 一、记录、再现两步 相干 二、记录 干涉：物光+参考光 波前：振幅+位相 衬度 条纹 三、再现 解调 衍射：照明光+干涉图 直射光、物光波、物光波的共轭 四、原理 几何光学→波动干涉、衍射 边界条件定解
物光调制参考光
作业
p.157: 1, 2, 3, 4 思考题 1 照明光和参考光是全同球面光。在什么情况 下放大和缩小？什么情况下出现虚象？ 2 如果参考光为平面光，照明光为球面光，或 者参考光为球面光，照明光为平面光，再或 者参考光和照明光为不同球心的球面波，衍 射场的情况如何？ 3 用不同波长的光再现，情况如何？



~ ~ i 2 f x d 2 U 1 ( , ) Ae U 0 ( x , y ) a ( x , y ) d ( x d ) ~ U 0 ( x , y ) a ( x d , y )
0级
R ) ~ R ) ~ * i ( R i ( R AR AR e U O AR AR e UO
+1级→虚像
-1级→共轭实像
第五章：信息光学简介 § 6 全息照相的原理
6.3 物光波的再现
~ UR
~ R ) ~ i ( R AR e U 1 A R UO
则 U I 在 ( x 0 d , y 0 ) 处出现亮点 特征搜索
特征识别
S( fx , fy )
S ( fx, fy )
*
( x d , y ) e i 2 f
线性冲洗
xd
a ( x, y ) A( f x , f y )
t A ( x , y ) I ( x , y ) i 2 f x d i 2 f x d e A( f x , f y ) e A* ( f x , f y )
第五章：信息光学简介 § 6 全息照相的原理
6.4 线性和二次位相变换函数的作用 附加相因子→位相型屏函数 例：共面照明全息 类似透镜、棱镜
~ U R 离轴球面波： ax a2 x2 y2 R k k z 2z
~ R ) ~ U 1 A R AR e i ( R UO ~ R ) ~ * i ( R UO U 1 A R A R e
第五章：信息光学简介
1948，Gabor提出，波前记录（Holography） 1960，激光出现，提供高亮度相干光源 1871，Nobel Laureate 物理
§ 5 全息照相(Holography)的过程与特点
两步：记录、再现 一、全息记录： 传统照相：底片记录光强
第五章：信息光学简介 § 5 全息照相(Holography)的过程与特点
' 照明光和参考光是斜入射的全同平面光： R R qx
物光波前真实再现
等效棱镜
共轭波受到一等效棱镜的作用，发生偏转。
第六章：全息照相 § 6 全息照相的原理
2 2 y x ' 照明光和参考光是全同球面光： R R 2F
6.4 线性和二次位相变换函数的作用
物光波前真实再现
~ R ) ~ * i ( R U 1 A R A R e UO A R const . ~ ~ 0， R R 都为正入射平面波： U R， UR A R const .
第五章：信息光学简介 § 6 全息照相的原理
6.3 物光波的再现 共轴全息（Dennis Gabor，1948，1971 Nobel Laureate ）
6.3 物光波的再现
~ A R e i R 以UR 照射全息图，衍射光： ~ ~ ~ t UT U R ~ ~* ~ ~ ~ ~* 2 2 ~ U R U RU O U R U RU O ( t 0 A R AO )U R 2 2 ~ ( t 0 A R AO )U R
第五章：信息光学简介 § 7 傅里叶全息图及其应用
~ ~~ ~ 2 U 2 2 U 1 t A 2 U 1 1 AA * Ae i 2 f x d A * e i 2 f x d

7.2 特征识别




~ ~ 2 U 1 ( , ) U 0 ( x , y ) 几何光学项 ~ ~ * 2 U 1 ( , ) AA U 0 ( x , y ) a ( x , y )★ a ( x , y )



1 AA * Ae i 2 f x d A * e i 2 f x d
第五章：信息光学简介 § 7 傅里叶全息图及其应用
7.2 特征识别
x
A
B A A
C H P

~ tA
x
y
G M

( f x , f y ) ( , ) / F
坐标变换
z
y
~ ~ U 2 ( , ) U 1 ( , ) ~ t A ( , )
再现波前
1
S
0
P 2
1
第五章：信息光学简介 § 6 全息照相的原理
6.2 波前的全息记录
~ UR ~ UO
~ 物光波： U O (Q )
~ 与参考光 U R A R e
物点 i R
i ( Q ) u ( Q ) A ( Q ) e n O
干涉：
~ ~ ~* ~* I ( Q ) (U O U R )(U O U R ) ~* ~ ~ ~* 2 2 A R AO U RU O U RU O
全息图→正弦光栅
~ U 1
~ U 1
例
黑白“费涅耳”波带片→轴上点光源的全息图
R
O
2 2 x y 2 2 I ( x, y ) A1 A2 2 A1 A2 cos k 0 2 z0 x 2 y2 t ( x, y) I ( x, y) t0 t1 cos k 2 z0
t ( x, y ) t0 t ( x, y ) t0 A t ( x, y ) A
物光波前再现
~ UA
H
物光共轭波前伴生
第五章：信息光学简介 § 6 全息照相的原理
6.3 物光波的再现 为使0,±1级在空间上分开→离轴全息 棱镜
R
O
透明物
例
正弦光栅→平行光的全息图
~ UR ~ UO ~ UR

全部光信息
参 考光
记录介质
记录介质
束
物光束 球面波照明
物光束 平面波照明
第五章：信息光学简介 § 5 全息照相(Holography)的过程与特点
二、波前再现： 照明光+全息图 衍射 全息图
照 明光 束
全息图
照 明 光束
物光束 球面波照明
物光束 平面波照明
第五章：信息光学简介 § 6 全息照相的原理
6.1 惠更斯—费涅耳原理的实质 6.2 波前的全息记录 6.3 物光波的再现 6.4 线性和二次位相变换函数的作用 6.6 小结
第五章：信息光学简介 § 6 全息照相的原理
6.1 惠更斯—费涅耳原理的实质 ——无源空间边值定解： 无源空间中的光场分布由边界条件（波前）唯一确定。
再现波前 再现物光波
等效透镜
共轭波受到一等效透镜的作用，发生放大、缩 小和偏转，也可能实象变成虚象。
第五章：信息光学简介 § 6 全息照相的原理
2 2 y x ' 照明光和参考光是共轭球面光: R R 2F
6.4 线性和二次位相变换函数的作用
物光波受到一等效透镜的作用，发生放大、缩 小和偏转，也可能实象变成虚象。
R
O
O
例
黑白“费涅耳”波带片→轴上点光源的全息图
R
O2
O1
R
O2 O1 O1 O2
第五章：信息光学简介 § 6 全息照相的原理
6.3 物光波的再现 体全息 彩虹全息 真彩全息 全息加密 全息存储 全息电影 全息计量术 ……
例：全息加密
加密：
laser
解密：
e
i ( x , y )
第五章：信息光学简介 § 6 全息照相的原理
6.2 波前的全息记录 底片曝光、线性冲洗 全息图：
~ t (Q ) t 0 I (Q ) ~* ~ ~ ~* 2 2 t 0 ( A R AO U RU O U RU O )
第五章：信息光学简介 § 6 全息照相的原理
第五章：信息光学简介 § 7 傅里叶全息图及其应用
7.1 傅里叶全息图 7.2 特征识别
第五章：信息光学简介 § 7 傅里叶全息图及其应用
7.1 傅里叶全息图 共面Fourier全息：以全息方式记录Fourier频谱 参考点源
透明物
Fຫໍສະໝຸດ Baidu
F
第五章：信息光学简介 § 7 傅里叶全息图及其应用
7.1 傅里叶全息图 共面Fourier全息：以全息方式记录Fourier频谱
~ ~ * i 2 f x d 2 U 1 ( , ) A e a ( x d , y ) ★ U 0 ( x , y )
互相关项


杂散光


卷积项
第五章：信息光学简介 § 7 傅里叶全息图及其应用
7.2 特征识别
~ U 0 ( x , y )在 ( x 0 , y 0 ) 处出现 a ( x , y )