近代光学基础 第四章 光全息术
全息术解析光波干涉与衍射现象
全息术解析光波干涉与衍射现象在现代光学中，全息术是一种基于光波干涉与衍射现象的高级光学技术。
通过使用全息术，可以将光波的相位和振幅信息完整地记录下来，并在后续的观察中进行重建。
全息术被广泛应用于三维成像、图像存储和显示等领域，为我们带来了许多重要的科学和技术进展。
光波干涉是指两个或多个光波的相遇产生的现象。
当两个光波的相位相同或相差等于2π的整数倍时，它们会互相增强，形成亮纹。
相反，当两个光波的相位相差等于(2n+1)π时，它们会互相抵消，形成暗纹。
在全息术中，通过将这种相位差信息记录下来，我们可以在后续的观察中还原出原始光波的全息图像。
光波衍射是指光波在通过孔隙或物体边缘时出现偏折和扩散的现象。
当光波通过一个窄的缝隙或孔洞时，它会向四周扩散，形成衍射图样。
这种扩散效应使得我们能够观察到物体的微小细节。
在全息术中，通过记录光波的衍射图样，我们能够在后续的观察中还原出物体的全息图像。
全息术的基本原理是将物体的光波信息通过干涉或衍射的方式记录在一块光敏介质上。
当这块光敏介质被光照射时，光波的相位和振幅信息将被记录下来。
在全息图形成之后，我们可以使用与原始光波相同的光束照射到全息图上，通过光的干涉或衍射效应，将记录下来的光波信息重建出来。
全息术有两种主要类型，即传统全息术和数字全息术。
传统全息术使用光敏材料作为记录介质，需要使用化学处理才能在干净的环境中观察到全息图像。
而数字全息术使用数字摄像机记录光波信息，并通过计算机处理和重建图像。
数字全息术具有实时处理和方便传输的优势，逐渐成为全息术的主流技术。
除了用于成像和显示，全息术还被应用于光学存储领域。
全息光盘是一种使用全息术记录和读取数据的介质。
与传统光盘相比，全息光盘能够存储更多的数据，并且具有更快的读取速度。
这使得全息光盘在信息存储和大容量数据传输方面具有巨大的潜力。
全息术的发展不仅推动了光学技术的进步，也为科学研究和工程实践带来了许多机遇。
它在医学成像、材料研究、人工智能等方面的应用也在不断拓展。
现代光学第4章 光学全息 数字全息的原理及激光散斑
第4章 光学全息、数字全息的原理及激光散斑
4.3 像 全 息 图
如果将记录介质放在透镜的成像面上，参考光不经过 透镜而直接入射到记录介质上，这样记录的全息图称为像 全息图。图4.3-1所示为像全息图的记录光路，其中物是三 维的。
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第4章 光学全息、数字全息的原理及激光散斑
图 4.3-1 像全息图的记录光路
(4.1-24)
式中: 正、负号分别对应于原始像和共轭像。由式(4.1-24) 可见，原始像和共轭像的视觉放大率相同，但在空间的正 倒相反。
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第4章 光学全息、数字全息的原理及激光散斑
4.1.4 全息图的分类 全息图按记录时感光介质平面上的光波场分布可分为
菲涅耳全息图、傅里叶变换全息图、像全息图和无透镜全 息图。记录前三种全息图时物面与记录平面的相对位置如 图 4.1-2 所示。记录无透镜全息图时物面与记录平面的相 对位置如图4.1-1所示。
(4.1-15) 比较式(4.1-14)和式(4.1-15)，即可求得物像关系为
(4.1-16)
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第4章 光学全息、数字全息的原理及激光散斑
并由此求得像点的坐标(xi，yi，zi)为 (4.1-17)
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第4章 光学全息、数字全息的原理及激光散斑
在全息再现过程中，一种最常用的方法是用原参考光 作为照明光。于是有xC=xR，yC=yR， zC=zR和μ=1，上述物 像关系可大大简化。
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第4章 光学全息、数字全息的原理及激光散斑
图 4.1-2 全息图分类示意图
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第4章 光学全息、数字全息的原理及激光散斑
4.2 傅里叶变换全息图
4.2.1 标准傅里叶变换全息图 1. 标准傅里叶变换全息图的记录 记录标准傅里叶变换全息图的光路如图4.2-1所示。
4第4章全息光学
二元计算全息图实例
灰阶计算全息图实例
全息图的实际应用
1、全息元件 全息透镜 2、全息立体显示 3、全息干涉计量 4、包装、防伪、全息加密存储 全息光栅
全息透镜
纪录
全息透镜
重现（成像）
全息透镜
原理： 干涉-衍射，从原理上说就像较为熟悉的菲涅耳波带片。 应用： 1、可以制成一种反射全息透镜，同时完成反射镜和透镜 的作用,这在减轻重量方面特别有效. 2、可以得到大的相对孔径 4、可以同时完成分光和扩束的作用. 3、色散补偿等方面
衍射像分离条件
衍射像分离条件
即
对纪录介质分辨率的要求
问题： 当物光波强度远小于参考波强度时，衍射像分离条件如何变化？
准傅里叶变换全息图（纪录）
准傅里叶变换全息图（纪录）
比较：上式与标准傅里叶变换全息图的光强分布几乎相同。 注意： 和 的区别。
问题：如何再现？
无透镜傅里叶变换全息图（纪录）
全息图上的光强分布
傅里叶变换计算全息图过程
制作主要过程 ——解析式 ——抽样 ——计算离散傅里叶谱 ——编码 ——制透明片 再现 传统光学形式
二元计算全息图罗曼编码法——抽样
总抽样点数 空间带宽积
二元计算全息图罗曼编码法——计算离散傅里叶谱
二元计算全息图罗曼编码法——编码
问题： 如何证明此编码方法的可行性？
罗曼编码法的可行性分析——实振幅分析
无透镜傅里叶变换全息图（再现）
再现的第三项
像全息图
纪录（再现）光路
特点
1、物点与像点一一对应
2、对照明光源的大小和单色性要求低
像全息图——再现照明光源单色性的影响
像全息图——再现时眼瞳的影响的影响
像全息图——再现照明光源大小的影响
全息术的原理、应用及展望解读
全息术的原理、应用及展望摘要：全息术是一种用相干光干涉得到物体全部信息的2步成像技术，是一门正在蓬勃发展的光学分支，近年来已渗透到社会生活的各个领域并被广泛地应用于近代科学研究、工业生产和生活中.本论文首先介绍了全息术的发展历程，然后就其原理及应用进行了深入探讨，最后探讨了一下全息术的发展前景．关键字：全息术；原理；应用；展望；白光再现The Principal, Application and Prospects of holographyAbstract：Holography is a two-step imaging technology which obtains the whole information from an object with the coherent light interference. It is an active branch of optical, in recent years, it has penetrated into every field of the social life and widely used in modern scientific research, industrial production, and it have already been stepping into the modern life. Firstly, this thesis introduces the development of holography, and then had a thorough discussion on the principle and application, and finally discusses the prospects for the development of holography.Key words：Holography；Principal；Application；Prospects；White light reconstruction引言1948年伽柏提出了一种全新的两步无透镜成像法──全息术，也称为波阵面再现术。
光学全息术-1
前两项基本上是常数，是直流项，对波前再现无用。
7.2.3式中的第三项、第四项：分别包含了物光波 和物光波的共轭。是物光波对参考光波的调制，参 考光波是载波， 物光波作为调制波。可以用于波 前再现。
7.2.4式的第三项：是由7.2.3中的第三、四项得来， 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)
在1948年，提出用光波记录物光波振幅和相位的方法，并用 实验证实这一想法，从而产生了一个新的光学领域——光全 息术。1971年，因此获得诺贝尔物理学奖。
二、全息术发展的几个阶段
自1948年伽伯提出光全息的思想一直到50年代末，全息照相 一般采用汞灯作为光源，并且是同轴全息记录方法（得到全 息图称为同轴全息）。±1级衍射波与零级分不开，存在所 谓的“孪 生像”问题，不能获得好的再现图像。光源的相 干性差。 全息术的萌芽时期。第一代全息图。
当再现光波满足一定条件时，可比较准确地再现 原物光波或原物光波的共轭光波。
1. 再现光波是全息记录时的参考光波，即 C(x,y)=R(x,y)：
U4
A
B C D
O
B
A
D C
U1+U2
O 再现
U3
Байду номын сангаасR 记录
C=R
(1).
U 3 R CO x , y R O x , y
2
7.2.8
|R|2是参考光波的强度; 是一实常数(平面波), 或 近似为实常数(球面波)。
U4
U3项，再现原物光波，用 眼睛观察或成像系统观测 时，在原位置观察到原物 体的影像，就象原物体还 在。由于物光波是发散的， 所以观察到是物体的 虚像。
全息术基本原理及应用
全息术基本原理及应用
全息术的基本原理是利用光的干涉现象来记录和再现三维物体的全息图像。
这种图像不仅能够在正常照明下观察，而且还具有很多普通图片无法表现的特点。
全息术的基本原理是光的干涉现象。
当两束光波相遇时，它们会相互干涉并形成一个干涉图样。
这个图样包含了原始光波的相位信息，可以通过对该图样进行解码来还原出原始物体的三维信息。
全息术就是利用这个原理来记录和再现全息图像的。
在记录全息图像时，首先需要一个分束器将入射光分为两束，一束称为“物光”，一束称为“参考光”。
然后，物光照射到待记录的物体上，并将反射光与参考光再次叠加，形成干涉图样。
最后，将这个图样记录在一片感光介质上。
记录过程中，物光的相位信息被感光介质记录下来，形成全息图像。
在再现全息图像时，需要用一束光来照射全息图像。
这时，照射光与感光介质上的全息图像再次发生干涉，干涉光被解码并形成一个与原始物体相似的波前。
通过适当的再现条件，就可以观察到具有立体感的全息图像。
全息术的应用非常广泛。
首先，在科学研究中，全息术可以用来记录和研究微小的物体，如细胞、原子等。
其次，在工程领域中，全息术可以用于三维形貌测量、光学表面检测等。
此外，在军事领域，全息术可以应用于隐身材料的研究和测试。
另外，在艺术领域中，全息术可以用来制作艺术品和展览。
总之，全息术通过利用光的干涉现象来记录和再现三维物体的全息图像，具有广泛的应用价值。
它不仅可以用来进行科学研究和工程测试，还可以用于军事和艺术等领域。
随着技术的进步，全息术的应用前景将更加广阔。
光学全息技术原理
光学全息技术原理光学全息技术是一种利用光的干涉原理制作出的三维影像的技术。
全息投影是通过将光波的相位和幅度信息编码到光场中，利用干涉和衍射的原理实现光学全息图像的产生与重建。
它与普通的摄影技术不同，摄影只记录了光强信息，而全息技术还记录了光的相位信息，使得图像更加真实，能够实现如同实物一样的三维空间感。
下面将详细介绍光学全息技术的原理。
光的干涉原理是光学全息技术的基础。
当两束光波相遇时，它们会发生干涉现象。
干涉分为两种类型：相长干涉和相消干涉。
相长干涉是指两束光波在相遇时的干涉，会使得光的幅度增强；相消干涉则是两束光波相遇时产生的干涉，会使得光的幅度减弱或消失。
在光学全息技术中，我们通常使用的物体光源是一束激光光源。
激光光源的特点是具有高度相干性，相干长度长，可以产生明确的干涉图案。
全息图的形成一般可分为三个步骤：记录、显影和重建。
首先是记录过程。
记录过程需要将物体的光波和参考光波进行干涉，将物体光波的信息编码到光场中。
具体操作是将激光通过一个分束镜分成两束，一束作为参考光照射到全息图的记录介质上，另一束经过物体反射或透过后，再与参考光在全息图的记录介质上相遇。
两束光波发生干涉后，形成了全息图的干涉图案。
在光场中，参考光波形成了一种参考波的空间分布，而物体光波也形成了与物体相关的物波的空间分布。
通过这种方式即可将物体的光波信息编码到光场中。
接下来是显影过程。
显影过程是将记录介质中的干涉图案转化为可见的全息图像。
通常采用的方法是将记录介质浸入显影液中，在显影液的作用下，记录介质中光敏材料会经历物理或化学变化，并在光的照射下，显出原本的干涉图案。
经过显影处理后，就得到了全息图，可以在透光条件下观察到清晰的三维图像。
最后是重建过程。
重建过程是将全息图中的光场重新导引出来，使得能够再现物体原始的光波信息。
在重建过程中，使用与记录过程中相同的光源，通过照射到全息图上，使得记录介质中的全息图被激活。
原来记录的参考光与物体光波在全息图上重新重合，发生衍射，从而生成了物体原始的光波，通过屏幕就可以观察到物体的三维图像。
全息术的基本原理及应用
全息术的基本原理及应用概述全息术是一种记录和重现物体的三维图像的技术，通过光的干涉和衍射效应，将物体的完整信息存储在光的介质中。
全息术的应用广泛，包括电影产业、科学研究、医学等领域。
本文将介绍全息术的基本原理和一些常见的应用。
基本原理全息术基于光的干涉和衍射原理，通过记录物体的干涉图像来实现三维图像的重现。
干涉原理干涉是指两束或多束光波相互叠加时产生的干涉条纹。
在全息术中，被记录的物体光与参考光相干叠加，形成干涉图样。
衍射原理衍射是光波在遇到障碍物或通过狭缝时的偏转和传播现象。
全息术利用光波的衍射效应记录和重现物体的三维图像。
全息记录原理全息记录分为透射全息和反射全息两种方式。
透射全息是将物体与参考光交叉记录在同一干涉图样中，而反射全息则是通过将物体和参考光分别记录在两个不同位置的干涉图样中。
全息重现原理全息重现通过照射记录的全息图样，将物体的三维图像重现出来。
光的衍射效应使得人眼可以看到具有立体感的图像。
应用全息术在各个领域都有广泛的应用，下面将介绍一些典型的应用案例。
3D全息显示全息术在3D全息显示领域有着重要的应用。
通过使用全息术，可以在空气中直接生成立体图像，使观众可以从不同角度观察物体的立体形态，这在娱乐和广告行业有着巨大的潜力。
学术研究全息术在学术研究领域也有着重要的应用。
例如，在物理学中，全息术可以用于研究光的干涉和衍射现象，帮助科学家更深入地理解光的特性。
此外，全息术还可以应用于生物学研究，通过记录和重现生物组织的三维图像，可以更好地观察和研究细胞结构。
安全防伪全息术在安全防伪领域有着广泛的应用。
例如，银行卡、身份证和票据上常常会使用全息图案，这些全息图案具有独一无二的特性，难以复制和伪造，可以起到防伪的作用。
医学影像全息术在医学影像方面也有重要的应用。
通过记录和重现人体组织和器官的三维图像，可以帮助医生更好地诊断疾病，并指导手术操作。
此外，全息术还可以应用于医学教育，提供更直观的教学工具。
光学全息原理
光学全息原理光学全息是一种记录和再现物体波前信息的技术，它利用光的干涉和衍射现象，实现了对物体的三维立体再现。
光学全息的原理基于麦克斯韦方程组和亚伯拉罕-费尔南德斯原理，通过记录物体的全息图像，再通过光的衍射将图像还原出来。
光学全息的基本原理是光的干涉。
当一束平行光照射到物体上时，光束会被物体散射并改变相位和振幅。
在光学全息中，我们将这个散射光束与一个参考光束进行干涉。
干涉是指两束光叠加在一起形成干涉图案。
这个干涉图案记录了物体的相位和振幅信息。
为了记录干涉图案，我们需要使用一种特殊的材料，即全息记录介质。
这种材料能够记录光的相位和振幅信息，并将其永久保存下来。
全息记录介质通常是由光敏材料制成，例如银盐或聚合物。
当干涉图案照射到全息记录介质上时，介质中的光敏材料会发生化学变化或物理变形，从而记录下干涉图案。
在记录全息图像之后，我们可以使用再现装置将图像还原出来。
再现装置通常由一个光源、一个透镜和一个全息记录介质组成。
当光源照射到全息记录介质上时，记录的干涉图案会通过衍射现象再现出来。
透镜的作用是调整光束的焦距，使得再现的图像清晰可见。
光学全息的优点是可以实现真实的三维立体影像。
与传统的摄影技术相比，光学全息可以记录物体的全息信息，包括相位和振幅。
这使得再现的图像更加真实，具有更好的深度感和立体效果。
此外，光学全息还具有较高的信息密度和良好的抗干扰性能。
光学全息在许多领域有着广泛的应用。
在科学研究中，光学全息被用于记录和分析微小物体的形态和运动。
在医学影像学中，光学全息可以用于实现高分辨率的医学图像，帮助医生进行诊断和手术。
在安全领域，光学全息可以用于制作防伪标签和身份证件，提高安全性和防伪能力。
光学全息是一种利用光的干涉和衍射现象记录和再现物体波前信息的技术。
通过记录物体的全息图像，再通过光的衍射将图像还原出来，实现了对物体的三维立体再现。
光学全息具有广泛的应用前景，在科学、医学和安全等领域都有着重要的作用。
光全息术
光全息术在现代光学中的应用随着人们对数码相机逐渐认可和接受，数码相机的市场也在一天一天的扩大，为了切分这块大蛋糕，各数码相机厂商也在不断开发新技术或将已经存在的技术迅速应用到数码相机领域，以保持和提升在数码相机领域里的地位。
索尼在DSC-F707的对焦模式使用了全息摄影激光自动对焦辅助，也可以说，全息技术已经应用到了摄影领域，那么到底什么是全息技术呢？一、全息术的原理全息术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体光波波前的一种技术。
全息术首先有英国科学家D.伽柏提出，1947年他在从事提高电子显微镜分辨本领的工作。
受W.L.布喇格在X射线金属学方面工作及F.泽尔尼克的关于引入相干背景来显示位相的工作的启发，伽柏提出了全息术的设想以提高电子显微镜的分辨本领。
1948年他利用水银灯首次获得了全息图及其再现现象，从而创立了全息术。
随后，全息技术的研究日趋广泛，最近开辟了全息应用的新领域，成为近代光学的一个重要分支。
1948年伽柏提出了一种全新的两步无透镜成像法──全息术，也称为波阵面再现术。
整个过程由两步──波阵面记录和波阵面再现──来完成。
波阵面记录这个过程中，引入适当的相干参考波，使它与由物体衍射（或散射）的光（物光）相干涉，把这干涉场记录下来，即可得到一张全息图。
全息图是与物体毫不相似的干涉图，它上面不仅记录了物光的振幅信息而且也把在普通照相过程丢失的位相信息记录下来。
设在记录媒质如干板处在记录平面上接受到的光波复振幅为：A=R(x,y)+O(x,y)由波的叠加原理知，照相干板记录下的总的光强分布是：等式可以化作这时。
式中的表示物光与参考光的强度之和，表示干涉条纹的反衬度。
另外，根据光路结构参数，通过求解可以得到干涉条纹的空间频率由等式可以推出全息图的再现像是三维立体以及全息图可分割性。
二、全息术的特点由于全息术的记录和再现方法的特殊性，使它与普通照相有本质的区别：1，图像三维性。
全息图存储了物光波的位相信息，所以再现像具有明显的视差特性，可以看到逼真的立体物象。
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
；.
19
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 ]
光学全息
R
• 图中曲线为干涉场的 等强度条纹 (a) 平面波与平面波干涉， 平面波与平面波干涉， 平行线干涉条纹 (b) 平面波与球面波干涉。 平面波与球面波干涉。 条纹为旋转抛物面 (c) 两个发散的球面波干 涉，条纹为旋转的双曲 面。 (d) 两个会聚的球面波干 涉，条纹为旋转的双曲 面。
o OO R
第四章 光学全息
• 普通照相记录光波的强度(即振幅)，将 普通照相记录光波的强度(即振幅) 空间物体成像在一个平面上， 空间物体成像在一个平面上，丢失光波 的相位。 的相位。 • 记录物光波的振幅和相位，并在一定条 记录物光波的振幅和相位， 件下再现， 件下再现，则可看到包含物体全部信息 的三维像——全息术。 全息术。 的三维像 全息术
解：(1) 设物光波和参考光波分别为
O = O exp [ jky sin θ o ]
R = Re xp [ jky sin θ r ]
全息干板上的干涉场为
2
U ( y ) = O + R = O exp [ jky sin θ o ] + Re xp [ jky sin θ r ]
全息干板上的光强分布为
2 2
全息图的振幅透过率t(x,y)与照射光强和曝光量有关： 与照射光强和曝光量有关： 全息图的振幅透过率 与照射光强和曝光量有关
t ( x, y ) = t 0 + β E = t 0 + β [τ I(x,y) ] = t 0 + β ′I(x, y)
t 1.0
0.5
直线
记录介质一般是银盐感光干板， 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， 对两个波前的干涉图样曝光后， 经显影、 经显影、定影处理得到全息图 ——全息团实际上就是一幅干 全息团实际上就是一幅干 涉图
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。
近代光学基础第四章光全息术
当 l02 x, y k1
1
1 l0
时，用二次项展开，略去高次项
x2
y2
2 xx0
yy0
1 8l03
x2 y2
2
4
x2 y2
xx0 yy0
0
x,
y
k1 2l0
x 2
y2
2 xx0
yy0
频 率
1
1
L y
1
1
y
1 l0
1 lR
y0 l0
yR lR
.
§2 全息图的几何分析
x H
讨论：
UR(0,0,ZR) O
Uo(0,0,ZO)
y
z １．x0 ，y0 xR yR 0 即 l0 z0 lR zR
L
全息光栅的优点：避免刻光栅中的周期性误差和刻痕 ，不平引起的鬼线和杂散光。
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正弦光栅：
t
k
黑白光栅：
t
x
1 0 1
x 1 0 1 2 k
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§1 光全息术原理
近似: 则
5.全息做为复杂波带片考虑:
结论:正弦波带片--------全息透镜
i
2
(
x
2
y
1962年，密歇根大学的利 思和乌帕特尼斯提出离轴 全息，拍摄出首张全息图。
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§1 光全息术原理
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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§2 全息图的几何分析
一. 基元全息图:
平面波+平面波-----光栅
平面波+球面波-----波带片
球面波+球面波-----基元全息图
O
R
1
左图是参考光和物光波均为 平面波，条纹的峰值强度面 是平行等距离的平面，面间 距与光束夹角有关。
§2 全息图的几何分析
2
O 1
R
左图是参考光是平面波，物 光波为发散的球面波，条纹 的峰值强度面是一族旋转抛物面。
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§1 光全息术原理
4.全息图做为复杂光栅考虑:
U0
ikx sin
x
例: U 0 A0eikx sin
2
U R AR e
m x 2 sin
I I 0 I R 2 I 0 I R cos( 2kx sin )
2 x sin 2m
U1 U 2 U3 U 4
(1)
U1 U 2 U b I 0 U b I R
*
0级项平均光强
* (2)若 U b U R U 3 U RU RU 0 I RU 0 物体虚像
* * * (3)若 U b U R U 4 U RU RU 0 I RU 0 物体实像
例如 ：双曝光全息干涉，多重曝光全息干涉
§1 光全息术原理
(4)易于复制：全息照片可以用接触法复制
无正，副片的区别（巴比涅互补原理）可以用来制造全息 光学元件。
(5)物,参光可以互换，编码
H
光学
光学
H
2 (6)放大率： M 1
optics
optics
可以获得几个埃的分辨率，而不需要真空条件，景深要 比电子显微镜高100倍。
照相是记录了全部的信息 )。
(2)可分割性:物光场中每一点发出的光都充满全息片，全
息片上每一点都包含了物光场上所有点的信息。
(3)图象可重迭性：可重迭许多像，每个像能不受其他像
的干扰，单独显示出来。 猫
U RU O 1
狗
U RU O 2
鸡
U RU O 3
鸭
U RU O 4
k 2kzo
k
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Rr0 k R r0
I cos 变，正弦波带片
§1 光全息术原理
Rr0 2z 0 Rr
rk
黑白波带片：
I C C 'cos C '' rk2
t
k
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f
f /3
f
§1 光全息术原理
正弦波带片：
t
k
I RU 0
I RU R I 0U 0
* I RU 0
+U 复杂物体 分解 许多点光源 许多球面波 合成 U 照 许多全息光栅的迭加 许多不同点 复杂物体
R
R
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§1 光全息术原理
二，全息意义的扩展。 1，中子全息图。（1980年） 编码：波带片投影成像。 解码：衍射。
第四章 光全息术
§4.1 光全息术原理
§4.2 全息图的几何分析 §4.3 全息图的分类和衍射效率： §4.4 全息术的实验要求 §4.5 全息干涉计量 §4.6 计算全息 §4.7 立体全像技术
引言
全息术是利用光的干涉和衍射原理，将携 带物体信息的光波以干涉图的形式记录下 来，并在一定条件下再现。由于记录了物 体的全部信息(振幅和位相)，所以叫全息术 (Holography)。 Holos----希腊字“完全”
l0 8l0
k1 2 x y 2 2 xx0 yy0 0 x, y 2l0 k1 2 x y 2 2 xxR yyR R x, y 2lR k b x, y 2 x 2 y 2 2 xxb yyb 2lb
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全息术
1948年， 英国物理学家盖 伯在改进电子显微镜时发 展了一项新技术，即“波 阵面重建”。到了 60年代 激光发明之后,新的光源使 这项技术得到长足的发展， 并命名为“全息”。 1962年，密歇根大学的利 思和乌帕特尼斯提出离轴 全息，拍摄出首张全息图。
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4
3
左图是参考光和物光波均为 发散球面波，条纹的峰值强 度面是旋转双曲面，旋转轴 为两个点光源的连线。
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§2 全息图的几何分析
左图是一个发散球面波和一 个会聚球面波相干涉，条纹 的峰值强度面是旋转椭球， 两个点源的位置是旋转椭球 的焦点。
1
4
O
R
3
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§2 全息图的几何分析
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3，全息波长上的扩展 a，声全息
声波记录，光波再现，用于海洋，陆地勘探， 人体医学诊断。 b，微波全息 侧视雷达得到照片——干涉图
这些照片像全息照片一样，由激光束读出它 的波的干涉图。
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§1 光全息术原理
6.全息照相的特点: (1)立体性(普通立体照片是利用人眼双目像差产生的,全息
0级
UR
－级虚像， IRUO 1
广义光栅：能加上周期性空间调制的装置或结构，具 有空间周期性的调制屏。
全息光栅的优点：避免刻光栅中的周期性误差和刻痕 ，不平引起的鬼线和杂散光。
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正弦光栅：
t
k
x
1
0
1
黑白光栅：
t
x
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1
0
1
2
k
§1 光全息术原理
5.全息做为复杂波带片考虑: 结论:正弦波带片--------全息透镜
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引言
与普通照相不同,全息照相有两个突出的特点: 三维立体性:是指全息照片再现出来的像是三维立 体的，具有如同观看真实物体一样的立体感，这 一性质和现有的立体电影有着本质的区别。 可分割性:是指全息照片的的碎片照样能够反映整 个物体的象，并不会因为照片的破碎而失去像的 完整性。 普通照片:在胶片上记录的是物光的振幅信息， 全息照相:在记录振幅的同时还记录了物光的相位 信息。
2
2 x 2 y 2 i 2 z0
§1 光全息术原理
A02 A0 2 x 2 y 2 I UU A 2 2 AR cos z0 z0 2 z0
* 2 R
2 x 2 y 2 2k 2 z0
亮纹 全息透镜 内疏外密，色散。
x 2 y 2 2kz0
H
中子束
中子很短，通过波带片不发生衍射
B
A
C
投影大小——深度， 形状——方位信息。
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§1 光全息术原理
解码：
H H1
缩微
光波再现
U1 U2
U0
U 0*
衍射
H
全息
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记录, 干涉，编码，调制
再现, 衍射，解码，解调
2，生物全息 蝙蝠——超声定位——雷达 a，识别物体形状 b，抗干扰能力 c，信噪比1：200，弱信号 d，测出1.5米内距离 人的大脑记忆，生物全息功能模型，海豚 促进计算机硬件，软件。
§1 光全息术原理
均匀曝光
物体
底片
普通照片
物体
（几何光学成 像，点点对应）
小孔，透镜
底片
U0
物体
全息照片条纹
条纹反差——强度 相对关系 条纹密度——位相 相对关系 （波动光学成像，点 面对应）。
底片
UR
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§1 光全息术原理
（一），光的波前记录和再现。
全息照相过程分为二步：一是全息记录；二是波前 再现。
A0 i U0 e z0 U R AR e
i 2 2 1/ 2 (x y z )
2 2 2
z0
U U R U0
近似: 则
x2 y 2 z0 x, z0 y,...( x y z0 ) z0 (1 2 ) 2 z0
2 2 1/ 2
1 i z0 U 0 A0 e e z0
物光
U R x, y AR x, y exp jR x, y 参考光
干板记录的是干涉场的光强 分布，曝光光强为:
* * I x, y U o U R U o U R U 0U R U RU 0 2 2 2
A0 x, y AR x, y
上面图中用筐表示记录物质的位置，位置不同基 元全息图的结构也不同。 (1)同轴全息 (2)离轴全息 (3)透射体积全息 (4)反射体积全息 (5)无透镜傅立叶变换全息
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§2 全息图的几何分析
二. 全息图的几何分析: 物光，参考光和再现光用复振幅表示
U 0 x, y A0 x, y exp j0 x, y , U R x, y AR x, y exp j R x, y , (1) U b x, y Ab x, y exp jb x, y . 1 2 2 2 2 0 k1 x x0 y y0 z0 2 x0 2 y0 2 z0 2 2
(2)
(3) (4) 菲涅尔近似
k 2 2 / 2 2 是再现光波长
由(2),(3)有:
1 y y 1 x0 xR L x 2 y 2 x y 0 R 2l0 2lR l0 lR l0 lR