全息干涉计量

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2.与传统成像的比较:
常规照相
记 录 信 息 物体的二维亮度分布
物体与记录底 片的对应
再现信息
点点对应 二维光强分布
原
理
几何光学
像的维数
平面图像
全息成像
物光与参考光的干涉 花样
点面对应
复制物光波
干涉记录衍射再现
立体像
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3. 像的性质:
像的虚实与像差 ：
C
R02 O02 C0 expic
R0C0O0 expi0 c r
R0C0O0 expir c 0
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可见,再现光波有三个分量
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ψ
T
C
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特殊情况：
当 C R RT
tI R
R02 O02 R0 exp ir
O O0(x, y)expi (x, y)
R R0(x, y)expir (x, y)
H1 O R
I1
H
1
H1
H2 O R
I2
H
2
H2
E (I1 I2 )t
T E
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1. 双曝光成像过程的定量分析
•原参考光再现：
RT
2 t I1 I2 R 2 R02 O02 R R02O0 exp i0 exp i R02O0 exp i2r i0 exp i2r i
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不同类型的全息图的衍射效率 衍射效率定义为再 现时再现的＋１级衍射像（原始像）的光强与再现 光波总光强之比，其值如下表：
全息图类型 平 面 透 射 体 积 透 射 体 积 反 射
调制方式
振 幅
位 相
振 幅
位 相
振 幅
位 相
型型型型型型
衍射效率 (%)
6.3 33.9 3.7 100 7.2 100
T E
其中 0, 0
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再现：
T tI t O R O R
t O02 R02 OR OR
令 =- t
O02 R02 O0R0 exp i 0 r O0R0 exp i r 0
CT
tIC
R02O0 exp i0 R02O0 exp i 2r 0
当 C R RT
tI R tI R0 exp ir
R02 O02 R0 exp ir
R02O0 exp i 20 r R02O0 exp i0
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§1.2 双曝光全息干涉
双（二次）曝光法是全息干涉最基本的方法，它同时再 现变形前后的物光波，从它们相干后的干涉条纹分布得到 试件表面变形或内部折射率变化的信息。
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1. 双曝光成像过程的定量分析
记录：
O O0 (x, y) expi0 (x, y)
§ 1.1 全息成像技术
成像过程（反射光路）
记录
再现
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成像过程（透射光路）
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定量分析：
物光波： O O0 (x, y) exp i0 (x, y) 再现光波： C C0 (x, y) exp ic (x, y)
光栅的栅间距与记录干板乳胶层厚度的比值，全息图可分为平面全息图和体 积全息图。如果上述比值较大，干涉光栅可看作二维光栅，则称全息图为平 面全息图；反之干涉光栅是三维的，此时再现过程服从布拉格衍射定律，则 称全息图为体积全息图。
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同轴与离轴全息
同轴与离轴全息成像是根据参考光与物光波是否基本上沿同方向传 播来区分的。同轴全息是由全息成像的发明者 D.Gabor 1948年建议的。 这种全息再现时沿观察方向可同时看到三个衍射花样相互干扰不易分 离。1960年E. N.Leith 和 Upatnieks 提出了离轴全息光路克服了上 述困难，只要适当选择参考光的离轴角，在一定的观察距离上总可以 把三个衍射级的衍射花样分开。
ψ0
ψ1
T 1 0
– 全息图衍射效率：定义为再现时＋1级出射光波光强与再现
光波光强之比。
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全息图的分类:
振幅全息图和位相全息图:
➢ T 的幅角为常数时(无位相调制)，全息图称为振幅全息图 ➢ T 的模为常数时(无强度调制)，全息图被称为位相全息图。
平面全息图和体积全息图：根据全息记录的物光波与参考光波干涉得到的
式中，m，n 为整数
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2. 条纹解释：
A. 透射光路（透明试件）：
位相物体是指忽略内部折射效应的透明物体。当 光线穿过此物体时将沿入射方向出射不发生偏折，但产 生相应的位相延迟。
•再现原始（+1级衍射）像光强：
I 2 2R04O02 1 cos 0
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1. 成像过程的定量分析
I 2 2R04O02 1 cos 0
•条纹方程：
满足 0 2n 1 的点的光强为零，其轨迹构成
暗条纹；
满足 0 2m 的点的光强达到局部极大，其 轨迹构成亮条纹
➢ 根据全息成像记录和再现条件的不同，再现像可能是虚 像，也可能是实像。
➢ 经光化学处理后的记录干板如精确复位，当用记录时的 参考光波照明它时在原物体的位置必得到一个再现虚像， 此虚像与原物大小一样，无像差。
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全息图的振幅透射率和衍射效率:
底片振幅透射率: 定义为用光照明底片时出射光波 复振幅与再现光波复振幅之比。
参考光波： R R0 (x, y) exp ir (x, y) 记录：
H OR
I H H O RO R
O02 R02 OR OR
O02 R02 O0R0 expi0 r O0R0 expi0 r
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底片接受到的总能量为 E It t为曝光时间。这样曝光的全息片，
若适当选择处理工艺经显影定形后，其振幅透过率T（输出光波 复振幅与输入光波复振幅之比） 为E 的线性函数。