傅里叶光学第7章 全息术
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➢ 数字全息术 采用CCD等光电成像器件记录物光和参考光的干涉图，然后在计算机 中通过数字重建，由数字全息图获得全息像。 三维形貌测量、振动测量、全息显微术等许多领域获得应用。
➢ 全息术不仅可用于光波波段，也可用于电子波、X射线、声波和微波波段。
1、引言
✓全息图的基本类型
1.同轴全息图 2.离轴全息图 3.菲涅耳全息图 4.傅里叶变换全息图 5.像全息图 6.模压全息 7.位相全息 8.彩虹全息图 9.体积全息图 10.计算全息
O x, y O0 x, y e j0x,y
引入一相干参考波，该参考波在H上产生 的复振幅分布为
R x, y r0 x, y e jr x,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
称为全息图！全息图实际上是一幅干涉图。 记录介质的作用相当于线性变换器，它把曝光时的入射光强线性地变换为 显影后负片的复振幅透过率：
t x, y t0 I x, y (t0和都是常数)
若假定参考光强在H表面上是均匀的，则
t x, y tb O 2 OR* O*R
2、波前记录与再现 p230
✓全息术的应用
1.全息显示 2.模压全息 3.全息光学元件 4.全息干涉计量 5.全息信息存储
2、波前记录与再现 p227
✓全息成像过程
1、波前记录— 用干涉法记录物光波
干涉图样的记录
2、波前再现— 用衍射法再现物光波
2、波前记录与再现
2.1 波前记录
✓假定记录介质H位于xy平面上，物光波前
在H上产生的复振幅分布为
➢ 若采用参考光波照射全息图，即C(x,y)=R(x,y)，则
U3 x, y ROR* R 2 O x, y U4 x, y RO*R R2O* x, y
不考虑常数因子的影响，U3是原始物光波的准确复现，给出物体的一个虚像； O*是物光波前的共轭，若原始物波是发散的，则共轭光波是会聚的，因此U4 的传播将给出物体的一个实像。此时，虚像没有变形，而实像有变形。
参考光法”，加速了全息术的发展 。
1、引言
➢1962年 U.Denisyuk 提出反射全息图的方法。
第一次用普通的白炽灯照明全息图观察到全息像。
➢用红宝石脉冲激光全息图记录运动的物体，如飞行的子弹、喷射微粒、
飞虫等。
➢1965年 R.L.鲍威尔，K.A.斯特特森 提出全息干涉术； 物体在施加应力前后经两次全息曝光,再现的全息像上的等高线显示物体
变形的状况。 全息干涉术可用于材料的无损检测、流场分析等。
➢ 1968年 S.A.本顿 发明彩虹全息术； 用白光观察全息图，看到记录物体的彩虹像。 成为显示全息术的重要进展。它使后来通过模压技术批量生产全息图成为
现实。从此全息术才真正走出实验室，出现在公众的面前。
1、引言
➢ 计算全息术 计算全息术用计算机和绘图设备画出全息图，利用数字计算机来综 合全息图，甚至不需要物体的实际存在，只需要物光波的数学描述，具有 很大的灵活性。
波前再现— 用衍射法再现物光波
1、引言
✓什么是全息术？
全息术（holography）是利用光的干涉和衍射原理， 将携带物质信息的光波以干涉图的形式记录下来， 并且在一定的条件下使其再现，形成原物体逼真的 立体象。由于记录了物体的全部信息，包括振幅和 相位因此称为全息术。
1、引言
✓全息发展简史
➢ 1947年 D·伽柏(D.Gabor)提出全息术的设想，意图提高电子显微 镜的分辨本领。
➢ 1948年 D·伽柏(D.Gabor)利用水银灯发出的可见光代替电子波,获 得了第一张全息图及其再现像因光源相干性差，效果很不明显
➢ 1960年 光器 问世， 提供 理想的相干光源，为全息技术的发
展创造了条件
➢ 1962年 离轴全息图问世 ——E.N.Leith和J.Upatnieks 提出“斜
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
物光和参考光的强度
干涉项
干涉项中包含了物体光波振幅和位相信息！ p228
2、波前记录与再现
✓两个波前的干涉图样通过曝光经显影处理后将全部记录到记录介质上，
现代 光学
信息光学 (傅立叶光学)
非线性光学 (强光光学)
✓为提高电子显微镜分辨本领，伽伯（D.Gabor，1900—1979）在1948
年提出了全息术原理，并开始了全息照相(holography)的早期研究工作， 并因此在1971年获得诺贝尔物理学奖。
1、引言
✓全息技术的典型代表—全息照相
波前记录— 用干涉法记录物光波
2、波前记录与再现
➢ 若采用共轭参考光照明全息图，即C(x,y)=R*(x,y)，则
U3 x, y R*OR* R*2O x, y U4 x, y R*O*R R 2 O* x, y
U3和U4仍正比于物光波前或其共轭，将分别产生虚像和实像； 此时，虚像有变形，实像没有变形。
本章主要内容
1、引言 2、波前记录与再现 3、同轴全息图和离轴全息图 4、基元全息图分析 5、几种不同类型的全息图 6、平面全息图的衍射效率 7、体积全息图 8、计算全息图 9、二元光学 10、记录介质 11、全息术的应用 12、数字全息术
1、引言
✓二十世纪光学领域三件大事：
1948年：全息术的诞生 1955年：光学传递函数 1960年：激光诞生
2、波前记录与再现
2.2 波前再现
➢用参考波照明
➢用共轭参考波照明
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
Ut x, y Ct x, y Ctb C O 2 COR* CO*R U1 U2 U3 U4
➢ 全息术不仅可用于光波波段，也可用于电子波、X射线、声波和微波波段。
1、引言
✓全息图的基本类型
1.同轴全息图 2.离轴全息图 3.菲涅耳全息图 4.傅里叶变换全息图 5.像全息图 6.模压全息 7.位相全息 8.彩虹全息图 9.体积全息图 10.计算全息
O x, y O0 x, y e j0x,y
引入一相干参考波，该参考波在H上产生 的复振幅分布为
R x, y r0 x, y e jr x,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
称为全息图！全息图实际上是一幅干涉图。 记录介质的作用相当于线性变换器，它把曝光时的入射光强线性地变换为 显影后负片的复振幅透过率：
t x, y t0 I x, y (t0和都是常数)
若假定参考光强在H表面上是均匀的，则
t x, y tb O 2 OR* O*R
2、波前记录与再现 p230
✓全息术的应用
1.全息显示 2.模压全息 3.全息光学元件 4.全息干涉计量 5.全息信息存储
2、波前记录与再现 p227
✓全息成像过程
1、波前记录— 用干涉法记录物光波
干涉图样的记录
2、波前再现— 用衍射法再现物光波
2、波前记录与再现
2.1 波前记录
✓假定记录介质H位于xy平面上，物光波前
在H上产生的复振幅分布为
➢ 若采用参考光波照射全息图，即C(x,y)=R(x,y)，则
U3 x, y ROR* R 2 O x, y U4 x, y RO*R R2O* x, y
不考虑常数因子的影响，U3是原始物光波的准确复现，给出物体的一个虚像； O*是物光波前的共轭，若原始物波是发散的，则共轭光波是会聚的，因此U4 的传播将给出物体的一个实像。此时，虚像没有变形，而实像有变形。
参考光法”，加速了全息术的发展 。
1、引言
➢1962年 U.Denisyuk 提出反射全息图的方法。
第一次用普通的白炽灯照明全息图观察到全息像。
➢用红宝石脉冲激光全息图记录运动的物体，如飞行的子弹、喷射微粒、
飞虫等。
➢1965年 R.L.鲍威尔，K.A.斯特特森 提出全息干涉术； 物体在施加应力前后经两次全息曝光,再现的全息像上的等高线显示物体
变形的状况。 全息干涉术可用于材料的无损检测、流场分析等。
➢ 1968年 S.A.本顿 发明彩虹全息术； 用白光观察全息图，看到记录物体的彩虹像。 成为显示全息术的重要进展。它使后来通过模压技术批量生产全息图成为
现实。从此全息术才真正走出实验室，出现在公众的面前。
1、引言
➢ 计算全息术 计算全息术用计算机和绘图设备画出全息图，利用数字计算机来综 合全息图，甚至不需要物体的实际存在，只需要物光波的数学描述，具有 很大的灵活性。
波前再现— 用衍射法再现物光波
1、引言
✓什么是全息术？
全息术（holography）是利用光的干涉和衍射原理， 将携带物质信息的光波以干涉图的形式记录下来， 并且在一定的条件下使其再现，形成原物体逼真的 立体象。由于记录了物体的全部信息，包括振幅和 相位因此称为全息术。
1、引言
✓全息发展简史
➢ 1947年 D·伽柏(D.Gabor)提出全息术的设想，意图提高电子显微 镜的分辨本领。
➢ 1948年 D·伽柏(D.Gabor)利用水银灯发出的可见光代替电子波,获 得了第一张全息图及其再现像因光源相干性差，效果很不明显
➢ 1960年 光器 问世， 提供 理想的相干光源，为全息技术的发
展创造了条件
➢ 1962年 离轴全息图问世 ——E.N.Leith和J.Upatnieks 提出“斜
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
物光和参考光的强度
干涉项
干涉项中包含了物体光波振幅和位相信息！ p228
2、波前记录与再现
✓两个波前的干涉图样通过曝光经显影处理后将全部记录到记录介质上，
现代 光学
信息光学 (傅立叶光学)
非线性光学 (强光光学)
✓为提高电子显微镜分辨本领，伽伯（D.Gabor，1900—1979）在1948
年提出了全息术原理，并开始了全息照相(holography)的早期研究工作， 并因此在1971年获得诺贝尔物理学奖。
1、引言
✓全息技术的典型代表—全息照相
波前记录— 用干涉法记录物光波
2、波前记录与再现
➢ 若采用共轭参考光照明全息图，即C(x,y)=R*(x,y)，则
U3 x, y R*OR* R*2O x, y U4 x, y R*O*R R 2 O* x, y
U3和U4仍正比于物光波前或其共轭，将分别产生虚像和实像； 此时，虚像有变形，实像没有变形。
本章主要内容
1、引言 2、波前记录与再现 3、同轴全息图和离轴全息图 4、基元全息图分析 5、几种不同类型的全息图 6、平面全息图的衍射效率 7、体积全息图 8、计算全息图 9、二元光学 10、记录介质 11、全息术的应用 12、数字全息术
1、引言
✓二十世纪光学领域三件大事：
1948年：全息术的诞生 1955年：光学传递函数 1960年：激光诞生
2、波前记录与再现
2.2 波前再现
➢用参考波照明
➢用共轭参考波照明
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
Ut x, y Ct x, y Ctb C O 2 COR* CO*R U1 U2 U3 U4