全息原理介绍

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。
1960年第一台激光器问世，解决了相干光源问题， 1962年美国 科学家利思（Leith）和乌帕特尼克斯（Upatnieks）提出了离轴 全息图以后，全息技术的研究才获得突飞猛进的发展——，激光 记录、激光再现的离轴全息图，称为第二代全息
第三阶段是激光记录、白光再现的全息图，称为第三代全息，主 要包括白光反射全息、像全息、彩虹全息、真彩色全息及合成全 息等
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 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
一个位相因子，因而这一
项成为畸变了的共轭像， 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 [ - jφ o]
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
2 2


C0 O0 exp jc x, y C0 R0 exp jc x, y
2 2
C0 O0 R0 exp j 0 r c C0 O0 R0 exp j 0 r c
式 (5.7) 称为全息学基本方程，其中方程右边各项的意义为 第一、二项：与再现光相似，它具有与其相同的位相分布，只是振幅分布 不同，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。
光学信息技术原理及应用
(十四)
光学全息技术的原理与介绍
rotate 1
He-Ne Laser
M2 M0
B/S LiNbO3:Fe crystal
rotate 2
M1
全息照相的特点和原理
两个突出的特点，一是三维立体性，二是可分割性 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，这一性质与现有的立体电影有着本质的区别 可分割性，是指全息照片的碎片照样能反映出整个物体的像来， 并不会因为照片的破碎而失去像的完整性
普通照相在胶片上记录的是物光波的振幅信息（仅体现于光强分 布），而全息照相在记录振幅信息的同时，还记录了物光的位相 信息
全息术的发展历史
丹尼斯· 盖伯（Dennis Gabor）于1948年提出，由于这种技术要求 高度相干性及高强度的光源而一度发展缓慢——萌芽时期，是用 汞灯作光源，摄制同轴全息图，是第一代全息图
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 [ jφ c ( x , y ) ]
透过H后的光振幅U’( x , y ) 为
U x, y C0 x, y exp jc x, y O R O R * O * R
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。
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 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。
波前再现的几个特例(1)
（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 (φ o - 2φ r )]
用白光记录、白光再现的全息图，称为第四代全息
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” 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
Leabharlann Baidu 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 [ jφ r ( x , y ) ] 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 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