(光信息处理)第五章 光全息术

拍摄全息图的要求
（1）调节参考光R与物光O的光程大致相等（由于光波的相
干长度有限，两束光的光程差若超过其相干长度，就不会形
成干涉。光程差越小，物光与参考光的空间相干范围就越大
，用照相术语讲，即景深越大，效果越好。）
调
M2平面反射镜
节
M 2
位
置
可
改
变
光 程
(2)调节参考光R与物光O的夹角在 300 之50 间0
§5-2 全息术原理 — 波前记录与再现
U’(x, y) = C0(O02 + R02) exp[jfc(x, y)] +C0O0R0exp[j(fo–fr+fc)] +C0O0R0exp[-j(fo–fr–
f由c)于] 光是独立传播的，再现
时在全息图上相互重叠的四 项将分别沿三个不同方向传 播。这称为离轴全息图。
全息干板H上设置x , y坐标，
设物波和参考波到达H上的复振幅分别为:
O ( x , y ) = O 0 ( x , y ) exp [ jfo ( x , y ) ] R ( x , y ) = R 0 ( x , y ) exp [ jfr ( x , y ) ]
x y
干涉场光振幅应是两者的相干叠加，H 上的总光场 U(x,y)=O(x,y)+R(x,y)
第五章 光全息术 Optical Holography
光波的完整记录与再现 Recording and Reconstruction of
Light Wavefront
光路原理
参
N2平面反射镜
考
光
与
扩束镜
物
光
参考光R
在
物
干
板
处
物光O
形
扩束镜
成 干 涉
干干涉涉 全息干板
。
激光 光开关 分束镜
M1平面反射 镜
fc特)] 例(1): 用原参考光再现，C(x, y ) = R(x, y ) 全同照明
U’(x, y)=R0(O02+R02)exp[jfr]
原始像
（虚象） 1级像
+
R02O0exp[jfo]
+ R02O0exp[-j(fo-2fr)]
畸变了的共轭像(实像)，-1级像
§5-2全息术原理——波前记录与再现
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
Complex Amplitude Transmittance of a Hologram
全息图的复振幅透过率
经线性处理后，底片的透过率函数tH 与曝光光强成正比 tH ( x , y ) ∝ I ( x , y ) tH ( x , y ) =|O∣2 +∣R∣2 + O·R* +
§5-2全息术原理——波前记录与再现
2、波前再现
用照明光波 C ( x , y ) = C 0 ( x , y ) exp [ jfc ( x , y ) ] 照射全息图
透过H后的光场复振幅 U’( x , y ) = C ( x , y )·tH ( x ,
y)
U’(x, y) = C0(x, y)exp[jfc(x, y)]·[|O|2+|R|2 +O·R*+ O*·R ]
§5-2全息术原理——波前记录与再现
3、全息实验装置
光学隔振平台：必须达到相当高的稳定度，使曝光 时间内两臂光程差的变化量不得超过λ/10。
光学 光分束器、反射镜、扩束镜、针孔滤波器、透镜、散射器 元件： 用于分光、折光、扩束、滤波、准直、成像、散射等等
1. 波前记录: 数学模型 Mathematical Model
这就是O全*·息R照片，又称全息图 (Hologram)。
令Ir和Io分别为参考波和物波在z = 0平面的强度， 全息图的复振幅透过率又可写为：
tH( x, y ) = Ir + Io + 2 (IrIo)1/2cos[fr ( x , y ) - fo ( x , y ) ]
调制度<1
复杂的余弦条纹
= C0(O02 + R02) exp[jfc(x, y)]
+C0O0R0exp[j(fo–fr+fc)]
+C0O0R0exp[-j(fo–fr–fc)]
全息学基本方程
§5-2全息术原理——波前记录与再现
2、波前再现
全息学基本方程:
U’(x, y) = C0(O02 + R02) exp[jfc(x, y)] 与再现光相似 +C0O0R0exp[j(fo–fr+fc)] 包含物的位相信息 +C0O0R0exp[-j(fo–fr– 包含物的共轭位相信息
（太小，再现时不易观察，大,条纹太密，拍摄易
失败。
调
改节
变 M 2
M2 的 位
位置
置 可 改 变
可 改 变
M2平面反射 镜
全息图的再现
虚象
扩束镜
全息图
旋转全息图至一定方位
未
扩
束
全息图
激 光
实象
实象
接 收 屏
接 收 屏
屏的位置不同 像的大小不同
激光再现
扩束镜 激光
全息图
用不同角度观察再现物象，可看到物体的不 同部位。
Reconstruction of holograms 全息图再现
BTuhtisifisthcaeurseefderbeyncaen Tsbhaedhefneoiohfefalgelfemoomrlcgeghadts,rrcoekstaatlhvoniommeoriognclenworoaepl.aopnstnlmoietaocakdanaicssintootsmhrfnerelutofehcceht ilmigkhaegtaeopraihtgoaintlola.gllryaphic rneefgleacttivede.by the space shuttle is played back.
6.1.3.4.全息照相的Байду номын сангаас点
（1）普通照相以光的直线传播、光的反射和折射等几何光学的 规律为基础，全息照相以光的干涉和衍射等物体光学规律为基础 （2）普通照相得到的是物体的平面像；全息照片所再现的物体是
逼真的三维立体图象。
（3）普通照相物体和底片之间有点点对应的关系，全息照相再物 体和底片（全息图）之间是点面对应的关系。一方面每个物点所 发射的光波都记录再整个全息图平面上；另一方面全息图中每一 局部都包含了物体各点的信息。所以将全息图分成若干小块，其 中任一小块都能再现原物体的完整像。
2、波前再现
特例（2）共轭光再现， C( x, y ) = R* (x, y )
C0(x, y) = R0(x, y)，fc = -fr
U’(x,y)=R0(O02+R02)exp[-jfr] +R02O0exp[j(fo-2fr)] 畸变了的虚像 +R02O0exp[-jfo] 与原物相像的实像（赝实像）