数字全息用于光波衍射传播理论教学研究.pdfVIP

第3l卷第6期 大学物理 V01．3lNo．6 COLLEGEPHYSICS 2012 2012年6月 June 数字全息用于光波衍射传播理论教学研究 潘 锋1，肖 文1，李 艳1，江月松2，屈晓声2 (1．北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京100191； 2．北京航空航天大学电子信息工程学院，北京100191) 摘要：数字全息技术是基于传统光学全息原理．借助于光电探测和数字处理技术，通过单次曝光记录和再现物光场的振 幅和相位信息，近年来被广泛研究和应用．将数字全息应用于光波衍射传播理论教学中，不仅能够使学生在学习过程中形象、 直观的理解光波衍射传播理论，而且能够通过编程计算完成数字全息图的数值再现，锻炼他们的知识运用能力，从而拓宽专 业知识面、了解科学的发展前沿． 关键词：数字全息；实验教学；光波衍射；数字再现 中图分类号：0436．1 文献标识码：A 文章编号：1000—0712(2012)06—0045—05 数字全息技术是基于传统光学全息原理，用二 息干涉图像，全息图强度分布为 维面阵光电探测器(CCD、CMOS)代替传统全息图 2= H(菇，，，)=Io(石，Y)+R(算，y)I 记录介质，将全息图以数字形式存储于计算机中；然 2+ IO(算，Y)I。+IR(石，y)I 后通过计算机运用衍射理论模拟实际全息再现时光 波的传输过程，通过数值计算得到物光波场的振幅 其中，0’(省，y)和R’(戈，，，)分别为物光波和参考光 和相位分布¨’21．与传统的光学全息相比，数字全息 波的共轭光波． 简化了记录和再现过程，利用单幅全息图就记录和 数字全息的记录光路与传统光学全息一致，只 再现物体的振幅和相位信息，同时计算机的数值计 是用相机取代全息干板作为记录介质．图l给出了 算为三维光波场信息处理提供了极大的灵活性．目 数字全息记录的光路示意图，其中XoY。平面为物平 前，数字全息技术已成为国际上一个研究热点并且 面，戈y平面为全息图平面，z轴为光轴，％为记录 应用领域t3趋广泛…“．数字全息是一个集成了物 距离． 理光学知识和计算机技术的综合性技术，将数字全 息再现计算研究应用于光波衍射传播理论教学中， √。 ≯粕念／少x 不仅能够使学生在学习过程中形象、直观的理解光 波衍射传播理论，而且能通过编程计算完成数字全 ．／ 7彳．．夕 ： 彬 物面 y全息面 息图的数值再现，锻炼他们的知识运用能力，从而拓 宽专业知识面、了解科学的发展前沿．本文初步探讨 卜————一：0——————叫 从数字全息研究技术中提炼出基本全息再现计算方 图1 数字全息记录示意图 法，将其引人本科光学实验教学课程中． 1数字全息基本原理 相机主量嚣主挈薹鋈善篓鋈篆瓮嚣麓箸嚣羔裂： 1·1 数字全息记录 尺寸为L×L，，像元尺寸为AxxAy，像素数为N，xN，， 在全息记录过程中，由物体反射或透射的物光 则全息图表示为 波0(髫，Y)与记录参考光波尺(算，，，)