信息光学 第五章 苏显渝版 PPT作者窦柳明.ppt

第五章 光学全息 ;;5.1 光学全息概述 ;5.1.1 光学全息的基本思想与原理的概述 ;若能采用某种方法把物光波的振幅和相位同时记录下来，并能在一定条件下再现，则可看到包含物全部信息的三维像（包括三维感觉和视差），即使物体已经移开，仍然能看到原物体。 ;全息：全部信息，振幅和相位。 ;5.1.2 光全息发展历史概述 ;二、全息术发展的几个阶段 ;直到70年代末80年代初，相应出现了多种全息方法，并在信息处理、全息干涉计算、全息显示、全息光学器件等领域开始得到广泛应用。;计算全息（Computer Generated Hologram —— CGH）;1、按记录介质厚度;（1）记录过程：光波的干涉 感光记录介质只能记录光波的振幅（强度）,只有通过光波的干涉过程，才能将被拍摄物体的全部信息（振幅和位相）以明暗相间的干涉条纹的形式记录下来。;5.2 波前记录与再现 ;5.2.1 波前记录： ;参考光波在介质面的强度分布, 一般用平面波或球面波作为参考光波，?R?为常数或近似为常数，该项是均匀分布、或近似均匀分布。 ;2. 干涉图记录到记录介质上形成全息图;感光过程：光化学过程;记录过程的线性条件：;对于全息记录：;5.2.2 波前再现： ; 当再现光波满足一定条件时，可比较准确地再现原物光波或原物光波的共轭光波。 ;(2);;再现光波是全息记录时参考光波的共轭, 即C(x,y)=R*(x,y) ;是被R*R*调制的物光波，在偏离原位置某处形成一个缩放了的虚像。当R是平面波时，只是位置偏离；当R是球面波时，除位置可能偏离外，还会有缩放。 ;是被R*R*调制的物光波，在偏离原物体关于全息图的镜像位置某处形成一个缩放了的虚像。当R是平面波时，只是位置偏离；当R是球面波时，除位置可能偏离外，还会有缩放。 ;再现光波既不是原参考光波，也不是原参考光波的共轭光波:; 如果只存波长差异，则再现像除波长改变外，还会出现尺寸上的放大和缩小，同时改变与全息图的相对距离。; 全息记录、再现过程的线性性质 ;5.3 同轴全息图与离轴全息图 ;5.3.1同轴全息图 ;设振幅为A的相干平面波垂直照明，透射光场可表示为： ;(2) 再现;优点：对光源相干性要求低，光路简单；对记录介质的分辨率要求低。 ;物光波在记录介质上的复振幅分布为：;强度分布为：;再现光波是垂直入射的、振幅为C的平面光波，透射场为：; 上面在波前记录和再现时，没有考虑记录介质的厚度，认为其厚度0，称为平面全息图(实际上, 记录介质的厚度小于条纹间距时, 即可)。理论上，对于平面全息图，可以用沿任何方向的平面波再现，不一定非得垂直入射，也不一定非得沿原参考光方向。 ;5.4 基元全息图; 波前记录(全息记录)：;综上所述：抛开具体记录光路, 从分解的角度来看,物体的形状再复杂，物函数总可分解为平面波或球面波的复杂组合。因而全息图的干涉花样也可分解为平面光波或点光源发出的球面波与参考光的干涉. 在记录面上进行叠加的基本光波形式，可归纳为或可分解为以下几种情况： ;从空域来看，物体可看作是许多相干点源的集合，物体上每一点发出的球面波，与参考光相干涉，所形成的基元全息图称为基元波带片。;平面波与平面波干涉形成的直条纹，如图所示。在空间中, 等强度面是等间距的平面, 在某截平面上, 等强度线是直线，条纹间距与两平面波的夹角有关。;(2) 平面波与发散球面波所形成的条纹，如图所示。在空间中, 等强度的面是旋转抛物面, 在某一截面(用平面记录介质记录时)是曲线(弧形、或圆环, 与接受面的位置有关)。;(3) 发散球面波与发散球面波形成的条纹，如图所示。 在空间中, 等强度面是旋转双曲面, 转轴是两点光源的连线。;(4) 发散球面波与会聚球面波形成的条纹，如图所示。 在空间中, 等强度面是旋转椭球面, 两个球面波中心是旋转椭球面的两个焦点。;5.5 菲涅耳全息;菲涅耳全息：;点源全息图的记录;物光波的相位;5.5 菲涅耳全息;5.5 菲涅耳全息;在再现过程中，全息底片由位于 (xp，yP，zp)的点源发出的球面波照明，再现光波波长l2;球面波的二次相位因子 ;5.5 菲涅耳全息;5.2.2 几种特殊情况的讨论;5.5 菲涅耳全息;5.5 菲涅耳全息;5.5 菲涅耳全息;5.5 菲涅耳全息;5.5 菲涅耳全息;5.6 傅里叶变换全息图; 全息方法既可以在空域中记录物光波，也可以在频域中记录物频谱．物体或图像频谱的全息记录，称为傅里叶变换全息图． ;后焦面上总的光场分布为：; 用振幅为C0的平