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1、信息光学复习要点 1 (5.1噪声大；视场角大；可通过增大干板 1 相对干板 2 的张角实现 24 1）为什么像面全息图用白光再现时不会出现像模糊? 2）要想使再现像处于干板后（或干板前）是否可能？记录光路应怎样改变？ 25 (5.8)彩虹全息定义：彩虹全息是利用记录时在光路的适当位置加狭缝，再现时同时再现狭缝像，观察再现像时 将受到狭缝再现像的限制.当用白光照明时，对不同颜色的光，狭缝和物体的再现像位置都不同，在不同位置将 看到不向颜色的像，颜色的排列顺序与波长顺序，犹如彩虹一样. 2 / 9 彩虹全息图的特点：1）可以用白光再现；2）再现像呈现彩虹状的彩色，但再现像的色彩与原物体的色彩无关
2、， 而仅与再现照明光包含的波长组分有关.例如：用白炽灯照明和用日光灯照明，得到的彩虹效果有很大差异.3） 彩虹全息属于假彩色全息. 26 扩大视场角、降低噪声的方法：条形散斑屏法；移动法；零光程差法；像散彩虹全息法；与计算机技术相结合 的更先进的方法. 27 彩虹全息的发明思路 1)普通全息图为什么不能用白光再现？/是由于不同波长的再现像错位重叠，发生色模糊和像模糊所致. 2)能否设法把再现光波压缩在空间很窄的一个条形区域里，不同的波长占据空间不同的区域. 3)当用白光照明时眼睛处在空间某一个位置，只能看到一种波长的再现像. 4)移动观察位置，依次看到不同波长的像，不再会出现色模糊，于是达到了
3、白光再现的目的. 28 一步彩虹全息 和 二步彩虹全息 的比较：1）一步彩虹全息制作简单，噪声小，但视场较小；2）二步彩虹全息 制作复杂，噪声较大，但视场大. 29 记录彩虹全息图需注意的问题： 1）狭缝的宽度应选择适当:狭缝过宽，再现时各波长对应的衍射区展宽，引起“混频” ，像的单色性差；狭缝过 窄，像的单色性好，色彩鲜艳，但光能量损失较大，增加曝光时间，对系统的稳定度要求提高. 2）注意狭缝的放置方位:狭缝应垂直于光路平面. 3）注意物体的放置方位:为了保证再现像是正立的，记录时，物体应“卧”在光路平面内，即与狭缝相垂直. 30 1.记录彩虹全息图时 1）为什么狭缝应垂直于光路平面放置？2
4、）为什么 物体应 “卧” 在 光路平面内？ 2.彩虹全息图和像面全息图的区别是什么？ 3.一步彩虹全息图可以用原光路再现，为什么二步彩虹全息图需要用共轭光再现？ 31 全视场彩虹全息特点:1）可以用白光再现，出现彩虹像；2）可以用二步彩虹全息方法制作；3）满足共轭再现 条件时，可在一张全息图的正、反两面分别观察到物体的正面和背面，更加逼真. 32 记录体视对彩虹全息注意事项 1）第一步用普通照相记录时，必须根据与目标的距离以及人眼的平均间距，精确计算两架相机的间距，以及对 准角度，包括水平方位和俯仰角度，保证符合人眼观察大景物的视差值； 2）两架照相机曝光必须严格同步，尤其是拍摄动态实景时更为
5、重要； 3）第二步用全息照相记录时， OL、OR 必须精确对准，否则将得不到预期的观察效果. 33 体视对彩虹全息特点:1）体视对彩虹全息图“牺牲”了再现像的三维特性，立体感的产生，是靠两眼分别接收 了 左视图 和 右视图，继而产生了视差；2）观察再现像时，仅当双眼处于双孔像位置时，才能看到三维立体 像；离开该位置则看不到预期的效果；3）体视对彩虹全息由于引入了普通照相技术，因而不必要求目标物体完 全静止，可用于实时记录动态大场景 . 34 (5.9)相位全息图：衍射效应起因于位相调制，而不是振幅调制 相位全息图的特点：相位全息图对光是透明的；光束通过时，相位分布发生变化而导致 衍射作用的发生
6、，从而 使记录在上面的 物信息得以恢复. 相位全息图的优点：相位全息图的衍射效率相当高;重铬酸盐明胶、光致聚合物的衍射效率可高达 100%在全息 技术中占有相当重要的地位. 35 相位全息图的类型 1）折射率型：如全息图的位相分布是由折射率变化引起的，称为折射率型全息图.如将银盐 干板漂白，后可得到折射率全息图.再如用重铬酸盐明胶或光致聚合物制成的全息图，也属折射率型.（2）表面 浮雕型：若位相分布是由记录介质表面厚度变化而引起的，则称为表面浮雕型.如将银盐干板制成的全息图置于 鞣化漂白液中，经干燥便可制得浮雕型全息图；再如用光致抗蚀剂（光刻胶）作记录介质，得到的全息图也是 浮雕型. 36 模
7、压全息图：模压方法复制全息图的一项新技术. 与凸版印刷术类似，称为全息印刷术.优点：解决了复制问题，可大规模生产；商品化，走进社会、家庭. 制作技术分三个阶段：1)白光再现浮雕全息图的制作；2)电铸金属模板；3)模压复制. 需要在白光下再现观察，所以母版的全息图多采用彩虹全息图，为了制作电铸金属板的母版，彩虹全息图还必 须记录成相位浮雕型全息图. 模压(P147)：也称印压，即在一定压力和温度下，利用专门模压机将镍板上的全息干涉条纹印刷到聚氯乙烯等3 / 9 热塑料薄膜上以制成模压全息图，再将模压全息图表面镀铝，使之成为反射再现全息图，便于观察. 37 电铸金属模板（P146） 38 (5.1
8、1)体积全息(P147) 当用白光照明体积全息图时,会发生什么？ 1）布喇格条件保证了体积全息图的角度或波长选择 性； 2)尽管记录过程必须用单色光完成， 再现却可以用白 光实现； 3)白光中只有一个很窄的光谱成分能够满足布喇格 条件, 得到有效的衍射，不会产生其它颜色的干扰. 这在全息术的许多应用中是明显的优点. 按衍射条件：所有波长的光波都可能得到再现，但各自的衍射角不同: 2 sin 2 = i 按反射条件：反射角 入射角 2 结果：只可能有一个波长，其出射方向同时满足两个条件如图中的 4 ，其它波长的衍射光被抑制，不能得到再 现 39 1)“谁” 能满足布喇格条件? 只有波长等于记录光
9、波长的衍射光才能满足布喇格条件，得到物光的再现,即当的单波长光能得以再现. 2)再现像有何特点? 形象与物相同，单色. 40 透射型体积全息图特点： 1)记录/物光和参考光在全息干板同侧； 2)再现/照明光与观察者在全息图两侧； 3)干涉条纹趋向/垂直于全息图表面； 4)敏感点/对角度特别敏感. 反射型体积全息图特点： 1)记录/物光和参考光在全息干板两侧； 2)再现/照明光与观察者在全息图同侧； 3)干涉条纹趋向/平行于全息图表面； 4)敏感点/对波长特别敏. （比较）透射体全息对角度敏感 = 时,有再现像； 时，无再现像. （实现多重像的存储）记录时对不同的目标物采用 不同角度入射的参考光
10、，白光再现时改变照明光入 射的角度，得到多重像的再现 反射体全息对波长敏感 = 0时，有再现像， 0时，无再现像. 用白光再现时，得到单色像不会出现色混淆 “蓝移”现象：再现单色像的波长通常并不与0相同原因是全息图在化学处理过程中发生了乳胶收缩 41 1)体积全息图在化学处理过程中发生了乳胶收缩，再现像为什么会发生“蓝移”现象而不是“红移”呢？满足 什么条件有可能发生“红移”现象？ 2)什么叫体积全息图？它和平面全息图的主要区别是什么？ 3)什么是布喇格条件？ 4)透射体全息和反射体全息有何区别？ 记录光路；干涉条纹趋向；再现特点. 42 (5.12)平面全息图的衍射效率(P150) 43 *
11、真彩色全息术 一般原理:任何颜色都由三原色按比例合成三原色：红绿蓝（R G B） ；人眼辨别颜色靠视网膜上三种感色的锥体 细胞，分别对红绿蓝三种颜色敏感；三原色波长的国际标准（由国际照明委员会规定） ：1964 年 CIERGB 系统 的标准.红 He-Ne Laser(632.8 nm)；绿 Ar+ Laser(514.5 nm)；蓝 Ar+ Lase(488.0nm). 若用 R、G、B 三种波长记录三套全息图，将再现出十二项，相互干扰白光再现时造成严重的，用哪一种类型 的全息技术有望消除？ 色串扰色串扰 44 (5.13)全息干涉计量(P152) 4 / 9 6 计算全息 1 计算全息计
12、算全息 1)计算全息将计算机技术与光全息术结合起来，可以实现光学全息术无法实现或难以实现的某些特殊功能. 2)光全息术是利用光的干涉原理，借助于参考光将物光波的复振幅记录在感光材料上，能够实现这种记录的必要条 件是物体的真实存在 3)很多实际应用中理想的“物体”是很难制作，例如，用于检测光学元件加工质量的标准件，用于光学信息处理的 空间滤波器，用于数据存储系统的相移器 4)计算全息发展极其迅速，已成功地应用在三维显示、空间滤波、光学信息存储和激光扫描等诸多方面 2 计算全息图的制作计算全息图的制作 计算全息图的计算机制作分为五步： 对物光信息的采集：对于实际存在的物体，可用扫描仪或数字摄像机进
13、行数据采集.而对于那些实际不存在的物体， 可将其函数直接输入计算机 抽样：用抽样定理将物函数离散化，得到物体或者波面再离散样点上的值，取抽样单元数不超过物的空间带宽积 计算：计算物函数在全息平面上的光场分布 编码： （两种途径）干涉的计算机仿真和迂回位相法 存储：用计算机绘图仪直接画在纸上，然后用精密照相翻拍在照相底片上，适当放大或缩小到合适的尺寸 3 物信息的采集物信息的采集 物光信息的采集是指确定物光信息的函数形式，一般表现为复振幅透射率函数（或反射率函数） 对于实际存在的物体，可利用扫描仪或数字摄像机进行数据采集 对于那些实际不存在的物体，可将其函数形式直接从键盘输入计算机 物函数需要离
14、散化，一般取抽样单元数不超过物的空间带宽积，即满足关系式 式中 M、N 分别为 X 方向和 Y 方向的抽样单元数，x 和y 为物体的空间宽度，fx 和fy 为物的频带宽度 4 物信息的处理物信息的处理 计算傅里叶变换全息图： 被记录的复数波面是物波函数的傅立叶变换.必须使用计算机完成物函数的傅里叶变换 （借 助快速傅立叶变换算法完成） ，得到全息图平面的光场复振幅函数.计算全息多采用傅里叶变换全息图. 计算菲涅耳全息图： 被记录的复数波面是物体发出的菲涅耳衍射波.须计算物函数经菲涅耳衍射到达全息图的复振幅 分布，再将该复振幅分布编码成全息图的透过率变化. 计算像全息：被记录的复数波面是物波函数
15、本身或者其几何像.只需由计算机完成物函数的坐标缩放变换与抽样. 全息图平面上函数的抽样数不得少于物函数的抽样数 5 信息的编码信息的编码 到达全息图的物光波通常呈现为复数形式，包括振幅信息和位相信息； 将二维光场复振幅分布变换为全息图的二维透过率函数分布的过程，称为计算全息的编码. 计算全息的编码主要为如下两大类： 一种途径是对光全息术的计算机仿真，用计算机算出全息图上参考光波与物光波的干涉条纹分布函数，这种编码方 式称为干涉型编码方式，用这种方法制作的全息图称为干涉型计算全息图.（缺点：参考光波的加入增加了空间带宽 积，因此全息图上的抽样点数必须增加） 分别对振幅和相位编码（计算全息所特有的：迂回位相法） 6 信息的存储信息的存储 计算全息图通常都用光学方法实现波前重现，因而存储手段必须与此相适应 信息存储的方法有多种，最普遍的一种是用计算机绘图仪将计算机处理的结果直接画在纸上，然后用精密照相拍制 在照相底片上，适当放大或缩小到合适的尺寸，制成实用的全息图
