《7.3_各种全息图及其应用2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《7.3_各种全息图及其应用2（52页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、几种不同类型的 全息图 彩虹全息的发明思路 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。 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。 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。 移动观察位置，依次看到不同波长的像，不再会出现色模糊，于是达到了白光再现的目的。概念 提示彩虹全息彩虹全息概述 历史的回顾1969年 Benton（本顿）发明了二步彩虹全息 1978年 陈选、杨振寰（美籍华人）发明了一步彩虹全息使方法简化，噪声降低彩虹全息以后 为扩大视场角、降低噪声，众多技术相继出现如： 条形散斑屏
2、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等应用领域十分广泛 2、二步彩虹全息制作菲涅耳全息图 H1记 录第一步第二步制作彩虹全息图 H2制作菲涅耳全息图 H1R1激光H1记 录R1 为平行参考光第一步以 H1 的共轭实像为“物”，通过狭缝 S 记录彩虹全息图 H2SR2R1*H1OH2记 录第二步制作彩虹全息图 H2再现SH2R2* (单色光）再 现 用单色光再现（共轭光） 用白光再现（共轭光）再 现H2R2* (白光)蓝绿红狭缝像彩 虹 像黄 紫一步彩虹全息 （1978年 陈选、杨振寰）HSSRzOO记 录L激光再现采用 原光路 再现再 现HR (白光)O蓝绿红
3、黄紫彩 虹 像R (白光) 彩虹全息图的特点：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，但再现像色彩与原物体色彩无关，而仅与再现照明光包含波长组分有关。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。 一步彩虹全息一步彩虹全息 和 二步彩虹全息二步彩虹全息 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。彩虹全息 记录记录彩虹全息图需注意的问题：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
4、损失较大 。 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。彩虹全息彩虹全息图彩虹全息图动态合成全息术体 视 全 息 术是多种技术相结合的一门 综合技术白 光 反 射 全 息 术彩 虹 全 息 术合 成 全 息 术数 字 全 息 术第一步非相干光记录(二维图片的记录)记录合成全息合成全息第二步相干光记录HL1L2O（黑白胶片）SHRCL L3柱透镜合成全息原光路再现H白光光源白光光源合成全息合成全息播放白 光H说明说明 视差的产生是由于双眼从不同的条形全息图得到不同的视角。 第一步记录黑白底片时
5、应注意保持拍摄角度的一致性，尤其对大场景。否则会出现再现像的“颠簸”。 第二步全息合成时，狭缝宽度应精确计算，与观察距离、双眼视角匹配，否则，像会发生畸变。 突出优点是白光记录、激光合成、白光再现，可用于拍摄大场景或动态全息。合成全息 体积全息图 Volume Holography 体积全息图的乳胶较厚，其厚度符合以下条件： “体积全息图”是指三维全息图，振幅透过率函数形式为：t（x，y，z）考虑空间曲面对光的衍射作用，与乳胶厚度关系密切。曝光波长条纹间距乳胶折射率乳胶厚度 记录内容： 再现机理：才能得到成功的 再现再现三维空间干涉曲面三维空间干涉曲面仅当满足 布喇格条件布喇格条件 时，采用较
6、厚的记录材料记录空间的三维干涉条纹，形成体全息 。 相干光场的复振幅分布式中q0、qr是物光和参考光波矢相对于z轴的夹角。体积全息图的记录光场强度空间分布记录介质内的振幅透射率空间分布上述方程确定一组与xz面垂直平行等距的等强度面，与z 轴夹角 为：实为物光与参考光波矢夹角二等分面t取极大值条件：物光物光OO考虑最简单的情况， ，则峰值强 度面方程变为： 参考光参考光R R物光物光OO此时峰值强度面间 距d为：峰值强度面垂直于峰值强度面垂直于x x轴轴 用 平面波平面波 照明全息图体积全息图再现d仅当相邻银层反射光波同相位仅当相邻银层反射光波同相位时时，才，才 会产生最亮再现像，则光程差满足：
7、会产生最亮再现像，则光程差满足：此式即为此式即为布布喇喇格条件格条件。与峰值强度面公式比较，可知：与峰值强度面公式比较，可知： 或或用原参考光或其共轭光照明体全息图，分用原参考光或其共轭光照明体全息图，分 别再现出原始物光波或其共轭光波。别再现出原始物光波或其共轭光波。结结 论论 体积全息图用白光再现 布喇格条件保证了体积全息图的波长选择性； 尽管记录过程必须用单色光完成，再现却可以用白光实现； 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。 体全息图图可用于大容量全息存储储：可以用很小的角度（或波 长）间间隔存储储多重图图像而不发发生像串扰扰。1)
8、、透射型体积全息图记录：再现：OROC = R观察有何特点 ？ 记录 物光和参考光在全息干板同侧再现 照明光与观察者在全息图两侧 干涉条纹趋向： 垂直于全息图表面 敏感点 对角度特别敏感透射型体积全息图特点：可实现多重像的存储：记录时对不同目标物采用不同角度入射的参考光，白 光再现时改变照明光的入射角度，得到多重像的再现 。2)、反射型体积全息图有何特点 ？O记录：RH再现：OC = R观察 H 记录 物光和参考光在全息干板两侧再现 照明光与观察者在全息图同侧 干涉条纹趋向 平行于全息图表面 敏感点 对波长特别敏感反射型体积全息图特点：“蓝移”现象：再现单色像的波长通常并不与 0 相同原因是全
9、息图在化学处理过程中发生了乳胶收缩。体全息存储数据读取数据写入记录和再现彩色三维物体全息像的全息图！ 三原色扩束激光和从物体反射的三原色扩束激光和从物体反射的 三原色光在同一张全息干板上记三原色光在同一张全息干板上记 录下三张全息图，分别由红、绿录下三张全息图，分别由红、绿 、蓝三个波长干涉而成。、蓝三个波长干涉而成。 彩色全息图用白光再现时，可再彩色全息图用白光再现时，可再 现出三种颜色的全息像，在反射现出三种颜色的全息像，在反射 光方向观察者可观察到真彩色的光方向观察者可观察到真彩色的 全息像。全息像。含有三原色的含有三原色的 扩束激光扩束激光彩色全息彩色全息彩色全息记录示意图彩色全息记录
10、示意图为振幅透射因子， 为相位延迟因子 。平面全息图的复振幅透过率一般是复函数：振幅全息图(Amplitude Hologram)当全息图引入的相位延迟为常量时： 定义：衍射效应起因于位相调制，而不是振幅调制 透过率函数表达式： 相位全息图(Phase Hologram)振幅是一个常数位相是空间分布函数全息图的位相变化正比于曝光光强： I ( x , y ) 分析物光波和参考光波都是平面波的形式，干涉后产生基元光栅的情况为例，考察相位全息图的性质。全息图的位相变化正比于曝光强度：略去常数，位相全息图的复振幅透过率表达式：其中 。干涉光强度分布为：表示成傅里叶级数用振幅为C0的平面波垂直照射全息
11、图图，透射光场为场为 ：不同于余弦振幅型光栅只有零级和正负一级，相位型 光栅包含许多衍射级。当用原参考光波进行再现时，正、负一级衍射分别再 现原始物光波及其共轭光波。全息图的衍射效率定义衍射效率：(此公式适用于平面全息图)衍射效率越高，表明成像光波光能量越大，全息再现 像越明亮。影响全息图衍射效率的因素 ：1、调制方式的影响：相位型高于振幅型2、槽型的影响（透过率函数的类型）：正弦型低于矩形型x xx和锯齿型此时，用振幅为C0的平面波作为再现光波，则在透射光场中，正或负一级衍射光强度为 ，若全息图面积为S，则一、振幅全息图的衍射效率* 正弦型振幅透过率平均透射率调制幅度理想情况下，则 达到最大
12、范围的变化幅度。二. 相位全息图的衍射效率* 正弦型振幅透过率常数，忽略介质的吸收，则根据贝塞尔函数定义：有第1级的衍射效率为因为所以各种全息图 衍射效率 理论最大值全息图类型平 面 全 息 图调制方式余弦振幅余弦位相矩形振幅矩形位相衍射效率0063 033901010404全息图类型体 积 透 射 型体 积 反 射 型调制方式余弦振幅余弦位相余弦振幅余弦位相衍射效率0037100000721000 全息术的主要应用：全息显示 全息干涉计量 全息光学元件 全息显微术 全息信息存储 全息防伪 其他全息干涉计量是全息应用的一个重要领域； 物体信息包含在物光波前中，由于全息术可以记录并再现出 物光波
13、前，这使得我们有可能用一个标准波前与一个变形物 体产生的波前相比较，从而实现干涉测量。 全息干涉可以测量透明或不透明的物体，甚至三维的漫反射 表面，还可以由表面的变化检测物体内部的缺陷，实现材料 无损检验。 多种全息干涉方法： 单次曝光法（实时法） 两次曝光法 时间平均法1） 全息干涉计量全息干涉计量实时法测量凹球面的光路激光激光子弹子弹 进入进入 气室气室 前后前后 光波光波 相干相干 叠加叠加采用脉冲激光作为光源，两次曝光法适合对瞬态现象 （冲击波、流场）作记录和观测。气体室气体室全息干板全息干板 两次曝光全息图的飞行子弹的像的照片全息术的应用用全息图可再现光波的波前，或者说它对入射光波具
14、有位相调制的能 力，在某些场合，全息图有可能代替普通透镜、棱镜、光栅等，作为成 像、转像、准直、分光元件。 全息光学元件用感光记录介质制作，基于衍射原理，是一种衍射光学 元件。 全息光学元件的种类 全息光栅 全息透镜 全息扫描器 全息滤波器2）全息光学元件全息光学元件制作全息光栅的光路 ：分波前法全息光栅 与传统光栅比，没有周期误差、杂散光少、分辨率高、制作方便等优点激光束记录介质记录介质全息术的应用全息术可以记录经空间调制而携带信息的物光，信息 以干涉条纹的形式存储于全息图中。照明全息图，可 再现物光波前，可以解调出其所携带信息。 全息存储的主要优点： 高冗余度 存储容量大 数据传输速率高和寻址速率快3）全息信息存储 角度复用的体全息存储SLMSLM记录介质记录介质CCDCCD探测器探测器参考光参考光
