《菲涅耳全息图的编码与显示.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《菲涅耳全息图的编码与显示.doc（39页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、菲涅耳全息图的编码与显示菲涅耳全息图的编码与显示摘 要普通显示技术是根据几何光学成像原理，记录下光波的振幅，将空间物体成像在一个平面上。由于丢失了光波的相位信息，因而物体的信息是不完整的。全息图因能够完整地记录物光波的振幅和相位，因而能够包含物体的全部信息。菲涅耳全息术作为全息术的一个分支，更是得到了飞速的发展，已经广泛应用于全息干涉计量术、全息存储、全息光学组件、全息显微术等各个领域。本论文主要研究菲涅耳全息图的编码与显示过程。经典光全息术包括波前记录和波前再现两步。全息波前记录将物光和参考光以干涉条纹记录成全息图，此全息图同时记录了物光波的振幅和相位;然后用参考光照射全息图，该参考光经过衍
2、射后，即可再现出原始物体。计算全息是将先进的计算机技术和光全息术结合起来，利用计算机产生全息图。它不需要物体实际存在，而是把物波的数学描述输入计算机处理后，绘制出全息图，然后用光学方法重现。本文采用计算全息方法,利用Matlab模拟光线的菲涅耳衍射传播,用计算机生成菲涅耳全息图 ,并由所生成的全息图再现出原始图像 ,完成全息图的数字再现。关键词：物光波；菲涅耳衍射；计算全息；计算机模拟 Fresnel hologram coding and displayAbstractCommon display technology is based on geometrical optical theo
3、ry, the amplitude of waves recorded, the space object imaging in a plane. Because the phase information of light is lost, the object information is incomplete. Hologram can record the amplitude and phase of object waves completely, so it can contain all the information of the object. Fresnel hologra
4、phy as a branch of holography, it is has made rapid development, has been widely used in holographic interferometer, holographic storage, holographic optical components, holographic microscopy, and other fields. In this paper, the key point is the coding and display processes of Fresnel hologram. Cl
5、assical optical holography includes two steps of wave-front recording and reconstruction of wave front. The holographic recording record the object waves and reference light in a hologram by the form of interference fringes, the hologram have recorded the information of the amplitude and phase of ob
6、ject waves ; then uesing reference beam irradiating hologram, by diffraction, original object can be reconstructed.Computer-Generated Hologram(CGH) is the technology which combines advanced computer technology and optical holography, and generating holograms by computers. It does not require the act
7、ual existence of objects, only needs the mathematical description of the object wave to input the computer for processing, then drawing out the hologram, at last using optical methods to reconstruct original object. In this paper, with the method of CGH, Fresnel hologram is generated by Matlab in co
8、mputer, then original image is reconstructed by the hologram, thus digital reconstruction of hologram is completed.Key words : object waves; fresnel diffraction ; CGH ; computer simulation 目 录引言1第1章 绪论21.1 课题研究背景及意义21.2 目前的发展现状31.3 论文的内容和结构4第2章 菲涅耳衍射公式的推导52.1 二维光场的基本理论52.1.1 单色光波场的复振幅表示52.2 基尔霍夫衍射理论
9、72.2.1 惠更斯-菲涅耳原理82.2.2 基尔霍夫衍射公式92.3 菲涅耳衍射10第3章 菲涅耳全息123.1 波前记录与再现123.1.1 波前记录133.1.2 波前再现14第4章 菲涅耳全息图的计算机模拟174.1 计算全息概论174.2 计算全息的制作理论174.2.1 抽样定理174.2.2 物面和全息图面的抽样204.3 用Matlab模拟菲涅耳全息图20总结23致谢24参考文献25附录26插图清单图2-1-1 球面波在xy平面上的复振幅分布6图2-2-1 计算波面在Q点产生的复振幅9图2-2-2 点光源照明平面屏幕9图3-1-1 记录全息图的一种光路12图3-1-2 全息图的
10、再现13图3-1-3 波前记录13图3-1-4 波前再现15图4-3-1 菲涅耳全息图的生成及再现22- I -引 言如今的显示技术发展的非常快，种类也非常多，但是占主流地位的还是平面显示技术，平面显示技术是利用信息来调制各像素的发光亮度和颜色而进行显示的。然而平面显示技术无法包含物体的全部信息，因而其显示效果无法满足人们的需求。而光全息术因能够包含物体的全部信息而越来越受到人们的青睐。光全息术是利用光的干涉和衍射原理,将物体散射的特定光波以干涉条纹的形式记录在胶片上,并用参考光照射胶片使物体再现,形成与原物体逼真的三维像.由于胶片记录了物体的全部信息(振幅和位相),因此称为光全息术或全息照相
11、术.显然,这是一种利用光学方法在人的视觉上再现物体三维清晰像的典型技术.在这个学科中,应用研究不断发展,许多科学工作者进行了他们自己的研究以探讨全息术的应用潜力及其领域,如全息干涉计量术、全息存储、全息光学组件、全息显微术、显示全息等等。在目前，全息显示技术已经广泛应用社会的各个领域，菲涅耳全息显示技术更是得到了飞速的发展。这些全息显示技术可以用于一些产品的包装上，可以贴在出版物的封面上，也可以用于信用卡、驾照甚至衣服上以防假冒及用于医学全息。全息图还用于很多民用和军用飞机。飞行员在望向驾驶舱窗外时，全息图为他们提供很多重要的信息。艺术家可以利用全息图进行创作。很多艺术家觉得，全息图为他们提供
12、了一个三维的和纯光学的空间，使得他们可以表达一些在“传统”媒介上不能表达的图像和信息。也许某一天，光子会像今天的电子一样进入你的计算机网络。这一天到来时，全息图就会被用于储存信息。这叫做全息数字存储（HDS）。有了HDS，就可以在一个方糖大小的尺寸上储存整个国会图书馆的信息。在本次设计中，主要通过分析菲涅耳全息图基本原理并应用合适的软件模拟再现菲涅耳全息图。其中菲涅耳全息图基本原理方面：物光波波前信息包括光波的振幅和相位，然而现有的所有记录介质仅对光强产生响应，因此，本次设计采用干涉法将空间相位调制转换为空间强度调制，把相位信息转换成强度的变化记录在全息干板上。当参考光束与来至物体表面的散射光
13、均照射到全息干板上时，物体散射光与参考光进行相干叠加，产生极精细的干涉条纹，被记录在全息干板上形成一张全息图底片。当用相同原参考光照射全息图底片时，光通过全息图后的衍射和衍射光之间的干涉，形成与原物体光波完全相同的光波，从而得到原物体的清晰的像。模拟再现菲涅耳全息图方面：应用Matlab软件，根据菲涅耳衍射公式，将物光波的振幅和相位、参考光等信息输入到计算机中，从而模拟再现出菲涅耳全息图。然而目前的全息图的编码与显示方法在成像质量、计算速度、复杂度、普适性等方面远不能满足显示的要求，因此我们有必要对编码与显示全息图过程中的各个元件、光源、记录介质和编码方法等进行更深入的学习，以尽可能地满足显示
14、的要求。第1章 绪论1.1 课题研究背景及意义几十年来，全息术已成为信息光学中最活跃的领域之一。各种类型的全息图、全息元件和设备、全息检测方法和显示技术都得到了发展；尤其是近十余年来，模压全息技术的发展使全息产品走向产业化，并开始深入到人们的日常生活领域。全息术正以最活跃，最新和增长最快的高级技术工业之一的姿态出现于世界。全息术也是一个照相过程，但在概念上是根本不同的。全息术的目的仅仅是记录的照度公布，而实际上要记录下投射到记录平面上的完整波场。这个平面通常还不是一个成像平面，记录完整的波场意味着既记录振幅，也记录位相。振幅是容易记录的，任何照相记录材料都能胜任这个工作。所有的检测器对波场各部
15、分之间的位相差是完全不灵敏的。然而，物体的信息既包含在波场的振幅结构中，也包含在位相结构中。如果要把波场完全记录下来，振幅和位相二者都必须被检测到。盖伯借助于把位相差转换成强度差的背景波解决了全息术发明中的基本问题，从而把位相编码成照相胶片能够识别的量。盖伯称这记录为全息图，意思是完整的记录。实际上波形以这样的方式被记录在全息图上，在以后的任何时刻只要用一恰当的光束照明全息图，波场能准确地再现出来。这光束通过全息图后，具有了原始波场位相和振幅的调制特性，原始波场好像是被照相干版所俘获，以后被释放出来。再现的波形似乎从来未受过干扰而传播着。迎着光束的观察者发现它与原始波没有区别。他似乎在观察原物，仿佛原来的物体仍放在那里。他看到的是观察真实世界所具有的一切光学特性的物体。它具有三维特性和实际生活中一切正常的视差关系。这个惊人的现实使得全息术成为科学家和普通人都十分关注的一个议题。全息术确实根本不同于常规的照相术。 全息术的重要早期工作是布喇格X射线显微镜的工作及更早期的Woefke的工作。布喇格的方法是一个两步衍射过程。用照相术方法记
