6.5体积全息图

1、6.5 体积全息图体积全息图要求记录介质的要求记录介质的厚度满足关系式：厚度满足关系式： 当用于全息记录的当用于全息记录的介质介质足够厚足够厚时，它在物光和参时，它在物光和参考光的干涉场中将记录到明暗相间的考光的干涉场中将记录到明暗相间的三维空间曲面族三维空间曲面族，形成形成体积全息图。体积全息图。2102ndh记录介质的折射率记录介质的折射率记录波长记录波长干涉条纹周期干涉条纹周期 这种全息图在再现过程中将主要显这种全息图在再现过程中将主要显示出示出体效应体效应，与平面全息图有很大差别，与平面全息图有很大差别。hq /2dO zRqq1xq2Lkgddkrko.Volume Holograp

2、hy：Recording 体积全息图：记录体积全息图：记录在相对厚的介质中记录的全息图在相对厚的介质中记录的全息图简单情形简单情形: 物波和参考波是波矢量为物波和参考波是波矢量为ko和和kr的平面波的平面波, 记录介质的前后两表面是记录介质的前后两表面是z = 0和和 z =d干涉图样是干涉图样是x, y和和z的函数：的函数：I(x, y, z) = | Ir1/2exp(j kr.r) + Io1/2exp(j ko.r)|2= Ir+ Io+ 2(IrIo) 1/2cos(ko.r - kr.r)= Ir+ Io+ 2(IrIo) 1/2cos(kg.r)式中kg = kr - ko. 这

3、是一个周期为这是一个周期为LLkg的的正弦型图样，正弦型图样，形成形成等间距的平面族结构等间距的平面族结构, ,其等强度面垂直于其等强度面垂直于光栅矢量光栅矢量kg。用感光材料将干涉图样记录下来成为厚衍射光栅用感光材料将干涉图样记录下来成为厚衍射光栅, 或体全息图。或体全息图。6.5 体积全息图体积全息图 1、体全息图的记录与再现体全息图的记录与再现体光栅的体光栅的条纹面应条纹面应平行平行于于R和和O两光夹角的角平分线，它两光夹角的角平分线，它与两束光的夹角与两束光的夹角应满足关系式应满足关系式 = = ( 1 1 - 2 ) / 2 2参考光在介质参考光在介质内的入射角内的入射角物光在介质物

4、光在介质内的入射角内的入射角体光栅常数体光栅常数 满足关系式满足关系式：2sin = 记录记录光波在介光波在介质内的波长质内的波长记录光与条纹平面的夹角记录光与条纹平面的夹角O zRqq1xq2LkgddVolume Hologram：Example 体积全息图：例体积全息图：例参考波指向参考波指向z方向，而物波与方向，而物波与z轴夹角为轴夹角为2q qdxzqLqqkrkokgkg=2ksinq2sinf = Volume Hologram：Reconstruction 体积全息图：再现体积全息图：再现参考波照明全息图，被厚全息图布拉格反射参考波照明全息图，被厚全息图布拉格反射 再现出物波再

5、现出物波Lf 再现时再现时，把条纹面看作反射镜面，则只有当相邻条纹，把条纹面看作反射镜面，则只有当相邻条纹面的反射光均满足面的反射光均满足同相相加同相相加的条件的条件（光程差等于一个波长光程差等于一个波长）时，才能使衍射光达到极强时，才能使衍射光达到极强布拉格条件。布拉格条件。布布拉拉格条件格条件再现光与条纹再现光与条纹平面的夹角平面的夹角再现再现光在介质光在介质内的波长内的波长Bragg Condition 布拉格条件布拉格条件 sinf f LL f f：光栅平面与照明光波之间的夹角光栅平面与照明光波之间的夹角. 当用原参考光再现时，当用原参考光再现时，f f =q q 。由于。由于sin

6、q q LL, , 布拉布拉格条件自动得到满足格条件自动得到满足.平行的光栅平面反射入射波平行的光栅平面反射入射波. 由几何关由几何关系显见，反射波是物波的延伸，再现系显见，反射波是物波的延伸，再现成功。成功。Lfxzq6.5 体积全息图体积全息图 1、体全息图的记录与再现体全息图的记录与再现 体全息图对于角度和波长如此苛刻的选择性，造成了它特体全息图对于角度和波长如此苛刻的选择性，造成了它特殊的应用前景殊的应用前景。 仅当照明光束的入射角仅当照明光束的入射角和波长同时和波长同时满足布满足布拉拉格条件，才能格条件，才能得到最强的衍射光得到最强的衍射光。若波长若波长或或角度稍有偏移，衍射光强将大

7、幅角度稍有偏移，衍射光强将大幅度下降，并迅速降为零度下降，并迅速降为零。可以用白光再现可以用白光再现：因为在由多种波长构成的复合光中，仅有一因为在由多种波长构成的复合光中，仅有一种波长，即与记录光波相同波长的光才能达到衍射极大，而其种波长，即与记录光波相同波长的光才能达到衍射极大，而其余波长都不能出现足够亮度的衍射像，避免了色串扰的出现。余波长都不能出现足够亮度的衍射像，避免了色串扰的出现。 体全息图可用于大容量全息存储体全息图可用于大容量全息存储：可以可以用用很小的角度很小的角度（或波长）（或波长）间隔存储多重图像而不发生像串扰。间隔存储多重图像而不发生像串扰。布布拉拉格条件格条件2sin

8、= 体全息图可用于高效率全息体全息图可用于高效率全息器件：器件：设计灵活设计灵活, ,制作简便制作简便6.5 体积全息图体积全息图最简单的反射型最简单的反射型体全息图体全息图单光束入射光记录介质被摄物体（高反射率）透射体全息透射体全息 透射体全息图的情形：透射体全息图的情形： 物光和参考光从介质的同侧射入，介质内干涉面物光和参考光从介质的同侧射入，介质内干涉面几乎与介质表面垂直，因而再现时表现为较强的几乎与介质表面垂直，因而再现时表现为较强的角度选择性。当用白光再现时，入射角度的改变角度选择性。当用白光再现时，入射角度的改变将引起再现像波长的改变将引起再现像波长的改变 反射体全息反射体全息 反

9、射体全息图的情形：反射体全息图的情形： 物光和参考光从介质的两侧相向射入，介质内干涉面几物光和参考光从介质的两侧相向射入，介质内干涉面几乎与介质表面平行，再现时表现为较强的波长选择性乎与介质表面平行，再现时表现为较强的波长选择性 反射体全息能避免色串扰的出现，是一种较好的白光再反射体全息能避免色串扰的出现，是一种较好的白光再现全息图，用白光再现反射体全息时现全息图，用白光再现反射体全息时 ，只能得到单色再，只能得到单色再现像现像 由于记录介质在后处理过程中发生乳胶的收缩，条纹间由于记录介质在后处理过程中发生乳胶的收缩，条纹间隔变小，使再现像波长发生隔变小，使再现像波长发生“蓝移蓝移”电控全息电控全息WDMWDM光开关光开关 1 1 得到有效的衍射得到有效的衍射 1 1 & & 2 2 都通过都通过 2 2 不受障不受障 碍地通过碍地通过输入输入 1 1, , 2 2如果光栅强度与外加直如果光栅强度与外加直流电场有关流电场有关. .6.5 体积全息图体积全息图应用例子应用例子体全息存储体全息存储数据读取数据读取数据写入数据写入体全息存储体全息存储: 由于充分发挥了体全息存储技术的优势，由于充分发挥了体全息存储技术的优势，以以单片介质中存储单片介质中存