应用技术篇-光学全息术-光信息存储技术电子教案课件

全息术10.1白光再现全息图10.2合成全息10.3模压全息技术菲涅耳全息图菲涅耳全息图物理意义：菲涅耳近似条件：R(xr,yr)菲涅耳全息图记录光路中各量的意义rrlrO(xo,yo)r0l00zHx,y物体和观察平面之间的距离远远大于物体尺寸的线度

只对轴附近的一个小区域内进行观察菲涅耳全息图特点

物体特征：

二维或三维漫射体，透射型或反射型

物光波特征：

是物体的菲涅耳衍射波，物与干板距离满足菲涅耳近似条件

记录与再现：

激光记录，激光再现菲涅耳全息图菲涅耳全息图记录

再现O（x,y）R（x,y）HO’（x,y）C（x,y）H记录与再现光路（离轴型）:夫琅和费全息图1、夫琅和费近似条件：夫琅和费全息图

2、夫琅和费全息图特点：

物体特征：

二维透射型物体，即平面漫射体

物光波特征：是物体的夫琅和费衍射波，物与干板距离满足夫琅和费近似条件

记录与再现：激光记录，激光再现

参考波特征：平面波夫琅和费全息图记录光路与再现情况（离轴型）：

记录光路（一）zλ0OL

Rf

H

再现模式（A）C（x，y）是平面波夫琅和费全息图零级共轭像原始像PO0exp[jφO

]fzO0exp[-jφO

]C（x，y）λ0LH夫琅和费全息图再现模式（B）：C（x，y）是球面波d0di

H原始像共轭像λ0C（x，y）零级zPLd0

,di

满足透镜的物像关系记录光路（二）再现光路

夫琅和费全息图特点：面积小：1.5-2.0mm

可用细光束记录，细光束再现

di

-fH

R

0OzLd0diPP

fC=RPHz10.1白光再现全息图

白光再现反射全息图，又称丹尼苏克

全息图

Denisyukhologram白光再现全息术记录光路H问题全息图的物光在哪里？？?Laser全息图的再现白光H仅当λ=λ0时满足布喇格条件单色像白光再现反射全息图属性反射型体积全息图再现照明条件白光照明再现再现像特点记录条件激光记录选择反射率较高的物体物体尽量靠近干板干板胶面朝向物体单色再现像，波长与记录波长相同乳胶收缩时出现“蓝移”现象白光再现反射全息图适用的记录介质新型卤化银乳胶（~50%）重铬酸盐明胶（~100%）光致聚合物（~100%）特别注意干涉条纹极限密度高达：3000~4500pl/mm记录时应特别注意光路的稳定性用途白光反射全息技术是实现彩色全息的重要基础白光再现反射全息图白光反射全息图单色像白光反射全息图单色像像面全息术

记录像面全息图的“物光波”，是物体的几何像

“物”与全息干板可实现“零距离”

再现像位置和像的尺寸受照明光波长的影响很小

用复合光再现时色模糊量和像模糊量很小特点讨论1）怎样得到“物光波”——成像光波？2）记录像面全息图的光路有何特殊性？3）像面全息图可否用白光再现

？白光再现全息术像面全息术

方法一透镜成像法（一步法）——OO’HR透射型LO’H记录采用原光路白光再现再现C=白光方法二无透镜法（二步法）第二步共轭再现H1

记录像面全息图O’H1R1*H2R2第一步记录菲涅耳全息图用平行参考光像面全息术

记录OR1H1两种方法的优缺点一步法二步法

方法较一步法复杂噪声大

视场角大可通过增大H1相对H2的张角实现

方法简便

视场角小（受透镜孔径限制）

可用于多重像的多角度存储噪声小像面全息术

彩虹全息术

1、概述历史的回顾白光再现全息术2、彩虹全息的发明思路3、二步彩虹全息4、一步彩虹全息（1978年陈选、杨振寰）5、全视场彩虹全息（以一步法为例）6、体视对彩虹全息彩虹全息术

1、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，噪声降低白光再现全息术以后为扩大视场角、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，等等

应用领域十分广泛

2、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。白光再现全息术彩虹全息术

图示图示H白光白光再现全息术彩虹全息术

3、二步彩虹全息制作菲涅耳全息图H1记录白光再现全息术彩虹全息术

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记录彩虹全息术

二步彩虹全息R1：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*H1O’H2记录第二步制作彩虹全息图H2彩虹全息术二步彩虹全息再现S’H2R2*(单色光）再现用单色光再现（共轭光）彩虹全息术二步彩虹全息H2R2*(白光)蓝绿红狭缝像彩虹像黄紫彩虹全息术二步彩虹全息用白光再现（共轭光）再现Top2一步彩虹全息（1978年陈选、杨振寰）HSS’RzOO’记录L彩虹全息术激光再现采用原光路再现再现HR(白光)O’彩虹全息术一步彩虹全息蓝绿红黄紫彩虹像彩虹全息图的特点：

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，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。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。彩虹全息术一步彩虹全息

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。彩虹全息术一步彩虹全息LSL第一步第二步SHRRHS’S’彩虹全息术O’O’胶面朝前胶面朝后5、全视场彩虹全息（以一步法为例）记录（俯视图）全视场彩虹全息采用原光路再现（一）（侧视图）O’HO’白光H再现白光彩虹像O’采用原光路再现（二）（侧视图）H彩虹像白光白光全视场彩虹全息再现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。全视场彩虹全息Top26、体视对彩虹全息用于记录自然界的三维大场景，记录分两步进行第一步普通照相法2台照相机同步曝光左右彩虹全息术得到左视图OL和右视图OR第二步全息照相法二次曝光LDSHOLR毛玻璃左右65mm双孔板侧视图OR开左孔对OL曝光开右孔对OR曝光放大的照相底片体视对彩虹全息再现左S’右S’HC=白光R*彩虹全息体视对彩虹全息作业普通立体电影体视对彩虹全息作业与有何异同点？？To26

使左右两眼分别看到不同的视图左眼看左视图

右眼看右视图视差立体感看图的原理不同体视对彩虹全息根据彩虹全息原理，再现光的空间宽度被双孔像限制在一个小区域里，使得两眼分别看到不同的视图。普通立体电影根据光的偏振原理，成像光束是互相垂直的两个线偏振光，利用互相垂直的两个偏振片，使得两眼分别看到不同的视图。体视对彩虹全息相同点体视对彩虹全息与

普通立体电影的比较相异点

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。体视对彩虹全息

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。体视对彩虹全息体视对彩虹全息特点彩虹全息图思考2）为什么物体应“卧”在光路平面内？1）为什么狭缝应垂直于光路平面放置？1、记录彩虹全息图时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？Top2一、3600合成彩虹全息术二、利用光纤传像束的合成全息图三、纵向多层合成全息术四、动态合成全息术五、数字合成全息术10.2合成全息图合成全息术一、3600合成彩虹全息术第一步非相干光记录记录3600合成彩虹全息术第二步相干光记录HL1L2O（黑白胶片）SHRCLL柱透镜原光路再现3600合成彩虹全息术H白光点源白光点源3600合成彩虹全息术说明

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，实际上是体视对效应幻灯片7

第一步记录黑白底片时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Top2z白光H合成全息术二、利用光纤传像束制作合成全息图激光L2SHRCLL光纤输入端光纤输出端优点与缺点方法简便，可实时记录可拍摄静态物，也可拍摄动态场景直接用激光照明、传像，物体不宜太大再现像的视场角较小像的分辨率和对比度较低二、利用光纤传像束制作合成全息图Top2合成全息术三、纵向多层合成全息术用于对光不透明、而对X光透明的物体123．．．20第一步拍摄X光片No.1——No.20纵向间隔d=3-5mm记录纵向多层合成全息术第二步拍摄合成全息图1HR毛玻璃23．．．20间隔d=3-5mmDX光片???纵向多层合成全息术再现原光路再现O’HRn个二维再现像叠加，成为准三维像问题可以用白光再现吗？Top2合成全息术四、动态合成全息术体视对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四、动态合成全息术举例

双视三维动态合成全息

主全息图H1的记录原理示意图

TheprinciplediagramforrecordingthemasterhologramH1

记录主全息图H1

R1

SL/SR（可移动双狭缝板）

y

x

d

H1

y

OLaserLoH1子全息图对end四、动态合成全息术举例动态彩虹全息图H2的记录原理示意图TheprinciplediagramforRecordingthehologramH2S

R2

H2

彩虹H2

的记录R1*

H1

yx

Loend四、动态合成全息术举例动态反射全息图H2的记录原理示意图TheprinciplediagramforRecordingthehologramH2R2

反射型H2

的记录H2

R1*

H1

yx

endR*2

四、动态合成全息术举例双视三维动态全息图的再现反射型再现照明光彩虹/反射动态全息图H2的再现原理示意图TheprinciplediagramforreconstructionofhologramH2R*2

H2

y

x

观察平面S’L/S’R彩虹型再现照明光

O

Top20Top19思考题观察动态彩虹全息图时，双眼沿x方向移动和沿y方向移动，分别得到什么结果？？？反射型动态全息图的再现像呈现什么颜色？？？彩虹全息图能否做成反射型全息图？？？3D-SDVR彩虹全息图再现像3D-SDVR反射全息图再现像全息应用10.3模压全息技术

——21世纪的印刷术

模压全息技术发展简史：起始于20世纪70年代，80年代初期在美国、日本、英国等国发展迅速。国内的模压全息技术开始于1985年，1987年从国外引入第一条生产线，此后迅猛发展。我国的模压全息生产厂家数量居世界首位，产品数量和品种也居世界之首。模压全息技术

模压全息的特点：可以机械化、大批量生产，成本降低，价格低廉，使全息技术走出实验室，进入商品市场。由于发展前景广阔，生产方式类似于印刷，产品又大多薄如纸张，因而被称为“21世纪的印刷术”工艺流程模压全息技术制作彩虹全息母版复制金属版模压复合模切光刻胶版电铸镍版模压机复合机模切机模压全息技术分析与思考输出图像要求：白光再现出现

绿树红花有深度蓝背景提示：利用多狭缝彩虹全息术请运用学过的知识，给出答案模压全息技术可否在同一干板上制作3张彩虹全息图？花的彩虹全息图树的彩虹全息图背景的彩虹全息图使它们的空间频率有差别白光照明时在同一方向上出现不同波长的衍射光第二步：记录菲涅耳全息图DOrOgObH1rH1gH1bH1S—狭缝板R1

——多狭缝彩虹全息术复习假彩色编码真彩色技术

第三步：记录彩虹全息图R1*R2H2假彩色编码真彩色技术

Or’、Og’、Ob’在H2

上重叠H2上记录了三套彩虹全息图H2rH2gH2bH1H1rH1gH1b复习假彩色编码真彩色技术

再现H2rH2gH2b

的空间频率关系：f

r<f

g

<f

bR2*(白光)H2rR2*(白光)H2gR2*(白光)H2b0级0级0级复习假彩色编码真彩色技术