7.1_全息照相基本原理.ppt

1、第七章 光学全息,光学全息基本原理、重要全息图及主要应用,普通照相,特点：仅会看见二维图片上的信息，当图片有一个角度时，不会看到更多的信息。,HOLOPRO全息屏幕,Holopro将高科技全息膜嵌入Amiran玻璃中,使之成为完美的HoloproTM全息投影屏幕,有正投屏和背投屏两种可供选择.它也完全可以在户外使用,完全不会受到任何户外强光的干扰,清晰度与室内相比毫不逊色,且它的寿命可长达数十年.,全息术（全息照相）三维显示,特点：从任何一个角度观看时，它都立体再现了被摄物体原貌。,2.全息照相和普通照相的方式一样吗 ？,1.为什么全息照相能够实现三维显示？,全息术(也称全息照相)，记录的是物

2、光波全部信息：包括振幅(或强度)和相位。,1948年匈牙利物理学家伽伯(Dennis Gabor 1900-1979)提出全息照相原理, 于1971年荣获诺贝尔物理学奖。20世纪60年代初期激光问世，全息照相术得到迅速发展。,1948年匈牙利物理学(Dennis Gabor 提出全息照相原理,普通照相使用透镜成像原理，底片上化学反应的强度直接由物体各处的明暗决定，即由入射光波的强度决定。,“全息”，顾名思义全部信息，,全息术是1948年Dennis Gabor 为了降低电子显微镜的像差，提高和改进图像分辨率提出的。1971年获得诺贝尔奖。 “全息”是指物体发出的光波的全部信息：包括振幅(或强度

3、)和相位。,普通照相使用透镜成像原理，底片上化学反应的强 度直接由物体各处的明暗决定，即由入射光波的强 度决定。,什么是全息术？ 全息术（holography）是利用光的干涉和衍射原理，将携带物质信息的光波以干涉图的形式记录下来，并且在一定的条件下使其再现，形成原物体逼真的立体象。由于记录了物体的全部信息，包括振幅和相位因此称为全息术。,全息发展简史,1948年 Dennis Gabor 提出 “波前重现” 理论 目的：改善电子显微镜的分辨率 光源：水银灯 发出可见光 效果：因光源相干性差存在孪生像，效果很不明显,1960年 激光器 问世， 提供 理想的相干光源 为全息技术的发展创造了条件,1

4、962年 离轴全息图问世 利思和乌帕特尼克斯 提出“斜参考光法”, 加速了全息术的发展 1962年 U.Denisyuk （丹尼苏克）提出反射全息图方法；,1964年 Ar+ Laser 问世 布里奇斯 氩离子激光器提供了强脉冲激光，扩展 了全息技术 的应用范围 1965年 R.L.鲍威尔，K.A.斯特特森 提出全息干涉术； 用于材料无损检测、流体分析等。 1968年 S.A.本顿 发明彩虹全息术（白光全息术）； . 40多年来，全息学科和技术得到飞速发展，高科技、国防、艺术等领域几乎无所不及。,第一阶段 水银灯作光源，同轴全息图 萌芽阶段 第一代全息 第二阶段 激光记录，激光再现，离轴全息图

5、 第二代全息* 第三阶段 激光记录，白光再现 第三代全息* 第四阶段 白光记录，白光再现 第四代全息,全息发展的四个阶段,全息照相的特点,两个突出的特点，三维立体性、可分割性。 全息照片再现出来的像是三维立体的，具有如同观看真实物体一样的立体感，这一性质与现有的立体电影有着本质的区别。 可分割性，是指全息照片的碎片照样能反映出整个物体的像来，并不会因为照片的破碎而失去像的完整性。,第三代全息图,欣赏, 白光再现全息图,白光反射全息图,1996年我国公安部将透明激光全息图像应用在居民身份证上，将身份证用透明膜整体覆盖，在光线下观察身份证正面时，不但能看清证件内容，还能看到透明膜上显现出来的彩虹全

6、息图像（“长城”及“中国CHINA”的字样）。,彩虹全息图,彩虹全息图,真彩色全息图,动态合成全息图,播放,动态合成全息,播放,.1 全息术的原理 ( Principle of holography ),利用干涉和衍射原理，将物光波的特征参量振幅和相位以干涉条纹的形式记录下来，并在一定条件下使其再现，从而形成与原物体逼真的立体图象。,全息照相的过程分两步：,二. 全息照相的过程,（一）波前记录,设记录平面为xy平面,反射镜,物光波,物光波的记录是一个光波干涉过程。,如图，设记录平面为xy平面，该平面上物光波的复振幅分布为：,参考光波在记录平面上复振幅分布为：,两相干光波在记录平面上的合光场的复

7、振幅分布为：,所以，合光场的光强分布为：,第1项是物光波在记录平面上造成的强度分布，它不均匀，但实验上一般让它比参考光波弱很多。,第2项是参考光波在记录平面上造成的强度分布，因为一般采用简单的平面波或球面波作为参考光，因此，该项近似为常数，即光斑均匀。,第3项是物光波和参考光波的交叉项。它是物光与参考光的干涉图样，包含了振幅和相位的信息。,用记录介质将它们记录下来，就是一张全息图！,记录过程的线性条件： 将曝光量控制在全息干板tE曲线的线性区。,曝光后的干板经过显影、定影处理后，就得到全息图。全息图呈现出来的是干涉条纹，不是物体的像。,用复振幅分布为 的相干光束照射全息图,部分光束透过干板产生

8、衍射，大部分光被乳胶吸收，少部分被反射。,全息图的透射光场分布为：,此式为全息照相再现过程的基本方程。,（二）波前再现,观察全息照片的光路如图：,再现过程分析：,再现光束若也采用原相干参考光,u1：代表再现照明光束经过全息干图后的透射波。,u2：A02是物光波振幅的平方，主要能量靠近光轴方向传播，呈现一种“散斑”的图象。,u4,u3,u1+ u2,O(x,y)为原物光波，u3与原物光波具有相同相位，而振幅仅差一个常系数。再现原物的虚象。,u3=,u4,u4项存在原物光波的复共轭函数。再现光波构成原物的赝实像。,（二）再现,观察全息照片的光路如图：,设用复振幅分布为 的相干光束作为照明光，,部分光束透过干板产生衍射，大部分光被乳胶吸收，少部分被反射。,全息图的透射光场分布为：,此式表示了全息照相再现过程的基本方程。,下面分析再现过程：,再现照明光束采用原相干参考光束 （ ）,上式中各个量的物理意义见图：,u1：代表再现照明光束经过全息照片后的透射波，透射率为tB，即全息图再现中的零级衍射波。,u2：由于A02是物光波振幅的平方，即物光波在干板上的光强分布，它在全息图上呈现一种“散斑”的图象。,u3：代表了 级衍射光波，与原物光波相比，它多了 这个常系数，因而u3与原物