数字全息术及其应用
81页1、1,数字全息术及其应用,王应健 14723547,2,3,目 录,一 全息技术概述及其原理 二 数字全息技术 三 研究现状分析与总结,4,第一部分 全息技术(Holography)概述及其原理,1 全息技术的起源 2 全息技术的原理 3 全息图的分类及特点 4 全息过程的相关理论 5 全息图的实际应用 6 全息技术的发展趋势,5,1 全息技术(holography)的起源,最初由英国科学家丹尼斯伽柏(Dennis Gabor)于1948年提出来。 目的:利用全息术提高电子显微镜的分辨率。 但全息照相理论创建之后经过了漫长的发展过程。主要原因之一:缺少适用的具有足够相干性和高度单色性的照明光源。 1960年,激光器的问世克服了这个障碍。且激光器的迅速实用化以及离轴全息照相术的发展,消除了在观察同轴全息图再现像时,因虚像和实像相互干扰而降低像质的影响,使拍摄反射物体的全息像成为可能,从而能实现对漫反射物体的全息干涉计量。,Dennis Gabor,6,1960年梅曼研制成功了红宝石激光器。 1961年贾范等制成了氦氖激光器,产生了一种全所未有的优质相干光源。 1962年美国科学家E.N.利
2、思和J.乌帕特尼克斯用激光器对伽柏的技术做了划时代的改进,全息术的研究从此获得了突飞猛进的发展。 近40年来,全息技术的研究日趋广泛深入,开辟了全息应用的新领域,成为近代光学的一个重要分支。,7,2 全息技术的原理,第一步:利用干涉原理记录物体光波信息。 即拍摄过程:被摄物体在激光辐照下形成漫射式的物光束;另一部分激光作为参考光束射到全息底片上,和物光束叠加产生干涉,把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度。从而利用干涉条纹间的反差和间隔,将物体光波的全部信息记录下来。记录着干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后,便成为一张全息图或称全息照片。,8,2 全息技术的原理,9,2 全息技术的原理,第二步:利用衍射原理再现物体光波信息。 即成象过程:全息图犹如一个复杂的光栅,在相干激光照射下,一张线性记录的正弦型全息图的衍射光波一般可给出两个象,即原始象和共轭象。再现的图像立体感强,具有真实的视觉效应。 全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息,故原则上它的每一部分都能再现原物的整个图像。通过多次曝光还可以在同一张底片上记录多个不同的图像,而且能互不干扰地分别显示出来。,10
3、,2 全息技术的原理,11,3 全息图的分类及特点 1、按着制作方法 2、按着光路结构 3、按着再现方式 4、按着实际用途,光学记录全息图 计算机像素全息图,同轴全息图 离轴全息图,单色光全息图,复色 光全 息图,反射全息图 相面全息图 彩虹全息图 假彩色编码全息图 真彩色编码全息图 角度多路合成全息图 多通道全息图,普通:检测,存储等 特殊:加密,防伪等,12,同轴全息和离轴全息比较:,同轴:记录 再现,13,离轴:记录 再现,14,1、图像是三维立体图。 2、得到的是彩色图片,永不变颜色。 3、不可撕毁性(冗余度大):每一部分都能再现原物的整个图像。 4、一次拍摄,可以得到两个图像:原始像和共轭象。,全息图的基本特点:,15,全息照相过程分记录、再现两步,它是以干涉、衍射等波动光学的规律为基础的。,普通照相过程是以几何光学的规律为基础的。,全息图所记录的是物体各点的全部光信息,包括振幅和相位。,普通照相底片记录的仅是物体各点的光强(或振幅),全息照相过程中物体与底片之间是点面对应的关系,即每个物点所发射的光束直接落在记录介质整个平面上。反过来说,全息图中每一个局部都包含了物体各点的
4、光信息。,普通照相过程中物像之间是点点对应的关系,即一个物点对应像平面中的一个像点。,16,全息图能完全再现原物的波前,因而能观察到一幅非常逼真的立体图像。,普通照相得到的只能是二维的平面图像。,全息照相是干涉,因此要求光源有很高的相干性。光源的相干长度越大、波前上相干区越大,就能越有效地实现全息照相。,普通照相只是像的强度记录,并不要求光源的相干性,用普通光源就可以了。,17,全息图片,18,全息图片,19,全息过程的数学描述:,(1)记录过程:,在记录平面上接收到的光波复振幅为:,所以,求得合光强为:,。(1),4 全息过程的相关理论:,20,等式(1)又可化为:,。(2),这里,(2)式中的 表示物光和参考光的强度之和, 表示干涉条纹的反衬度。,另外,根据光路结构参数,通过求解 , 可以得到干涉条纹的空间频率:,。 (3),例,=632.8nm ,= 400 1100条/ mm,21,由等式(1)可推得全息图永不变色。 由等式(2)可推得全息图的再现像 是三维立体的。 由等式(3)可推得全息图不可撕毁。,设再现光波为: ,再现 出来的全息像的复振幅分布为:,这样,就解释了全息图的
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