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全息原理

文章来源:[SouVR.com]网络收集整理 作者:Frank/Tracy 发布时间:2010年06月03日 点击数: 字号:
的记录位置。当物光与参考光夹角接近180°(图中的位置)时,厚反射全息图的波长选择性最好,因此可以用白光再现。实际上由于乳胶收缩(如卤化银干板)或膨胀(如铵板)再现时像的颜色向短波或长波方向偏移。   振幅型全息图和位相型全息图 根据全息图的形成机理可以知道,它是以某种方式把物光和参考光干涉所形成的驻波场在全息图面上的光强分布I(x,y),转化为全息干板(或其他记录媒质)的复振幅透过率τ(x,y)。一般τ(x,y)可以用下式表示:   (1)   对于银盐照相干板一类的记录媒质,处理后可使嗞(x,y)为常数,可令为0。则   (2)   具有式 (2)这种由吸收大小决定振幅透过率分布的全息图,叫作振幅型全息图。对于漂白银盐干板、重铬酸明胶板、掺铁铌酸锂等媒质来讲,τ(x,y)≈1,则复振幅透过率为   (3)   这一类全息图上只有位相嗞(x,y)受I(x,y)的调制,叫作位相型全息图。位相型全息图具有均匀的透过率,但由于厚度不同或折射率变化而引起入射光的位相变化。它的特点是衍射效率高。表1给出了各种全息图的理论最大衍射效率η。   菲涅耳型和夫琅和费型全息图 当二维物体距全息图面zo为有限值时形成菲涅耳全息图(图5),再现时,衍射波复振幅为物波复振幅的菲涅耳变换。若物体为三维分布时,则再现得到三维物体的像,其形成如图5所示。   像全息图可以看作是菲涅耳全息图的一种,它是由物体的像所形成的全息图,其原理如图6所示。   在物体的大小比起它距全息图面的距离小很多时,就得到夫琅和费全息图。再现时衍射波复振幅为物波复振幅的傅里叶变换。在这种条件下形成的全息图叫作夫琅和费全息图。   傅里叶全息图是夫琅和费全息图的一种,它是利用透镜把二维物体成像于无限远处(把物放于透镜的焦平面上),并使用相干的平面波作参考波,这相当于无限远的像与参考波干涉,就得到了傅里叶全息图。此外还有无透镜傅里叶全息图,分别见图7与图8。   计算全息图 一般全息图都是用光学方法制作的。但由于记录媒质的非线性而造成像的失真以及制造过程对技术条件的苛刻要求,使得光学全息图的质量和制作重复性存在不少问题。随着计算机技术的发展,人们开始利用计算机制作一个设想中的物体(无论多么复杂,在原则上都可以)的全息图──计算全息图。它的优点很多,如计算机可与灰阶绘图仪一起使用,特别是在计算全息中常常使用黑白全息图或称为二进位全息图,可使记录媒质的非线性影响降低到相当小程度;另外由于计算机和绘图仪的可靠性,使得计算全息图的重复质量得到了保证;此外对于光学上难以得到的复杂物体,利用计算机可根据其数学表达式作出全息图并得到再现像,从而可以把计算机当作广义的光学元件来使用。因此计算全息一出现就受到普遍重视,在诸如光学空间滤波、检验光学表面、三维计算机显示等方面都获得越来越多的应用。   计算全息图的制作主要包括两个步骤:第一步是计算,利用设想物的数学模型计算出该物波与相干的参考波在全息图面上叠加后的光强分布。这一步也可以不用参考波,不用参考波计算出来的是物波的分布。第二步是绘图,把计算机算出的全息图的复振幅透过率分布用绘图仪绘出,经光学微缩或直接由电子计算机控制电子束绘图机进行绘制,就得到计算全息图。   彩虹全息 彩虹全息术最初是由S.A.本顿提出的。它是用激光记录全息图,用白光透射再现。根据人眼是水平排列的特点,成像只有在水平方向有视差效应。彩虹全息保留了水平方向的物体信息,牺牲垂直方向的物体信息,从而可以降低对照明光源的时间相干性的要求。它将不同波长的光沿着垂直方向色散开来,在不同的高度可以看到不同颜色的假彩色立体再现像。   彩虹全息的衍射光有会聚性能,再现像的亮度较高。采用白光照明光源,可以避免相干散斑纹效应引起的噪声影响。   彩虹全息图是在物体实像附近记录的。根据产生实像的方法不同可分为一步法彩虹全息术和二步法彩虹全息术。二步法彩虹全息术的实像是由作为母片的一般全息图产生的。一步法彩虹全息术的实像是由成像透镜产生的。图9是一步法彩虹全息术的记录光路图。物体通过狭缝经透镜成像。参考光在狭缝的上方(或下方)斜射到干板上。再现时,白光点光源位于记录时参考光源的位置。白光被色散从而将狭缝像成在不同的垂直位置。眼睛在不同高度就看到不同颜色的像。眼睛在水平观察范围内移动,可以看到再现像的立体效果。   全息术的应用 伽柏发明全息术不久,就指出它的三个方面的应用前景即全息干涉量度术、全息光学元件和全息信息存储。随着激光器的问世,这三方面都获得了不同程度的实用化。后来又扩展到全息立体显示、全息变换、特征识别等方面。目前全息术在科技、文化、工业、农业、医药、艺术、商业等领域都获得了一定程度的应用。但是由于种种技术原因,最有效的应用仍是全息干涉量度术和全息光学元件。
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