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全息照相简介

全息照相简介. 制作者： 赣南师范学院物理与电子信息学院 ： 王形华. 第六章 全息照相简介. §0 序

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全息照相简介

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Presentation Transcript

  1. 全息照相简介 制作者： 赣南师范学院物理与电子信息学院： 王形华

  2. 第六章 全息照相简介 §0 序 全息照相原理首先由伦敦大学的丹尼斯·伽伯（D．Gabor）在1948年为了提高电子显微镜的分辩本领而提出的。在五十年代里这方面工作的进展一直相当缓慢。1960年以后出现了激光，它的高度相干性和大强度为全息照相提供了十分理想的光源，从此以后全息技术的研究进入了一个新阶段，相继出现了多种全息方法，不断开辟了全息应用的许多新领域。最近几十年全息技术的发展非常迅速，它已成为科学技术的一个新领域。伽伯也因此而获得1971年度的诺贝尔物理学奖。

  3. §1、全息照相的过程和特点 一、全息照相 装置示意图 （见图1-1）

  4. 二、全息照相的过程 全息照相分为两步：全息记录与再现 1、全息记录：参考光束（R）（可以是平面波也可以是球面光波）与物光束（O）相干迭加，在记录介质上形成干涉条纹——全息图，包括了全部光信息：振幅和位相，即波前的全息记录。

  5. 2、波前再现： （1）全息底片记录的是一张干涉花样图，用肉眼直接观察全息底片，它是一张灰蒙蒙的片子。 （2）用一束与参考光束（R）的波长和传播方向完全相同的光束——照明光束Rˊ，照射全息图，则用眼睛可以观察到一幅非常逼真的原物形象。当移动眼睛，从不同角度观察时，就好象是面对原物一样，看到客观存它的不同侧面甚至在某个角度上被物遮住的东西也可以在另一角度上看到它——立体图。

  6. （3）若挡住全息图的一部分，这时再现时物体形象仍然是完整的，即使其碎了，拿来其中的一片，仍然可使整个原物再现。（3）若挡住全息图的一部分，这时再现时物体形象仍然是完整的，即使其碎了，拿来其中的一片，仍然可使整个原物再现。 全息图——复杂光栅——复杂的衍射图

  7. 三、特点（与普通照相机相比） 1、普通照相：以几何光学规律为基础，仅记录物各点的光强，物像之间点点对应，是二维平面图像，对光源无特别要求，一般光源即可。 2、全息照相：以干涉衍射波动光学规律为基础，记录物各点的全部信息（振幅、位相），物像之间点面对应，是立体图，要求参考光束与各物点的光束是相干的，一般采用激光光源。

  8. §2、全息照相的原理 一、惠更斯—菲涅耳原理的实质——无源空间边值定解 1、惠更斯——菲涅耳原理： P：场点任意一点 Q：波前上任意一点 θ0、θ源点S和场点P 相对次波面元（Q点处）的方位角。

  9. 2、实质：被波前Σ隔开的那部分无源的场空间里，任一点P的振动，由波前上的分布唯一地确定——无源空间的边值定解问题。2、实质：被波前Σ隔开的那部分无源的场空间里，任一点P的振动，由波前上的分布唯一地确定——无源空间的边值定解问题。 （1）一旦波前发生改变，即边值条件有了改变，则无源空间的光场有一个重新分布，这就是衍射的本质。 （2）一旦波前出现，即使原物不存在，根据边值定解的唯一性，无源空间中的光场也就再现，这就是说，光场中一切观测的效果将会如同实物存在时那样逼真。 （波前再现的深刻含义）

  10. 二、波前的全息记录 1、全息记录就是要记录波前上光波的全部信息。 照明波经物体反向和透射后，变成复杂的波场，这种波场可以看成是以物体上各点为中心的大量球面波的迭加，它可以用一个复变函数来描述。 U0(Q)=ΣUn(Q)=A0（Q）exp[iφ(Q)] 其中U0包含了振幅A0和位相φ两部分。 2、记录波前的办法靠干涉。 ～ ～ n ～

  11. 3、数学理论分析 透过率函数、反射率函数、屏函数 ～ ～ ～ t = U2(x、y) / U1(x、y) U1(x、y) U2(x、y) U(x ´、y ´) 衍射屏 （x、y） （x´、y ´）

  12. ～ ～ 物光波O: U0参考光波R:UR 二者相干迭加，波前上强度分布为： ～ ～ 即光强包含了物光波U0及其共轭波 U0 的全部信息。记录介质放在波前Σ的位置上进行曝光，把干涉条纹拍摄下来进行线性冲洗，就得到一张全息图。 ﹡

  13. 全息图的透过率函数与曝光时的强度成线性关系全息图的透过率函数与曝光时的强度成线性关系 对于负片β＜0、对于正片β＞0 上式表明：通过干涉曝光和线性冲洗后，确实把物光波前U0及其共轭波U0 的全部信息记录下来了。 ～ ～ ﹡

  14. 三、物光波前的再现 1、用一束光波Rˊ（照明光波）照到全息底片上，设入射的照明波波前为 UR ˊ 。 则全息图输出的透射波前为： ～ 1 2 3

  15. ～ ～ 2、各项含义分析 （1）第一项与照明波前URˊ具有相同的位相因子，只相差一个常数因子，它们代表照明波前URˊ按几何光学直线前进的透射波，称为0级波。 （2）第二项正比于物光波前U0，称为+1级波，它是发散波，在拍摄的原位置形成物体的虚像。 （3）第三项正比于它的共轭波U0﹡ ，称为－1级波，它是会聚波，在与原物对称的位置上形成实像。 全息图的衍射场中有三列波：照明光照直前进的几何光学透射击波（0级波）和产生一对孪生虚、实像的±1级衍射波。这个特点是带有普遍意义的。（见图2－4） ～ ～

  16. 小结 1、全息照相过程分全息记录和波前再现两步。 2、全息记录依据的是干涉原理，物光波与参考光波相干迭加而产生了干涉条纹，干涉条纹的反衬度记录了物光波前的振幅分布，干涉条纹的几何特征（包括形状、间距、位置）记录了物光波前的位相分布。即全息图上的强度分布记录了物光波的全部信息——振幅分布和位相分布。

  17. 3、波前再现的过程是光的衍射过程，照明光波经全息图衍射击后出现一个复杂的光波场。在干涉底片作线性处理的条件下，全息图的衍射场总含有三种主要成分，即物光波的再现（+1级波），物光波的共轭波（-1级波）。照明光波的照直前进波（0级波）。3、波前再现的过程是光的衍射过程，照明光波经全息图衍射击后出现一个复杂的光波场。在干涉底片作线性处理的条件下，全息图的衍射场总含有三种主要成分，即物光波的再现（+1级波），物光波的共轭波（-1级波）。照明光波的照直前进波（0级波）。 4、无源空间边值定解是惠更斯-菲涅耳原理的实质，它是理解全息图衍射波引起观测效果的理论基础。

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