第16讲计算全息以及全息的应用精选PPT.ppt

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1、第第16讲计算全息以讲计算全息以及全息的应用及全息的应用第1页，此课件共15页哦计计算全息算全息计计算算全全息息将将计计算算机机技技术术与与光光全全息息术术结结合合起起来来，可可以以实实现现光光学学全全息息术术无无法法实实现现或难以实现的某些特殊功能。或难以实现的某些特殊功能。光光全全息息术术是是利利用用光光的的干干涉涉原原理理，借借助助于于参参考考光光将将物物光光波波的的复复振振幅幅记记录录在在感光材料上，能够实现这种记录的必要条件是物体的真实存在感光材料上，能够实现这种记录的必要条件是物体的真实存在很很多多实实际际应应用用中中理理想想的的“物物体体”是是很很难难制制作作，例例如如，用用于于

2、检检测测光光学学元元件件加加工工质质量的标准件，用于光学信息处理的空间滤波器，用于数据存储系统的相移器，量的标准件，用于光学信息处理的空间滤波器，用于数据存储系统的相移器，计计算算全全息息发发展展极极其其迅迅速速，已已成成功功地地应应用用在在三三维维显显示示、空空间间滤滤波波、光光学学信信息息存存储储和和激光扫描等诸多方面激光扫描等诸多方面第2页，此课件共15页哦计算全息图的制作计算全息图的制作计算全息图的计算机制作分为四步：计算全息图的计算机制作分为四步：对物光信息的采集：对于实际存在的物体，可利用扫描仪或数字摄像机进行数据对物光信息的采集：对于实际存在的物体，可利用扫描仪或数字摄像机进行数

3、据采集。而对于那些实际不存在的物体，可将其函数形式直接从键盘输入计算机采集。而对于那些实际不存在的物体，可将其函数形式直接从键盘输入计算机 处理：用抽样定理将物函数离散化，取抽样单元数不超过物的空间处理：用抽样定理将物函数离散化，取抽样单元数不超过物的空间带宽积，对物函数做某种变换到达全息图带宽积，对物函数做某种变换到达全息图编码：（两种途径）干涉的计算机仿真和迂回位相法编码：（两种途径）干涉的计算机仿真和迂回位相法 存储：用计算机绘图仪直接画在纸上，然后用精密照相翻拍在照相存储：用计算机绘图仪直接画在纸上，然后用精密照相翻拍在照相底片上，适当放大或缩小到合适的尺寸底片上，适当放大或缩小到合适

4、的尺寸 第3页，此课件共15页哦物信息的采集物信息的采集 物物光光信信息息的的采采集集是是指指确确定定物物光光信信息息的的函函数数形形式式，一一般般表表现现为为复复振振幅幅透射率函数（或反射率函数）透射率函数（或反射率函数）对于实际存在的物体，可利用扫描仪或数字摄像机进行数据采集对于实际存在的物体，可利用扫描仪或数字摄像机进行数据采集对于那些实际不存在的物体，可将其函数形式直接从键盘输入计算机对于那些实际不存在的物体，可将其函数形式直接从键盘输入计算机物物函函数数需需要要离离散散化化，一一般般取取抽抽样样单单元元数数不不超超过过物物的的空空间间带带宽宽积积，即即满满足足关系式关系式 M MN

5、N x xy yf fx xf f 式式中中M M、N N分分别别为为X X方方向向和和Y Y方方向向的的抽抽样样单单元元数数，x x和和y y为为物物体体的的空空间间宽宽度，度，f fx x和和f fy y为物的频带宽度为物的频带宽度第4页，此课件共15页哦物信息的处理物信息的处理 光光波波从从物物到到全全息息图图，必必然然经经过过一一个个传传播播过过程程，而而到到达达全全息息图图的的光光场场复复振振幅幅函函数数必必然然对对应应于于物物函函数数的的某某种种变变换换，物物信信息息的的处处理理是是指指由由计计算算机机完完成成物物函函数数的的这这种种变变换换，对对于于不不同同的的全全息息图图，变变

6、换换的的内内容容是是不不同的同的对对于于傅傅里里叶叶变变换换全全息息图图，必必须须使使用用计计算算机机完完成成物物函函数数的的傅傅里里叶叶变变换换，得得到到全全息图平面的光场复振幅函数，计算全息多采用傅里叶变换全息图息图平面的光场复振幅函数，计算全息多采用傅里叶变换全息图对对于于菲菲涅涅耳耳全全息息图图，须须计计算算物物函函数数经经菲菲涅涅耳耳衍衍射射到到达达全全息息图图的的函函数数分布分布像像全全息息到到达达全全息息图图平平面面的的是是物物体体的的几几何何像像，只只需需由由计计算算机机完完成成物物函函数数的的坐坐标标缩缩放放变换与抽样变换与抽样全息图平面上函数的抽样数不得少于物函数的抽样数全

7、息图平面上函数的抽样数不得少于物函数的抽样数 第5页，此课件共15页哦信息的编码信息的编码 到达全息图的物光波通常呈现为复数形式，包括振幅信息和位相信息到达全息图的物光波通常呈现为复数形式，包括振幅信息和位相信息计算全息在计算全息在“锁定锁定”位相信息方面可以通过两种途径位相信息方面可以通过两种途径一一种种途途径径是是对对光光全全息息术术的的计计算算机机仿仿真真，用用计计算算机机算算出出全全息息图图上上参参考考光光波波与与物物光光波波的的干干涉涉条条纹纹分分布布函函数数，这这种种编编码码方方式式称称为为干干涉涉型型编编码码方方式式，用用这这种种方方法法制作的全息图称为干涉型计算全息图。制作的全

8、息图称为干涉型计算全息图。另一种编码方式是计算全息所特有的，称为迂回位相法。另一种编码方式是计算全息所特有的，称为迂回位相法。第6页，此课件共15页哦迂回位相信息编码方法迂回位相信息编码方法 迂回位相迂回位相用全息图上两个独立的参量来编码物函数的振幅和位相用全息图上两个独立的参量来编码物函数的振幅和位相由于这两个独立参量均为非负的实数，因而可用一般的记录介质记录。由于这两个独立参量均为非负的实数，因而可用一般的记录介质记录。这这种种方方法法是是在在一一个个抽抽样样单单元元内内用用一一个个长长方方形形透透明明孔孔来来反反映映物物函函数数在在这这一一点点的的值值。孔孔的的宽宽度度B Bmnmn是是

9、一一个个常常量量，令令其其高高度度H Hmnmn与与物物函函数数归归一一化化振振幅幅成正比，孔的中心点离抽样点的距离成正比，孔的中心点离抽样点的距离 d dmnmn与其位相成比例。与其位相成比例。设物波函数在第（设物波函数在第（m m，n n）个抽样点的表达式为：）个抽样点的表达式为：O Omnmn=A=Amnmnexpexpj jmnmn 式式中中mnmn分分别别表表示示X X、Y Y方方向向的的抽抽样样序序号号，A Amnmn是是物物波波的的归归一一化化振振幅幅（即即以物的最大振幅值对其它值进行归一）以物的最大振幅值对其它值进行归一）mnmn为物波在该抽样点的位相。为物波在该抽样点的位相。

10、第7页，此课件共15页哦编码公式和抽样单元示意图编码公式和抽样单元示意图 迂回位相编码示意图：迂回位相编码示意图：编码公式：编码公式：图中图中mxmx0 0，nyny0 0表示抽样单元的中心位置表示抽样单元的中心位置 第8页，此课件共15页哦信息的存储信息的存储 计算全息图通常都用光学方法实现波前重现，因而存储手段必须与计算全息图通常都用光学方法实现波前重现，因而存储手段必须与此相适应此相适应信息存储的方法有多种，最普遍的一种是用计算机绘图仪将计算机信息存储的方法有多种，最普遍的一种是用计算机绘图仪将计算机处理的结果直接画在纸上，然后用精密照相拍制在照相底片上，适处理的结果直接画在纸上，然后用

11、精密照相拍制在照相底片上，适当放大或缩小到合适的尺寸，制成实用的全息图当放大或缩小到合适的尺寸，制成实用的全息图还可用图形发生器、光绘仪、显微密度仪、激光光束扫描记录装置等来还可用图形发生器、光绘仪、显微密度仪、激光光束扫描记录装置等来制作振幅型计算全息图制作振幅型计算全息图对于浮雕型位相计算全息图（如相息图），由于只记录物的位相信对于浮雕型位相计算全息图（如相息图），由于只记录物的位相信息，因此还必须用光刻机、离子束刻蚀机或电子束刻蚀机等制作息，因此还必须用光刻机、离子束刻蚀机或电子束刻蚀机等制作 第9页，此课件共15页哦计算全息图的再现计算全息图的再现计算全息图的再现方法是根据全息图类型来

12、确定的计算全息图的再现方法是根据全息图类型来确定的用干涉编码法制作的傅里叶变换全息图，可以用下图所示的光学系统来用干涉编码法制作的傅里叶变换全息图，可以用下图所示的光学系统来再现。用置于处的点光源通过透镜再现。用置于处的点光源通过透镜L L1 1生成平行光，照明透镜生成平行光，照明透镜L L2 2前焦面上的前焦面上的计算全息图计算全息图H H，在透镜，在透镜L L2 2后焦面处光轴上观察再现像后焦面处光轴上观察再现像 第10页，此课件共15页哦迂回位相编码计算全息图的再现迂回位相编码计算全息图的再现对于用迂回编码法制作的全息图，再现时，用衍射角度保证在一个对于用迂回编码法制作的全息图，再现时，

13、用衍射角度保证在一个抽样单元内获得从抽样单元内获得从0 0到到2 2变化的位相差。变化的位相差。因为透镜前后焦面是傅里叶变换关系，前焦面上对中心的偏离在后焦面上表现为因为透镜前后焦面是傅里叶变换关系，前焦面上对中心的偏离在后焦面上表现为波面位相的变化。这就是迂回位相编码的物理基础。波面位相的变化。这就是迂回位相编码的物理基础。第11页，此课件共15页哦计算全息术的应用（计算全息术的应用（1 1）1 1、三维图象显示：、三维图象显示：计计算算全全息息可可对对那那些些能能方方便便地地用用数数字字描描述述但但却却难难以以实实际际制制作作的的物物体体进进行行三三维显示维显示2 2、计算全息元件：用于校

14、正普通全息元件像差用的像差校正器、计算全息元件：用于校正普通全息元件像差用的像差校正器用于激光扫描器，可实现多束光同时高速扫描用于激光扫描器，可实现多束光同时高速扫描用于数据存储中进行编码的相移器用于数据存储中进行编码的相移器功能特殊的全息透镜功能特殊的全息透镜第12页，此课件共15页哦计算全息术的应用（计算全息术的应用（2 2）3 3光学检测：光学检测：计算全息制作标准波面精度很高计算全息制作标准波面精度很高 4 4光光学学信信息息处处理理中中的的各各种种空空间滤波器间滤波器：用于图象消模糊的逆滤波器用于图象消模糊的逆滤波器 用于像边缘增强或图象加减的用于像边缘增强或图象加减的微分滤波器微分

15、滤波器 图象处理的各种带通滤波器等图象处理的各种带通滤波器等等等第13页，此课件共15页哦全息技术的应用全息技术的应用全息显示全息显示（Holographic display)全息干涉计量全息干涉计量(Holographic interferometer)全息光学元件全息光学元件(Holographic optical elements)全息信息存储全息信息存储(Holographic information storage)全息信息处理全息信息处理(Holographic information processing)全息显微术全息显微术(Holographic microscopy)第14页，此课件共15页哦IO2科技发明了世界第一台交互式3D全息显示器。这个被IO2叫作HelioDisplay，用激光勾画出3D显示图案。这种在科幻小说才能看到的东西还可以用手指直接控制它，看来鼠标的末日终于来了。只是显器的效果的确还不能令人折服，但是产品本身是很有潜力的。IO2科技已经正式验收了这个产品，而且准备试发售该产品。价格嘛，就不知道了，反正应该不是常人想像的吧。第15页，此课件共15页哦