全息照相基本原理讲解ppt课件.ppt

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1、资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值光学全息光学全息全息照相概述全息照相概述全息照相原理全息照相原理是是19481948年年Dennis Gabor Dennis Gabor 为了提高为了提高电子显微镜的分辨本领而提出的。电子显微镜的分辨本领而提出的。“全息全息”是是指物体发出的光波的全部信息：既包括振幅或指物体发出的光波的全部信息：既包括振幅或强度，也包括相位。强度，也包括相位。普通照相技术普通照相技术是利用了光能引起感光乳胶发生是利用了光能引起感光乳胶发生化学变化的原理，变化的强度随入射光强的增化学变化

2、的原理，变化的强度随入射光强的增大而增大。普通照相使用透镜成像原理，底片大而增大。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，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。即由入射光波的强度决定。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值 人眼能够识别物体的三维立体图象，是借助物人眼能够识别物体的三维立体图象，是借助物光波的主要特征参量光波的主

3、要特征参量振幅、波长和相位对人体振幅、波长和相位对人体视觉的作用。视觉的作用。光波的光波的振幅振幅反映了光的反映了光的强弱强弱，给人眼以物体，给人眼以物体明暗明暗的感觉；的感觉；光波的光波的波长波长反映了光波的反映了光波的频率频率，给人眼以，给人眼以色彩色彩的感觉；的感觉；光波的光波的相位相位反映了光波反映了光波等相位面的形状等相位面的形状，给人以，给人以立体立体的感觉。的感觉。.1 全息照相的原理全息照相的原理 (Principle of holography)资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值一一一一

4、.全息照相如何记录物光波的振幅和相位？全息照相如何记录物光波的振幅和相位？全息照相如何记录物光波的振幅和相位？全息照相如何记录物光波的振幅和相位？一般情况下，当两束相干光的位相相同时，合成光源的振动（相应的光一般情况下，当两束相干光的位相相同时，合成光源的振动（相应的光强）就增强，反之，光波的振动就减弱。强）就增强，反之，光波的振动就减弱。而光的位相是随位置变化的，因此，光波的振动增强和减弱也随位置而变化。而光的位相是随位置变化的，因此，光波的振动增强和减弱也随位置而变化。这样，在两束光的交叠处就产生强弱相间的干涉条纹。条纹的分布情况反映这样，在两束光的交叠处就产生强弱相间的干涉条纹。条纹的分

5、布情况反映了合成光波的位相在不同位置的变化情况。了合成光波的位相在不同位置的变化情况。因此，利用两束光的干涉所产生的干涉条纹可以有效地把位相的变化情况记因此，利用两束光的干涉所产生的干涉条纹可以有效地把位相的变化情况记录下来，全息摄影就是利用光的干涉把景物散射光波以干涉条纹的形式，即录下来，全息摄影就是利用光的干涉把景物散射光波以干涉条纹的形式，即把光波的振幅和位相记录在感光材料上，也就是说，把物体的全部信息都记把光波的振幅和位相记录在感光材料上，也就是说，把物体的全部信息都记录下来，因而具有获得立体图像的许多优点。录下来，因而具有获得立体图像的许多优点。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变

6、化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值 利用利用干涉干涉和和衍射衍射原理，将物光波的特征参量原理，将物光波的特征参量振幅和相位以振幅和相位以干涉条纹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。原物体逼真的立体图象。全息照相的过程分两步：全息记录和全息再现。全息照相的过程分两步：全息记录和全息再现。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值二二.全息照相的过程全息照相的过程拍摄全息照

7、片的基本光路拍摄全息照片的基本光路大致如图。大致如图。一激光光源（波长为一激光光源（波长为 ）的光分成两部分：直接）的光分成两部分：直接照射到底片上的叫参考光；照射到底片上的叫参考光；另一部分经物体表面散射另一部分经物体表面散射的光也照射到照相底片，的光也照射到照相底片，称为物光。参考光和物光称为物光。参考光和物光在底片上各处相遇时将发在底片上各处相遇时将发生干涉，底片记录的即是生干涉，底片记录的即是各干涉条纹叠加后的图像。各干涉条纹叠加后的图像。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值关于强度：显然参考关于强

8、度：显然参考光各处的强度是一样光各处的强度是一样的，但由于物体表面的，但由于物体表面的反射率不同，所以的反射率不同，所以物光的强度各处不同。物光的强度各处不同。因此，参考光和物光因此，参考光和物光叠加干涉时形成的干叠加干涉时形成的干涉条纹各处浓淡也就涉条纹各处浓淡也就不同。不同。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值二二二二.全息照相的过程全息照相的过程全息照相的过程全息照相的过程（一）记录（一）记录物光波的记录过程是一个光波的干涉过程。物光波的记录过程是一个光波的干涉过程。如图，设记录平面为如图，设记录平面

9、为xy平面，平面，该平面上物光波的复振幅分布为：该平面上物光波的复振幅分布为：参考光波在记录平面上的复振幅分布为：参考光波在记录平面上的复振幅分布为：两相干光波在记录平面上的合光场的复振幅分布为：两相干光波在记录平面上的合光场的复振幅分布为：资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值所以，合光场的光强分布为：所以，合光场的光强分布为：123第第1项项是物光波在记录平面上造成的强度分布，它不均匀，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。但实验上一般让它比参考光波弱很多。第第2

10、项项是参考光波在记录平面上造成的强度分布，因为一般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。常数，即光斑均匀。第第3项项是物光波和参考光波的交叉项。它是物光与参考光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。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！用记录介质将它们记录下来，就是一张全息图！资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有

11、资金的时间价值记录介质记录介质记录介质一般使用记录介质一般使用 全息干板全息干板全息干板全息干板。玻璃基板上涂敷卤化银乳胶，乳胶的颗粒很小，密度大，玻璃基板上涂敷卤化银乳胶，乳胶的颗粒很小，密度大，保证干板的高分辨率。保证干板的高分辨率。全息干板的作用相当于一个全息干板的作用相当于一个线性变换器线性变换器。它将曝光期间。它将曝光期间的入射光强线性地变换为显影后负片的振幅透过率。如的入射光强线性地变换为显影后负片的振幅透过率。如图：图：必须将曝光量变化范围控制在必须将曝光量变化范围控制在t-E曲线的线性段内。曲线的线性段内。全息图的复振幅透过率可以记为：全息图的复振幅透过率可以记为：-未曝光时的

12、干板透过率。未曝光时的干板透过率。-t-E曲线上直线部分的斜率，称为全息感光度。曲线上直线部分的斜率，称为全息感光度。-曝光时间曝光时间资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值假定参考光在整个记录表面上是均匀的，有假定参考光在整个记录表面上是均匀的，有其中其中tb表示均匀偏置透过率。表示均匀偏置透过率。曝光后的干板经过显影、定影处理后，就得到全息照曝光后的干板经过显影、定影处理后，就得到全息照片。全息照片呈现出来的是干涉条纹，不是物体的像。片。全息照片呈现出来的是干涉条纹，不是物体的像。资金是运动的价值，资金的

13、价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值（二）再现（二）再现观察全息照片的观察全息照片的光路如图：光路如图：资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值设用复振幅分布为设用复振幅分布为 的相干光束作为参考光，的相干光束作为参考光，部分入射光束透过干板产生衍射，绝大部分光被乳胶吸收，部分入射光束透过干板产生衍射，绝大部分光被乳胶吸收，少部分被反射。少部分被反射。将合光强的分布表达式代入，有将合光强的分布表达式代入，有此式表示了全息照相再现过程的基本方程。此式

14、表示了全息照相再现过程的基本方程。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值下面分析再现过程：下面分析再现过程：再现照明光束采用原相干参考光束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：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：代表再现照明光束经过全息照片后的透射波，透射率为息照片后的透射波，透射率为tb，即全息图再现中的零级衍射，即全息图再现中的零级衍射波。波。u2：由于：由于A02是物光波振幅的平是物光波振幅的平方，即物光波在干板上的光强方，即物光波在干板上的光强分布，它在

15、全息图上呈现一种分布，它在全息图上呈现一种“散斑散斑”的图象，称为散斑衍的图象，称为散斑衍射晕。射晕。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值u3：代表了：代表了 级衍射光波，级衍射光波，与原物光波相比，它多了与原物光波相比，它多了 这个常系数，因而这个常系数，因而u3与原物光波与原物光波具有相同的相位，而振幅仅相差具有相同的相位，而振幅仅相差一个常数。一个常数。u3这一项准确再现了原物光这一项准确再现了原物光波的信息，它给人体的视觉波的信息，它给人体的视觉与物光波完全相同，其反向与物光波完全相同，其反向延长线

16、构成原物的虚象。延长线构成原物的虚象。u4：代表了：代表了-1级的衍射波，级的衍射波，而原物光波而原物光波u4与原物光波的相位信息相差一个负号，表明再现物光波与原物光波的相位信息相差一个负号，表明再现物光波与原物光波共轭。对于波面而言，如果原物光波发散，则与原物光波共轭。对于波面而言，如果原物光波发散，则再现物光波是会聚的，它将构成一个实赝像。再现物光波是会聚的，它将构成一个实赝像。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值

17、的这部分资金就是原有资金的时间价值全息图什锦英女王的全息照片英女王的全息照片 资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值6.2 同轴全息与离轴全息同轴全息与离轴全息 一一.同轴全息图同轴全息图1.记录光路记录光路被拍摄的物体：必须高度透明，如幻灯片、照相负片等被拍摄的物体：必须高度透明，如幻灯片、照相负片等.当这样一个物体被准直相干光源照明时，透射光由两部分组成：当这样一个物体被准直相干光源

18、照明时，透射光由两部分组成：（1）由）由t0 项透过的一个强而均匀的平面波；项透过的一个强而均匀的平面波；（2）由透射率变化）由透射率变化 形成弱的散射波。形成弱的散射波。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值用公式可以表示为：用公式可以表示为：平均透射率，相平均透射率，相当于参考光，即当于参考光，即上图的上图的直接透射直接透射波波。表示在平均透射率上下的表示在平均透射率上下的变化，相当于物光波，即变化，相当于物光波，即图中的图中的衍射波衍射波。条件：条件：资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是

19、时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值在线性记录条件下，所得到的全息图的振幅透过率为：在线性记录条件下，所得到的全息图的振幅透过率为：全息干板记录下来后，经过显影、定影，即得到全息图！全息干板记录下来后，经过显影、定影，即得到全息图！投射到离物体距离为投射到离物体距离为z0处的照相底片上的光强为：处的照相底片上的光强为：注：因为注：因为R具有均匀性，因此用具有均匀性，因此用R表示参考光即可，不写表示参考光即可，不写R(x,y)。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.再现光

20、路再现光路用振幅为用振幅为C的平面波垂直入射全息图，则透射光场为：的平面波垂直入射全息图，则透射光场为：资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值U1是直接通过透明底片的平面波，它受到均匀衰减而未受散射；是直接通过透明底片的平面波，它受到均匀衰减而未受散射；U3表示正比于原始散射波表示正比于原始散射波 ，看起来是从原始物体的一个虚象发，看起来是从原始物体的一个虚象发出的，如图所示。出的，如图所示。U4正比于正比于O*(x,y)，它将形成一个实象，位于透明底片和虚象相反的另，它将形成一个实象，位于透明底片和虚象相反

21、的另一面，离底片的距离为一面，离底片的距离为z0。结论：结论：同轴全息图同时产生物体透射率变化同轴全息图同时产生物体透射率变化 的实象和虚象，两个像的中心都在全息图的轴上。我的实象和虚象，两个像的中心都在全息图的轴上。我们将这两个像称为孪生像。它们相隔距离为们将这两个像称为孪生像。它们相隔距离为2z0，并，并且有一个相干背景伴随出现。且有一个相干背景伴随出现。U2可忽略不计，因为有可忽略不计，因为有 ，意味着物光比参考光弱得多；，意味着物光比参考光弱得多；资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值3.同轴全息图的

22、局限性同轴全息图的局限性（1）最大的局限是这种全息图要求被拍摄物体的透明）最大的局限是这种全息图要求被拍摄物体的透明度很高，因此，用一张同轴全息图，只能对透明的背景度很高，因此，用一张同轴全息图，只能对透明的背景上的不透明字母这样的物体实现再现。上的不透明字母这样的物体实现再现。透明的背景上的不透明字母透明的背景上的不透明字母不透明背景上的透明字母不透明背景上的透明字母（2）产生不可分离的孪生像。当对实像聚焦时，总是伴）产生不可分离的孪生像。当对实像聚焦时，总是伴随一个离焦的虚像；同样，对虚像聚焦时，总是伴随一随一个离焦的虚像；同样，对虚像聚焦时，总是伴随一个离焦的实像。个离焦的实像。（3）直

23、接透过透明片的平面波，大大降低了像的反衬度。）直接透过透明片的平面波，大大降低了像的反衬度。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值二二.离轴全息图离轴全息图1.记录光路记录光路由美国的利思、乌帕特立克斯首先提出。由美国的利思、乌帕特立克斯首先提出。准直光束一部分直接照射到物体上，物体的透过率为准直光束一部分直接照射到物体上，物体的透过率为 ；另一部分照射到物体上方的棱镜，以倾角另一部分照射到物体上方的棱镜，以倾角 偏折到全息底片上。偏折到全息底片上。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函

24、数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值全息底片上光照的复振幅分布为物光和参考光的叠加，即全息底片上光照的复振幅分布为物光和参考光的叠加，即物光波参考光波其中参考光波的空间频率为其中参考光波的空间频率为因此，底片上的强度分布为因此，底片上的强度分布为把把O(x,y)表示为振幅和相位分布表示为振幅和相位分布则有则有资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值满足线性记录条件下，得到的全息图的复振幅透过率为满足线性记录条件下，得到的全息图的复振幅透过率为经过显影、定影后，得到全息图！经过显影、定

25、影后，得到全息图！2.再现光路再现光路资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值把一束振幅为把一束振幅为C的均匀平面波垂直入射到全息图，如图示，透射光场为的均匀平面波垂直入射到全息图，如图示，透射光场为U1代表一个沿透明底片轴传播的平面波，是直接透射光；代表一个沿透明底片轴传播的平面波，是直接透射光；U2是空间变化的一个光锥，主要能量靠近底片轴；是空间变化的一个光锥，主要能量靠近底片轴；U3正比于原物的波前，意味着该项将形成物体的一个虚象；正比于原物的波前，意味着该项将形成物体的一个虚象；U4正比于原物波前的共轭

26、，意味着在底片的另一侧形成物体的一个正比于原物波前的共轭，意味着在底片的另一侧形成物体的一个实象。实象。意味着虚象偏离轴一意味着虚象偏离轴一个角度个角度 。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值3.离轴全息的优点离轴全息的优点 由于采用了具有一偏角的参考光束，所以再现原由于采用了具有一偏角的参考光束，所以再现原物时，物时，O和和O*有不同的传播方向，使得虚像、实像在方有不同的传播方向，使得虚像、实像在方向上相互偏离，并且还与向上相互偏离，并且还与U1、U2分开。分开。要成功地分离实像和虚像，必须选择合适的参考

27、角要成功地分离实像和虚像，必须选择合适的参考角 ，使，使资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值4.孪生像完全分离的条件孪生像完全分离的条件不考虑全息图本身的有限孔径。不考虑全息图本身的有限孔径。再现光波采用最简单的单位振幅平面光波垂直入射，即再现光波采用最简单的单位振幅平面光波垂直入射，即C=1，有，有资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值假设物体的最高空间频率为假设物体的最高空间频率为B周周/mm，于是频谱，于是频谱G0如

28、图所示。如图所示。条件：条件：时，时，G3和和G4才不会与才不会与G1、G2重叠。重叠。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值 当参考光比物光强得多时，这个要求可以减弱一当参考光比物光强得多时，这个要求可以减弱一些。从物理上来看，些。从物理上来看，G2项是由物体上每一点和物体上项是由物体上每一点和物体上所有其他点的光干涉产生的，而所有其他点的光干涉产生的，而G3和和G4项都是参考光项都是参考光和物光的干涉所引起。当物光大大弱于参考光时，和物光的干涉所引起。当物光大大弱于参考光时，G2项比项比G1、G3和和G4

29、小得多，可以忽略不计。这时，最小小得多，可以忽略不计。这时，最小参考角只要使参考角只要使G3和和G4互相分离即可，即：互相分离即可，即：资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值推广的离轴全息光路装置推广的离轴全息光路装置资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值6.3 各种全息图各种全息图 一一.全息图的分类全息图的分类全息图的类型可以从不同的观点来分类，一般有以下六种分法：全息图的类型可以从不同的观点来分类，一般有以下六种分法：

30、1.按制作全息图的方法按制作全息图的方法光学记录全息图光学记录全息图采用在感光材料上记录参、物光波干采用在感光材料上记录参、物光波干涉条纹的方法；涉条纹的方法；计算机制作全息图计算机制作全息图先用计算机计算出全息图上抽样点先用计算机计算出全息图上抽样点参考光和物光叠加后的复振幅，然后用一种编码技术，用参考光和物光叠加后的复振幅，然后用一种编码技术，用计算机绘图仪绘制全息图，再用精密照相机缩小到应有的计算机绘图仪绘制全息图，再用精密照相机缩小到应有的尺寸。尺寸。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.按全息图

31、复振幅透射系数按全息图复振幅透射系数振幅型全息图振幅型全息图相位型全息图相位型全息图混合型全息图混合型全息图3.按全息图结构按全息图结构透射全息图透射全息图物光波和参考波自记录介质的同一侧入射。物光波和参考波自记录介质的同一侧入射。反射全息图反射全息图物光波和参考波自两侧入射在记录介质上。物光波和参考波自两侧入射在记录介质上。透射全息图透射全息图反射全息图反射全息图资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值4.按参考光波和物光波的主光线方向按参考光波和物光波的主光线方向同轴全息图同轴全息图离轴全息图离轴全息图5.

32、按物体衍射光场按物体衍射光场 通常全息记录过程中物体被光波照射，产生衍射光通常全息记录过程中物体被光波照射，产生衍射光波。衍射光场有三种类型：波。衍射光场有三种类型：索末菲全息图索末菲全息图菲涅耳全息图菲涅耳全息图夫琅和费全息图夫琅和费全息图资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值6.光纤全息术光纤全息术 利用光纤和光纤束作为传光和传输像的元件，利用光纤和光纤束作为传光和传输像的元件，拍摄全息图，叫做拍摄全息图，叫做光纤全息术光纤全息术。物物耦合器耦合器激光器激光器光纤透镜光纤透镜光纤光纤光纤束光纤束资金是运动

33、的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值二二.基元全息图基元全息图基元全息图基元全息图由单一物点发出的光波与参考光波干涉构成的全息图。由单一物点发出的光波与参考光波干涉构成的全息图。一般可以分为下列（一般可以分为下列（a）、（）、（b）、（）、（c）和（）和（d）四种情况：）四种情况：（a）平面波与平面波的干涉，形成的条）平面波与平面波的干涉，形成的条纹平行等间距，面间距与夹角有关；纹平行等间距，面间距与夹角有关；（b）平面波与发散球面波的干涉，形成的条）平面波与发散球面波的干涉，形成的条纹的峰值强度面是一族旋转抛物面；

34、纹的峰值强度面是一族旋转抛物面；资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值（c）两个发散球面波的干涉，峰值强度）两个发散球面波的干涉，峰值强度面是旋转双曲面，转轴为两个点光源的面是旋转双曲面，转轴为两个点光源的连线；连线；（d）一个发散球面波与一个会聚球面波）一个发散球面波与一个会聚球面波的干涉，峰值强度面是一族旋转椭圆面，的干涉，峰值强度面是一族旋转椭圆面，两个点光源的位置是旋转椭圆面的焦点。两个点光源的位置是旋转椭圆面的焦点。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，

35、其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值Page 235-236对记录介质分辨率的要求：对记录介质分辨率的要求：光栅的频率：光栅的频率：资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值物体可以看成是物体可以看成是点源的线性组合。点源的线性组合。下面讨论点源全息图：下面讨论点源全息图：1.记录记录物光物光 参考光参考光 均发出球面波。均发出球面波。由于全息干板由于全息干板H 放置在菲涅耳衍射区内，球面波可以近似描述，有放置在菲涅耳衍射区内，球面波可以近似描述，有H 平面上的物光波平面上的物光波参考光波参考光波资金是运动的

36、价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值所以，记录平面所以，记录平面H 上的复振幅分布为上的复振幅分布为光强光强全息图的透过率为全息图的透过率为资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.再现再现再现光波为球面波，波长为再现光波为球面波，波长为 ，如图：，如图：在再现光的照射下，透射光由在再现光的照射下，透射光由4项组成。项组成。其中最重要的是第其中最重要的是第3项和第项和第4项。项。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间

37、的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值上面两个式子，结构相似。二次项表示的是球面波的相位因子；上面两个式子，结构相似。二次项表示的是球面波的相位因子；一次项表示倾斜传播的平面波的相位因子。一次项表示倾斜传播的平面波的相位因子。上述表达式具有的标准形式为：上述表达式具有的标准形式为：资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值因此，可以写出像点的坐标：因此，可以写出像点的坐标：像的横向放大率：像的横向放大率：像的纵向放大率：像的纵向放大率：资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的

38、，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值3.几种特殊情况的讨论几种特殊情况的讨论 有了前面一般性的讨论，我们在解决实际问题时，可以将条件代有了前面一般性的讨论，我们在解决实际问题时，可以将条件代入，得到相应的结果，即计算出全息图成像的位置。入，得到相应的结果，即计算出全息图成像的位置。（1）再现光波是原参考光波，即）再现光波是原参考光波，即代入前面得到的像点坐标公式，有代入前面得到的像点坐标公式，有及当当 ，分量波，分量波U3产生物点的虚像；产生物点的虚像；，产生物点的实像。，产生物点的实像。分量波分量波U4产生物点的一个产生物点的一个虚像，位于物点处，是物

39、虚像，位于物点处，是物点的准确再现。点的准确再现。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值（2）再现光波是原参考光波的共轭，即）再现光波是原参考光波的共轭，即有有及及分量波分量波U3产生物点的实像，这个像点与物点关于全息图镜面对称。产生物点的实像，这个像点与物点关于全息图镜面对称。分量波分量波U4产生物点的虚像，也可以产生实像。产生物点的虚像，也可以产生实像。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值(3)参考光波和再现光波是沿参

40、考光波和再现光波是沿z轴传播的完全一样的平轴传播的完全一样的平面波，即面波，即则有则有 此时得到两个像点，一个实像，一个虚像，此时得到两个像点，一个实像，一个虚像，它们位于全息图的两侧，对称分布。它们位于全息图的两侧，对称分布。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值二二.傅立叶变换全息图傅立叶变换全息图 傅立叶变换全息图傅立叶变换全息图当记录介质接收到的光波场当记录介质接收到的光波场是物光波的傅立叶变换时，所记录下来的全息图称为傅是物光波的傅立叶变换时，所记录下来的全息图称为傅立叶变换全息图。立叶变换全息图。

41、1.记录记录设物光分布物光分布为 ，则其频谱其频谱为式中：空间频率式中：空间频率 ,是透镜焦距。是透镜焦距。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值参考光可以是平行光，也可以是点光源，这里以平行光为例。参考光可以是平行光，也可以是点光源，这里以平行光为例。产生平行光的点光源位置：产生平行光的点光源位置：位于物平面上点（0，-b）处。点光源的复振幅分布为：点光源的复振幅分布为：它在透镜的后焦平面上形成的频谱为：它在透镜的后焦平面上形成的频谱为：点光源资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，

42、随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值因此，后焦面上光场分布（即照射到全息底片上的光场）为：因此，后焦面上光场分布（即照射到全息底片上的光场）为：光强光强：全息图的复振幅透过率全息图的复振幅透过率为资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.再现再现用振幅为用振幅为C的平面波垂直照射全息图，得到透射光波的复振幅为：的平面波垂直照射全息图，得到透射光波的复振幅为：1、2项与物光再现没有直接关系；项与物光再现没有直接关系；第第3项：与物光项：与物光 的傅立叶频谱成正比；的傅立叶频谱成正比；第第

43、4项：与物光项：与物光 的傅立叶共轭频谱成正比。的傅立叶共轭频谱成正比。全息图资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值 因此，要得到物体的再现像，必须在全息图的后方放因此，要得到物体的再现像，必须在全息图的后方放置透镜，并且使全息图恰好放置在透镜的前焦平面上。置透镜，并且使全息图恰好放置在透镜的前焦平面上。推导后焦面上的光场分布：推导后焦面上的光场分布：全息图透镜再现像平面资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值计算结果：计算结

44、果：表示直接透射光经过透镜会聚在像表示直接透射光经过透镜会聚在像面中心产生的亮点；面中心产生的亮点；形成焦点附近的一种晕轮光；形成焦点附近的一种晕轮光；原始像的复振幅，中心位于反射坐标系原始像的复振幅，中心位于反射坐标系的的 处；处；共轭像的复振幅，中心位于反射坐标系共轭像的复振幅，中心位于反射坐标系的的 处；处；注意事项：注意事项：如果物体在如果物体在y方向的宽方向的宽度为度为wy，为了避免再现像与晕轮，为了避免再现像与晕轮光重叠，必须满足：光重叠，必须满足：EE资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值三三.

45、像全息图像全息图 像面全息图也是一种离轴全息图，它记录的是物像面全息图也是一种离轴全息图，它记录的是物体本身或物体成像的光场分布。一般来说，如果物体体本身或物体成像的光场分布。一般来说，如果物体靠近记录底片，不便于引入参考光。因此，通常采用靠近记录底片，不便于引入参考光。因此，通常采用成像方式产生像光波。成像方式产生像光波。1.记录方法记录方法（1）透镜成像法）透镜成像法资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值（2）二次记录全息图法）二次记录全息图法步骤步骤1.在全息底片在全息底片H1上记录物体的菲涅耳全息图；

46、上记录物体的菲涅耳全息图；步骤步骤2.利用共轭参考光照明利用共轭参考光照明H1，再现实像，将全息底，再现实像，将全息底片片H放在实像处记录像面全息图。放在实像处记录像面全息图。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值像面全息的主要特点：像面全息的主要特点：可以利用扩展的白光光源照明再现。可以利用扩展的白光光源照明再现。主要应用：主要应用：全息显示。全息显示。为什么像面全息图可以用白光来观察？为什么像面全息图可以用白光来观察？普通的全息图，记录的是离轴部分的波带片，由于普通的全息图，记录的是离轴部分的波带片，由于

47、条纹间隔小，白光中各种不同的波长会造成高色散，从条纹间隔小，白光中各种不同的波长会造成高色散，从而导致像模糊。而导致像模糊。像面全息记录的是波带片的中心部像面全息记录的是波带片的中心部分，条纹间隔较大，色散减小。分，条纹间隔较大，色散减小。如果如果物体严格位于全息底片上，那么再现物体严格位于全息底片上，那么再现像也位于全息图平面上，则表现为消像也位于全息图平面上，则表现为消色散。因此，用白光作为再现光源，色散。因此，用白光作为再现光源，也能得到质量较好的像。也能得到质量较好的像。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的

48、时间价值再现光源的宽度和光谱跨度对像全息的影响再现光源的宽度和光谱跨度对像全息的影响（）再现光源宽度对再现像的影响（）再现光源宽度对再现像的影响（）再现光源光谱宽度对再现像的影响（）再现光源光谱宽度对再现像的影响资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值四四.彩虹全息图彩虹全息图 利用记录时在光路的适当位置加狭缝，再现时利用记录时在光路的适当位置加狭缝，再现时同时再现狭缝像，从而限制观察者的眼睛观察全息同时再现狭缝像，从而限制观察者的眼睛观察全息图的角度。图的角度。特点：特点：可以白光再现可以白光再现，即用白光来

49、观察全息像。，即用白光来观察全息像。实现彩虹全息图的方法：实现彩虹全息图的方法：二步彩虹全息二步彩虹全息一步彩虹全息一步彩虹全息资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值二步彩虹全息二步彩虹全息1.拍摄物拍摄物O的三维全息图的三维全息图H1作为作为母全息图或掩膜（如图（母全息图或掩膜（如图（a）；）；2.用用R光的共轭光光的共轭光R*照明照明H1得得到物到物O的共轭赝像的共轭赝像O*，以，以 O*作作为物光，引入另一个参考光为物光，引入另一个参考光R和和一条狭缝制作彩虹全息图一条狭缝制作彩虹全息图H，（如图（如图

50、（b）。）。注意：狭缝注意：狭缝S在此放置的位置及所起的作用。在此放置的位置及所起的作用。位置：在位置：在H1和和H之间；之间；作用：限制了衍射光束，作用：限制了衍射光束，H实际上记录了许多窄条状实际上记录了许多窄条状的全息图，其宽度为的全息图，其宽度为 。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值3.彩虹全息图的再现彩虹全息图的再现 用共轭参考光用共轭参考光R*再现全息再现全息图图H，产生第二次赝像。，产生第二次赝像。第二次赝像中包括了原物第二次赝像中包括了原物的像和狭缝的像。的像和狭缝的像。当人的眼睛位于狭缝