信息光學(xué)論文

目錄摘要 1Abstract 2前言 31全息照相的原理 32全息的記錄 33全息照相的過程 44、全息記錄 45記錄介質(zhì) 46再現(xiàn) 57再現(xiàn)分析 68全息照相的觀察原理 69全息照相的特點 610全息照相技術(shù)的運用 611全新照相實6參考文獻 7摘要全息攝影術(shù)對大多數(shù)人而言早就不是一個新鮮概念。早在激光出現(xiàn)以前，伽伯為了提高電子顯微鏡的分辨本領(lǐng)而提出了全息的概念，并開始全息照相的研究工作。1960年以后出現(xiàn)了激光，為全息照相提供了一個高亮度高度相干的光源，從此以后全息照相技術(shù)進入一個嶄新的階段。相繼出現(xiàn)了多種全息的方法，不斷開辟全息應(yīng)用的新領(lǐng)域。全息攝影是惟一能同時捕捉到光的三種屬性的一種攝影術(shù)，通過激光技術(shù)，它能記錄下光射到物體上再折射出來的方向，逼真地再現(xiàn)物體在三維空間中的真實景象。關(guān)鍵詞：全息技術(shù)；相干；參考光；物光AbstractHolographicphotographyformostpeopleisnotanewconceptlongago.Asearlyastheadventoflaser,DennisGaborputforwardtheconceptofholographyandholographicinordertoimprovetheelectronmicroscope'sresolvingpowerandbeganhisresearch.Laseremergedin1960,whichprovidesahighlycoherentlightsourceswithhighbrightnessforholography,thenholographictechnologywentintoanewphase.Asavarietyofholographicmethodshaveappeared,andconstantlyopenanewareasofholographicapplications.Holographyistheonlylightthatcancapturethreeattributesofakindofphotographyatthesametime,lasertechnology,itcanrecordthelightshinesonanobjectandthenreflectingthedirectionofrealobjectsinthree-dimensionalspacetoreproducethetruepicture.

Keywords:Holography;coherent;referencelight;objectlight前言當物體發(fā)射（發(fā)散或反射）的光波進入人眼是，由于光的強弱、射向、距離和顏色（波長）的不同，因此肉眼能夠識別物體的各自特征。從光波的觀點看，是由于各物體發(fā)射光波的振幅（強弱）、相位（等相面形狀）和波長（顏色）各不相同。如果物體實際不存在，但能得到物體的特定光波，仍然能夠看到物體逼真的像[1]。全息技術(shù)就是利用光的干涉和衍射原理，將物體發(fā)射的特定光波的振幅和相位以干涉條紋的形似記錄下來，并在一定的條件下使其再現(xiàn)，由于記錄了物體光波的全部（振幅和相位）信息，因此稱為全息術(shù)或全息照相。全息術(shù)使英國科學(xué)家丹尼斯.伽伯（DennisGabor）為了提高電子顯微境的分辨本領(lǐng)而提出的。他曾用汞燈作光源拍攝了第一張全息照片。其后，這方面的工作進展相當緩慢。直到1960年激光出現(xiàn)以后，全息技術(shù)才獲得了迅速發(fā)展，并相繼出現(xiàn)了許多的全息方法，并開辟了全息應(yīng)用的新領(lǐng)域，成為光學(xué)的一個重要分支。全息術(shù)的法陣已經(jīng)經(jīng)歷了四代，第一代為全息的萌芽時代，使用汞燈激勵同軸全息圖；第二代使用激光記錄、激光再現(xiàn)原始像和共軛像分離的離軸全息圖；第三代斯激光記錄白光再現(xiàn)的全息術(shù)，主要有反射全息、像全息、彩虹全息和合成全息等；第四代使多色光記錄白光再現(xiàn)的真彩色全息。全息術(shù)不僅可用于光波波段，也可用于電子波、X射線、微波和聲波等[2]。全息照相的原理人眼能夠識別物體的三維立體圖象，是借助物光波的主要特征參量——振幅、波長和相位對人體視覺的作用。光波的振幅反映了光的強弱，給人眼以物體明暗的感覺；光波的波長反映了光波的頻率，給人眼以色彩的感覺；光波的相位反映了光波等相位面的形狀，給人以立體的感覺。全息照相記錄一般情況下，當兩束相干光的位相相同時，合成光源的振動（相應(yīng)的光強）就增強，反之，光波的振動就減弱。而光的位相是隨位置變化的，因此，光波的振動增強和減弱也隨位置而變化。這樣，在兩束光的交疊處就產(chǎn)生強弱相間的干涉條紋。條紋的分布情況反映了合成光波的位相在不同位置的變化情況。因此，利用兩束光的干涉所產(chǎn)生的干涉條紋可以有效地把位相的變化情況記錄下來，全息攝影就是利用光的干涉把景物散射光波以干涉條紋的形式，即把光波的振幅和位相記錄在感光材料上，也就是說，把物體的全部信息都記錄下來，因而具有獲得立體圖像的許多優(yōu)點。利用干涉和衍射原理，將物光波的特征參量——振幅和相位以干涉條紋的形式記錄下來，并在一定條件下使其再現(xiàn)，從而形成與原物體逼真的立體圖象。全息照相的過程拍攝全息照片的基本光路大致如圖。一激光光源（波長為λ）的光分成兩部分：直接照射到底片上的叫參考光；另一部分經(jīng)物體表面散射的光也照射到照相底片，稱為物光。參考光和物光在底片上各處相遇時將發(fā)生干涉，底片記錄的即是各干涉條紋疊加后的圖像關(guān)于強度：顯然參考光各處的強度是一樣的，但由于物體表面的反射率不同，所以物光的強度各處不同。因此，參考光和物光疊加干涉時形成的干涉條紋各處濃淡也就不同。記錄物光波的記錄過程是一個光波的干涉過程,如圖，設(shè)記錄平面為xy平面，該平面上物光波的復(fù)振幅分布為：參考光波在記錄平面上的復(fù)振幅分布為兩相干光波在記錄平面上的合光場的復(fù)振幅分布為所以，合光場的光強分布為：1123第1項是物光波在記錄平面上造成的強度分布，它不均勻，但實驗上一般讓它比參考光波弱很多。第2項是參考光波在記錄平面上造成的強度分布，因為一般采用簡單的平面波或球面波作為參考光，因此，該項近似為常數(shù)，即光斑均勻。第3項是物光波和參考光波的交叉項。它是物光與參考光的干涉圖樣，包含了振幅和相位的信息。用記錄介質(zhì)將它們記錄下來，就是一張全息圖！記錄介質(zhì)記錄介質(zhì)一般使用全息干板,玻璃基板上涂敷鹵化銀乳膠，乳膠的顆粒很小，密度大，保證干板的高分辨率。全息干板的作用相當于一個線性變換器。它將曝光期間的入射光強線性地變換為顯影后負片的振幅透過率。如圖：必須將曝光量變化范圍控制在t-E曲線的線性段內(nèi),t-E曲線上直線部分的斜率，稱為全息感光度全息圖的復(fù)振幅透過率可以記為曝光后的干板經(jīng)過顯影、定影處理后，就得到全息照片。全息照片呈現(xiàn)出來的是干涉條紋，不是物體的像。再現(xiàn)觀察全息照片的光路如圖：設(shè)用復(fù)振幅分布為的相干光束作為參考光.部分入射光束透過干板產(chǎn)生衍射，絕大部分光被乳膠吸收，少部分被反射。將合光強的分布表達式代入，有分析再現(xiàn)過程再現(xiàn)照明光束采用原相干參考光束上式中各個量的物理意義見圖u1：代表再現(xiàn)照明光束經(jīng)過全息照片后的透射波，透射率為tb，即全息圖再現(xiàn)中的零級衍射波。u2：由于A02是物光波振幅的平方，即物光波在干板上的光強分布，它在全息圖上呈現(xiàn)一種“散斑”的圖象，稱為散斑衍射暈。u3：代表了級衍射光波，與原物光波相比，它多了這個常系數(shù)，因而u3與原物光波具有相同的相位，而振幅僅相差一個常數(shù)。u3這一項準確再現(xiàn)了原物光波的信息，它給人體的視覺與物光波完全相同，其反向延長線構(gòu)成原物的虛象。u4：代表了-1級的衍射波而原物光波u4與原物光波的相位信息相差一個負號，表明再現(xiàn)物光波與原物光波共軛。對于波面而言，如果原物光波發(fā)散，則再現(xiàn)物光波是會聚的，它將構(gòu)成一個實贗像全息照相的觀察原理全息照片不同于普通照片,其底片不顯示物體的形象,而是干涉條紋疊加后的圖像。沖洗時只是改了不同部分的透光性。觀察時,需利用與拍照時同頻率的光的衍射原理。仍考慮相鄰的兩條紋a和b,此時二者為兩透光縫。由惠更斯-菲涅耳原理知:處于同一波陣面上的a、b可以當成子波波源,其強度皆為激光光源的強度。沿原來從物體上O點發(fā)來的物光的方向的兩束衍射光,由幾何知識知其光程差恰為λ。由發(fā)光點O在底片上各處造成的透光縫透過的光形成的衍射條紋會使人眼感到原來的O點處有一發(fā)光點O’。所有發(fā)光點的對應(yīng)的衍射條紋會使人眼看到一個處于原來位置的完整的立體虛像全息照相的特點1.全息照片衍射形成的立體虛像是一個真正立體的,當人眼換一個位置時,便可以看到物體的側(cè)面像,即物體上原來被擋住的部分也可以看到。2.即使是全息照片的一塊殘片,也可以看到整個物體的立體象.因為拍攝照片時,物體上的點發(fā)出的物光在整個底片上處處與參考光發(fā)生干涉,也就是說,在底片上處處都有某一點的記錄。3.在用光照射底片時,在與原來物光對稱方向的兩束光,其光程差也為λ,光線匯聚將會在O”處形成一實像全息技術(shù)的應(yīng)用在全息照相的基礎(chǔ)上，全息技術(shù)還擴展到紅外、微波、超聲領(lǐng)域，進一步發(fā)展形成了全息干涉術(shù)、彩色全息、及彩虹全息和周視全息等新的全息技術(shù)。由于全息照相具有三維成像的特點，可重復(fù)記錄，而且，每一小塊全息底片都能再現(xiàn)物體的完整，其用途十分廣泛?？蓮V泛用于精密干涉計量、無損探傷、全息光彈性、微應(yīng)變分析和振動分析等科學(xué)研究。利用全息干涉術(shù)研究燃氣燃燒的過程、機械件的振動模式、蜂窩板結(jié)構(gòu)的粘結(jié)質(zhì)量和汽車輪胎皮下缺陷檢查等已得到廣泛應(yīng)用。全息照相用作商品和信用卡的防偽標記已形成產(chǎn)業(yè)，正在發(fā)展的全息電視還將為人類帶來一場新的視覺革命。全息照相實驗漫反射式全息片的制作法是讓物光束和參考光束分別從照相底板的兩面進入乳膠層，如圖9所示，激光器發(fā)出的光經(jīng)反射鏡打在乳膠層上作為參考光，透過分光鏡的部分光，經(jīng)硬幣反射后與參考光在乳膠層處干涉，干涉條紋被記錄下來。實驗步驟：開始實驗前，激光器預(yù)熱大約1小時。擺好光路如圖9所示，為避免參考光太強，激光束要經(jīng)過一次反光鏡后才打到干板上。余下重復(fù)方法一的3-7步驟4預(yù)熱好后，關(guān)閉激光器，在暗環(huán)境下，放置好被測硬幣與干版。5打開激光器，讓干版曝光45S后，關(guān)閉激光器。6暗環(huán)境下，將底片置于30左右的清水中20S，再置于異丙醇中180S，作顯影及定影。7用吹風機將底片吹干。8觀察實驗結(jié)果。 圖7方