宏滨光学第七章全息照相 第七章全息照相 s7.1全息照相装置 相干光照明,记录得到全息图,经线性冲洗,用单色光照射全息图,使物的像重现 基本原理 1.原理 根据惠更斯一菲涅耳原理,场点P的振动,即复振幅是由波前上的振动情况、即复振幅 分布决定的。而波前上的复振幅分布,是由光源决定的。所以,只要确定了波前上的复振幅, 则振动在波场中的分布是可以确定的。或者说,只要波前上的复振幅分布存在,或被记录下 来了,不管光源是否存在,P点的振动都和光源存在时的情况是一样的 可以用某种方法记录波前,在用另一种方法使波前再现。当波前再现时,在场点P看来, 就相当于光源,即发出光波的实物被再现了。由于实物再现时,其光波场的所有因素,振幅、 位相等等均出现,即光波场的全部信息都再现了,所以这种记录波前的方法称作全息照相 全息照相再现的是一个立体的实物。 2.全息照相的记录及再现方法和装置 参考光源 光 光 实物 再现的实物 记录波前用干涉的方法,将实物的光波场(O光)与参考光(R光)的波场相干叠加 干涉的光强分布记录在介质上,得到一张记录衍射花样的图片,即全息图。再现波前用衍射 方法,用参考光照全息图,衍射光即可以再现实物 3.对光源和记录介质的要求 要求光源的时间相干性好,即是单色光,可以用激光实现。记录介质对光强的反应是线
崔宏滨 光学 第七章 全息照相 第七章 全息照相 § 7.1 全息照相装置 相干光照明，记录得到全息图，经线性冲洗，用单色光照射全息图，使物的像重现。 一．基本原理 1．原理 根据惠更斯—菲涅耳原理，场点 P 的振动，即复振幅是由波前上的振动情况、即复振幅 分布决定的。而波前上的复振幅分布，是由光源决定的。所以，只要确定了波前上的复振幅， 则振动在波场中的分布是可以确定的。或者说，只要波前上的复振幅分布存在，或被记录下 来了，不管光源是否存在，P 点的振动都和光源存在时的情况是一样的。 可以用某种方法记录波前，在用另一种方法使波前再现。当波前再现时，在场点 P 看来， 就相当于光源，即发出光波的实物被再现了。由于实物再现时，其光波场的所有因素，振幅、 位相等等均出现，即光波场的全部信息都再现了，所以这种记录波前的方法称作全息照相。 全息照相再现的是一个立体的实物。 2．全息照相的记录及再现方法和装置 记录波前用干涉的方法，将实物的光波场（O 光）与参考光（R 光）的波场相干叠加， 干涉的光强分布记录在介质上，得到一张记录衍射花样的图片，即全息图。再现波前用衍射 方法，用参考光照全息图，衍射光即可以再现实物。 3．对光源和记录介质的要求 要求光源的时间相干性好，即是单色光，可以用激光实现。记录介质对光强的反应是线 1
性的。用照相底版,必须用线性的底版,并采用线性的冲洗工艺 二.光场分析 1.记录过程 在场点Q,O光和R光的复振幅分别为 Po(g) 在记录介质上的Q点,由O光和R光干涉产生的光强为 (0=Uo+UROO+UR=U000+UUR+UOUR+URUo A6+AR+UOUR+URUO I(Q)中含有关于振幅和位相的信息,故称全息 2.线性冲洗 经线性冲洗,全息图的透过率函数是干涉强度分布的线性函数,为 (Q)=l+()=10+B(4+A2+U02+02C) 3.再现过程 用参考光U2=Ae照射全息图(衍射),从全息图上的透射光(衍射光)为 U=URt=(to+BAr+ BA)UR+BARAR[e(9p-PRUo+e(R+PRU'] (tn+BA2+BA2U:透射波,入射的参考光振幅调制后透射。(t0+B42)U为0级 波,Bf2U为调制波。 关Blge"oUo:物光波的再现,是振幅和初位相改变了的物光波,相当于实物的 强和空间位置发生了变化。+1级波。 BAAe+U物光波的共轭波,是向另一方向汇聚的光波。-1级波。 +1级和-1级波被称为孪生波,其中+1级波再现了实物
崔宏滨 光学 第七章 全息照相 性的。用照相底版，必须用线性的底版，并采用线性的冲洗工艺。 二．光场分析 1．记录过程 在场点 Q，O 光和 R 光的复振幅分别为 ( ) ( ) ~ i Q O O O U Q A e ϕ = ， ( ) ( ) ~ i Q R R R U Q A e ϕ = ， 在记录介质上的 Q 点，由 O 光和 R 光干涉产生的光强为 ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ = + + + = + + = + + + O R O R R O O R O R O O R R O R R O A A U U U U I Q U U U U U U U U U U U U ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ) ~ ~ )( ~ ~ ( ) ( 2 2 I（Q）中含有关于振幅和位相的信息，故称全息。 2．线性冲洗 经线性冲洗，全息图的透过率函数是干涉强度分布的线性函数，为 ) ~ ~ ~ ~ ( ) ( ) ( 2 2 0 0 ∗ ∗ = + = + AO + AR +UOUR +URUO t Q t βI Q t β 3．再现过程 用参考光 R i R R U A e ϕ′ ′ = ′ ~ 照射全息图（衍射），从全息图上的透射光（衍射光）为 ] ~ ~ [ ~ ( ) ~ ~ 2 2 ( ) ( ) 0 ′ − ′ + ∗ = ′ = + + ′ + ′ + O i O i UT URt t AR AO UR AR AR e R R U e R R U ϕ ϕ ϕ ϕ β β β AR AO UR t + + ′ ~ ( ) 2 2 0 β β ：透射波，入射的参考光振幅调制后透射。 AR UR t + ′ ~ ( ) 2 0 β 为 0 级 波， AOUR ′ 2 ~ β 为调制波。 O i AR ARe R R U (ϕ ϕ ) ~ β ′ − ′ ：物光波的再现，是振幅和初位相改变了的物光波，相当于实物的 光强和空间位置发生了变化。+1 级波。 ′ + ∗ ′ O i AR ARe R R U (ϕ ϕ ) ~ β 物光波的共轭波，是向另一方向汇聚的光波。-1 级波。 +1 级和-1 级波被称为孪生波，其中+1 级波再现了实物。 2
宏滨光学第七章全息照相 三.离轴全息装置 要想得到不受干扰的物光波,应使透射波和汇聚波与+1级波在空间上分开。可以采用 离轴全息装置。 全息照相的原理是由D. Gabor在1948年基于上述分析提出。但当时由于无法得到时间 相干性好的光源,所以无法在实验上实现。1960年激光发明后,得以实现。 Gabor于1971 年获得 Nobel物理奖
崔宏滨 光学 第七章 全息照相 三．离轴全息装置 要想得到不受干扰的物光波，应使透射波和汇聚波与+1 级波在空间上分开。可以采用 离轴全息装置。 全息照相的原理是由 D. Gabor 在 1948 年基于上述分析提出。但当时由于无法得到时间 相干性好的光源，所以无法在实验上实现。1960 年激光发明后，得以实现。Gabor 于 1971 年获得 Nobel 物理奖。 3
