第五章光学全息-20140512
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信息光学 第五章 光学全息
5.6.1 傅立叶变换全息图
傅立叶变换全息图不是记录物体光波本身，而 是记录物体光波的傅立叶频谱。利用透镜的傅 立叶变换性质，将物体置于透镜的前焦面，在 照明光源的共轭像面位置就得到物光波的傅立 叶频谱。在引入参考光与之干涉，通过干涉条 纹的振幅和相位调制，在干涉图样中就记录了 物光波傅立叶变换光场的全部信息，包括傅立 叶变换的振幅和相位。这种干涉图称为傅立叶 变换全息图。
z0标2 原点0，为于参是考物点O光来波计的算相，位并可作简傍化轴为近似，x2即 y假2,设x02
y02
于是，记录平面上的物光波可写成
同理，记录平面上的参考光可写成
以的上复两振式幅中分的 布1 为 为记录时所用的波长。记录平面上
记录平面上的光强分布为
通常需保持记录过程的线性条件，即显影定影后底片 的振幅透过率正比于曝光量，即
较，可确定像点坐标
式中，上面的一组符号适用于分量波U3，下面的一组
符全号息适图用的于左侧U4；。z当当i 全息图的右侧。zi
为正时，再现像是虚像，位于 为负时，再现像是实像，位于
像的横向放大率可以用dyi
Байду номын сангаас
和dxi
表示，
所以波前再现过程产生dy0的横向dx放0 大率为
像的纵向放大率可以用dzi
dz0
像点和物点的空间位置相对于全息图镜面对称。因此，
观察者看到的是一个与原物形状相同，但凸凹互易的
赝视实像。分量U4可以产生物点的虚象，也可以产生
物点的实像，这取决z于i2 的正负。
(3)参考光波和再现光波都是沿z轴传播的完全一样的平
面波，x即r xp 0, yr y p 0, zr z p , 1 2
，这时像点坐标是
信息光学第五章苏显渝版作者窦柳明
5.2 波前记录与再现
5.2 波前记录与再现
5.2.1 波前记录：
1. 物光波与参考光波干涉形成干涉图
设传播到记录介质面上的物光波波前 和参考光波波前分别为：
O( x, y) O( x, y) exp[ j( x, y)] R( x, y) R( x, y) exp[ j ( x, y)]
1. 再现光波是全息记录时的参考光波，即C(x,y)=R(x,y)：
(1) U3 RCO(x, y) R 2 O(x, y) A O
若参考光的强度在记录面上近似为均匀的，则
tH ( x, y) tb ( O 2 RO RO )
tb t0 R 2
为简单，有时写成： tH ( x, y) I( x, y)＝ R 2 O 2 RO RO
5.2 波前记录与再现
5.2.2 波前再现：
5.1 光学全息概述
波前记录(全息记录)：物光波与参考光波干涉的记录过程。
全息图：被某种介质记录下的物光波与参考光波形成的干涉 图。[物光波的振幅和相位信息转化成为干涉图（干涉条纹） 中的条纹衬比度、条纹间距及取向等的空间分布。] 波前再现(全息再现)：把全息图作为衍射屏，用符合一定条件 的光波照射全息图，特定方位的衍射波就可以重现原物光波。
U1 ：系数的作用仅仅改变照明光波C的振幅，并不改变C的特性。
U2 ：C波经历|O (x，y)| 2分布的一张底片的衍射，是一种“噪声”信息；
UI和U2基本上保留了照明光波的特性．这一项称为全息衍射场中的0级波。
U3 ：包含有物的相位信息，但还含有附加相位。这一项最有希望
再现物光波；全息图衍射场中的+1级波。
底层：使亲水的乳胶层牢固地粘附于疏水的玻璃片上。
光学全息
息等，在一定条件下将鲜艳的色彩赋给全息图，全息技术
得到迅速普及和广泛应用。 – 不足：（1）对全息装置的环境及位置精度等要求仍很高； （2）相干噪声比较严重。
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六、全息照相的发展简史 第四代全息图（白光记录、白光再现）
– 上世纪八十年代中期开始，正在发展中，目前已开始取
得进展。
– 已经开始有了白光信息处理、非相干光处理、及非光波 全息等方面的研究成果。 – 将实现全息术从实验室走向社会应用的过程。
末能满足上面指出的线性记录条件，将影响再现光波的质量。
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30
•
同轴全息图： 物体中心和参考光源位于通过全息底片中心的同一条直线上 优点：光路简单,对激光的模式要求低，从而可以有更强的激光光源可用。 缺点：原始像和共轭像在同一光轴上不能分离，两个像相互重叠，产生“孪生像 ；记录物体必是高度透明的。
物波
I ( x , y ) O ( x , y ) R( x , y ) 2r ( x , y )O0 ( x , y ) cos ( x , y ) ( x , y )
2 2
上式中前两项是物光和参考光的强度分布，其中参考光波一般选
取用比较简单的平面波或球面波，
物光波在底片造成的强度分布是不均匀的，但实验上一般都让 它比参考光弱得多。前两项基本上是常数，作为偏置项. 第三项是干涉项，包含有物光波的振幅和相位。参考光波的作
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在底片上所产生的光强分布为
k1 2 2 I ( x, y ) O R R O exp i x x0 y y0 2 z0 k1 k1 2 2 2 2 * i x xR y yR RO exp i x xR y y R 2 zR 2 zR
信息光学PPT课件第五章光学全息
)
Uc (x,
y, z)
Ae jkr
U
( x,
y,
z)
U( x, y, z) Ae jkr Aexp jk( x cos y cos z cos )
Uc ( x, y, z) Ae jkr U ( x, y, z)
共轭光波的数学表达式为原光波复振幅的共轭复数。
已知 于是
参考波
R
记录介质上的的总光强为 I( x, y) O( x, y) R( x, y) 2
O
物波
记录介质
O( x, y) 2 R( x, y) 2 R( x, y)O( x, y) R( x, y)O( x, y)
O(x, y) 2 R(x, y) 2 2r(x, y)O0(x, y)cos (x, y) (x, y)
参考波
R
O
物波
记录介质
上图为波前记录的示意图,设传播到记录介质上的物光波前复振幅（对于理 想单色光，其空间的复振幅分布是不随时间变化的）为
O( x, y) Oo ( x, y)exp j ( x, y)
传播到记录介质上的参考光波前复振幅
R( x, y) r( x, y)exp j ( x, y)
全息图片
全息图片
当照明光波与参考光波均为正入射的平面波时，入射到 全息上的相位可取为零。这时U3和U4中的系数均为实 数，无附加相位因子，全息图衍射场中的+1级和-1级光 波严格镜像对称。由共轭光波U4所产生的实像，对观察 者而言，该实像的凹凸与原物体正好相反，因而给人以 某种特殊的感觉，这种像称为赝像。
如何得到三维的图像呢？
如果我们能够用某一种方法把物体光波（其中包含振幅和 相位信息）以某种方式记录下来，则当我们想办法把物光波 再现出来的话，就能再现三维的物体。
5 光学全息
p p 2 2 U x, y O exp j x y 2 xx0 2 yy0 R exp j x 2 y 2 2 xxr 2 yyr l1 z r l1 z o
全息特点：三维立体性和可分割性
普通照相在胶片上记录的是物光的振幅信息 (仅体现光强分 布)，而全息照相在记录振幅信息的同时，还记录了物光的相位信 息，“全息”(holography)也因此而得名。
◆ 世界上第一张全息图是匈牙利科学家伽伯于1948 年拍摄 成的 。 他的工作具有开创性和划时代的意义，获得了 1971 年度的诺贝尔物理学奖 。
a sin q l
如物光波频谱带宽为2B，像完全偏离物α 需满足
a
2B 4B 3B 2
qmin arcsin3Bl
才可满足实像、虚像及背景干涉光之间互不影响
5.4
基元全息图
定义：由单一物点发出的光波与参考光波干涉所构成的全息图． 任何一种全息图都可以看成 许多基元全息图的线性组合 空域：基元波带片 频域：基元光栅
平面波与平面波
发散球面波与发散球面波
平面波与发散球面波
发散球面波与会聚球面波
5.5
菲涅耳全息图
菲涅耳全息图的特点是记录平面位于物体衍射光场的菲涅耳 衍射区，物光由物体直接照到底片上。 5.5.1 点源全息图的记录和再现
全息底片位于z=0的平面 上，与两个点源的距离满 足菲涅耳近似
Q
到达记录平面的相位以坐 标原点o为参考点来计 算，并作傍轴近似
第四项：虽然包含有物的振幅和共轭相位信息，但还含有附加的二次相位因子，
相当于物光波经历了透镜的汇聚。随意这一项有可能形成物的共轭实像。称为 全息图衍射场中的-1级波 只有照明光与参考光均为正入射的平面波时，入射到全息干板上的相位可 取零，这是U3U4两项的系数均为实数，无附加相位因子，±1级光波才严格地 镜像对称。U4成的实像与原物凹凸正好相反，成为赝像。 以上四项均是衍射的结果，能否得到与原物相同的像还要取决于c(x,y) 的选择
05光学全息
条纹的形式记录下来。 （2）再现（观察）过程：光波的衍射
记录用的感光材料有多种，下面都用干板或胶片进行分析
5.2.1 波前记录
传播到记录介质上的物光波
O ( x, y) = O( x, y ) exp[- jf ( x, y)]
传播到记录介质上的参考光波
R( x, y) = R( x, y) exp[- jy ( x, y)]
◆ 现在实用的全息图是美国科学家利思---特尼克在 1962 年
发明的离轴全息图。
全息发展的四个阶段：
第一阶段是萌芽时期，是用汞灯作光源，摄制同轴全息图； 第二阶段是用激光记录、激光再现的离轴全息图；
第三阶段是激光记录、白光再现的全息图，称为第三代全息， 主要包括白光反射全息、像全息、彩虹全息、真彩色全息及合 成全息等；
5.4 基元全息图
定义：由单一物点发出的光波与参考光波干涉所构成的全息图． 任何一种全息图都可以看成 许多基元全息图的线性组合
空域：基元波带片
频域：基元光栅
例2 两束夹角为q＝45o的平面波在记录平面上产生干
涉，已知光波波长为632.8 nm．求对称情况下(两平面波 的入射角相等)，该平面上记录的全息光栅的空间频率。
5、按再现时照明光和衍射光的方向 6、按所显示的再现像的特征
相面全息图 彩虹全息图 真彩色编码全息图 360度合成全息图
5.2 波前纪录与再现
基本理论
（1）记录过程：光波的干涉
感光记录介质只能记录光波的振幅（强度）, 只有通过光波的干涉过程，才能将被拍摄物体
的全部信息（振幅和位相）以明暗相间的干涉
记录的总光强
I ( x, y) = R( x, y) + O ( x, y)
2 2
记录用的感光材料有多种，下面都用干板或胶片进行分析
5.2.1 波前记录
传播到记录介质上的物光波
O ( x, y) = O( x, y ) exp[- jf ( x, y)]
传播到记录介质上的参考光波
R( x, y) = R( x, y) exp[- jy ( x, y)]
◆ 现在实用的全息图是美国科学家利思---特尼克在 1962 年
发明的离轴全息图。
全息发展的四个阶段：
第一阶段是萌芽时期，是用汞灯作光源，摄制同轴全息图； 第二阶段是用激光记录、激光再现的离轴全息图；
第三阶段是激光记录、白光再现的全息图，称为第三代全息， 主要包括白光反射全息、像全息、彩虹全息、真彩色全息及合 成全息等；
5.4 基元全息图
定义：由单一物点发出的光波与参考光波干涉所构成的全息图． 任何一种全息图都可以看成 许多基元全息图的线性组合
空域：基元波带片
频域：基元光栅
例2 两束夹角为q＝45o的平面波在记录平面上产生干
涉，已知光波波长为632.8 nm．求对称情况下(两平面波 的入射角相等)，该平面上记录的全息光栅的空间频率。
5、按再现时照明光和衍射光的方向 6、按所显示的再现像的特征
相面全息图 彩虹全息图 真彩色编码全息图 360度合成全息图
5.2 波前纪录与再现
基本理论
（1）记录过程：光波的干涉
感光记录介质只能记录光波的振幅（强度）, 只有通过光波的干涉过程，才能将被拍摄物体
的全部信息（振幅和位相）以明暗相间的干涉
记录的总光强
I ( x, y) = R( x, y) + O ( x, y)
2 2
信息光学 第五章 光学全息
有
式中：第一项是 函数，表示直接透射光经透镜会 聚在像面中心产生的亮点；第二项是物分布的自相关 函数，形成焦点附近的一种晕轮光；第三项是原始像 的复振幅，中心位于反射坐标系的（0，b）处；第四 项是共轭像的复振幅，中心位于反射坐标系的（0，-b） 处，第三、四项都是实像。 设物体在y方向上的宽度为 ，则第二项自相关函数 y 的宽度为 ，原始像和共轭像的宽度均为 ，故要 y 2 y 3 使再现像不受晕轮光的影响，必须使 。 b y 2 安排光路时应保证这一条件。
p p p
注意到 ，说明再现的两个像点位于通过 xi / yi x p / y p 全息图原点的倾斜直线上。这表明，即使用轴外照明 光源再现，同轴全息图产生的各分量衍射波仍然沿同 一方向传播，观察是互相干扰。图5.5.2给出了电源同 轴全息图再现的情况。
5.6 傅立叶变换全息图
物体的信息由物光波所携带，全息记录了物 光波，也就记录下了物体所包含的信息。物 体信号可以在空域中表示，也可以在频率中 表示，也就是说，物体或图象的光信息既表 现在它的物体光波中，也蕴含在它的空间频 谱内。因此，用全息方法既可以在空域中记 录物光波，也可以在频域中记录物频谱。物 体或图象频谱的全息记录，称为傅立叶变换 全息图。
5.6.2 准傅立叶变换全息图
在图5.6.3所示的光路中，平行光垂直照射物体，透镜 紧靠物体放置，参考点源与物体位于同一平面上，在 透镜后焦面处放置记录介质。
根据透镜的傅立叶变换性质，则全息图平面上的物光 分布为
式中， ， 是物函数 的 x / f , y / f G( , ) g x0 , y0 傅立叶变换。 注意：由于该项前面出现的二次相位因子，是物体的 频谱产生了一个相位弯曲，因而全息图平面上的物光 波并不是物体准确的傅立叶变换。 设参考点位于（0，-b）处，参考点源的表达式为
信息光学第五章苏显渝版作者窦柳明
记录介质表面的总光场分布为：
R( x, y) O( x, y)
A
O
B
D
C
R
记录介质表面的光强分布：
I(x, y) O(x, y) R(x, y) O(x, y) R(x, y)
5.2 波前记录与再现
I(x, y) O(x, y) R(x, y) O(x, y) R(x, y)
全息：全部信息，振幅和相位。 以上这种记录和再现物光波的技术叫全息照相术（全息术）。
全息的波前记录和再现过程就是调制与解调的过程。其中参考 光波是载波，物光波是调制光波，干涉记录过程就是调制，衍 射再现就是解调。
5.1 光学全息概述
5.1.2 光全息发展历史概述
一、全息术的提出：
是由丹尼斯·盖伯（Dennis Gabor）发明的。1947年，他从事电 子显微镜研究工作，当时由于电子透镜的像差，使电子显微镜分辨 率的提高碰到了很大的困难，（理论分辨极限是0.4nm，而实际只能 达到1.2nm）。盖伯从布喇格（Bragg）的X射线衍射显微镜中受到 启发，设想不用任何透镜，用经物体衍射的电子波与相干的背景波 重叠，将物体衍射波的振幅和相位以干涉条纹的形式记录在照相底 片上（他首次称之为全息图），然后用波长比电子波波长大105倍的
tH ( x, y) tb ( O 2 RO RO )
用一束相干光波作为再现光波照射全息图，它在全息图平面 前的光场分布为C(x,y)，则透过全息图的光场分布为：
U ( x, y) C( x, y)tH ( x, y) tbC OOC RCO RCO U1 U2 U3 U4
U1 ：系数的作用仅仅改变照明光波C的振幅，并不改变C的特性。
R( x, y) O( x, y)
A
O
B
D
C
R
记录介质表面的光强分布：
I(x, y) O(x, y) R(x, y) O(x, y) R(x, y)
5.2 波前记录与再现
I(x, y) O(x, y) R(x, y) O(x, y) R(x, y)
全息：全部信息，振幅和相位。 以上这种记录和再现物光波的技术叫全息照相术（全息术）。
全息的波前记录和再现过程就是调制与解调的过程。其中参考 光波是载波，物光波是调制光波，干涉记录过程就是调制，衍 射再现就是解调。
5.1 光学全息概述
5.1.2 光全息发展历史概述
一、全息术的提出：
是由丹尼斯·盖伯（Dennis Gabor）发明的。1947年，他从事电 子显微镜研究工作，当时由于电子透镜的像差，使电子显微镜分辨 率的提高碰到了很大的困难，（理论分辨极限是0.4nm，而实际只能 达到1.2nm）。盖伯从布喇格（Bragg）的X射线衍射显微镜中受到 启发，设想不用任何透镜，用经物体衍射的电子波与相干的背景波 重叠，将物体衍射波的振幅和相位以干涉条纹的形式记录在照相底 片上（他首次称之为全息图），然后用波长比电子波波长大105倍的
tH ( x, y) tb ( O 2 RO RO )
用一束相干光波作为再现光波照射全息图，它在全息图平面 前的光场分布为C(x,y)，则透过全息图的光场分布为：
U ( x, y) C( x, y)tH ( x, y) tbC OOC RCO RCO U1 U2 U3 U4
U1 ：系数的作用仅仅改变照明光波C的振幅，并不改变C的特性。
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这个波前记录和再现的过程就是全息术，或全息照相。
2016/1/10
2
5.1 光学全息概述
全息照相术是英籍匈牙利科学家丹尼斯.加伯(Dennis Gabor)
于1948年发明的，从而开辟了光学中的一个崭新领域，他因
此获得了1971年诺贝尔物理学奖。 1948年到50年代末期，全息照相都是采用汞灯作为光源，
2016/1/10 1
如果我们能够用某一种方法把物体光波（其中包含振幅和
相位信息）以某种方式记录下来，则当我们想办法把物光波
再现出来的话，就能再现三维的物体。 这种方法就全息术： 利用干涉原理，将物光波前以干涉条纹的形式记录下来，由
于物光波前的振幅和相位，即全部信息都储存在记录介质中，
它被称为“全息图”。光波照明全息图，由于衍射效应能再 现原始物光波，该光波将产生包含物体全部信息的三维像。
U 3 ( x, y) R RO
U4 ( x, y) RCO r 2O
这时U4再现了物光波前的共轭波，给出原始物体的一个实像。 U3 再现的是物光波前，所以给出原始物体的一个虚像，但由于 R R 的调制，虚像会产生变形。 受
2016/1/10
பைடு நூலகம்
24
由于波前再现了物体的虚像和实像，全息术是一个两步成像过程，它不需 要透镜。若把记录时物光波作为输入，再现时U3或U4作为输出，这样定义 的系统 是线性的。我们可以利用叠加原理去分析它。当然，这必须使成像 光波之间以及和其它透射光波能有效分离，而不相互干扰。 波前记录是一种 干涉效应，它使振幅和相位调制的信息变换为强度调制信
而且是所谓的同轴全息图，它的1级衍射波是分不开的，即
存在所谓的“孪生像”问题，不能获得好的全息图，这是第 一代全息图，是全息术的萌芽时期。第一代全息图存在两个 严重问题，一个是再现原始像和共轭像分不开，另一个是光 源的相干性太差。
2016/1/10 3
1960激光的出现，提供了一种高相干性光源。
这一项称为全息图衍射场中的-1级波。
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照明光波
R
U3 O
全息片H 用原参考波照明
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全息图片
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全息图片
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22
当照明光波与参考光波均为正入射的平面波时，入射到 全息上的相位可取为零。这时 U3 和 U4 中的系数均为实
究第三代全息图。第三代全息图是利用激光记录和白光再现的
全息图，如反射全息、像全息、彩虹全息及模压全息等，在一 定条件赋予全息图像以鲜艳的色彩。
2016/1/10
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激光高度相干性，要求全息拍摄过程中各个元件、光源 和记录介质的相对位置严格保持不变，并且相干噪声也很
严重，这给全息术的实际使用带来了种种不便，于是科学
由于参考波通常采用球面波和平面波，所以R2近似为常数，于是U1中两项 系数的作用仅仅改变照明光波C的振幅，并不改变照明光波的特性。
2016/1/10 16
2
( 2)
U2 O C
2
U2的系数中包含有上式
O
2
是物光波单独存在时在底片造成的强度分布，它是不均匀的。 因此， U 2 代表振幅受到调制的照明波前，这实际上是照明波经历 |O| 2 （x,y)分布的一张底片的衍射, 使照明波多少有些离散而出现杂光，是一 种噪声信息。这是一个麻烦问题，但实验上可想些办法，如使适当调整 照明度，使|O|2与 |R|2相比而成为次要因素。 总而言之，U1和U2基本上保留了照明光波的特性，这一项称为全息图衍 射场中的0级波。
家们又回过头来继续探讨白光记录的可能性。
第四代全息图可能是白光记录和白光再现的全息图，它将
使全息术最终走出实验室，进入广泛的实用领域。
2016/1/10
6
除了用光学干涉方法记录全息图，还可用计算机和绘图设 备画出全息图，这就是计算全息（ Computer Generated
Hologram，简称CGH)。计算全息是利用数字计算机来综合
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参考波
R
记录介质上的的总光强为
I ( x, y ) O( x, y ) R( x, y )
2 2
2
O
记录介质
物波
O( x , y ) R( x , y ) R( x , y )O ( x , y ) R ( x , y )O( x , y )
O ( x , y ) R( x , y ) 2r ( x , y )O0 ( x , y ) cos ( x , y ) ( x , y )
光波传递信息，构成物体的像这一过程被分为两步：波前
记录与波前再现，这正是全息术的基本思想。
2016/1/10 8
5.2.1 波前记录
1、用干涉方法 记录物光波前 所有记录介质都只对强度有响应，属能量探测器，不能
记录波前携带的相位信息，因此，必须设法把相位信息转
化为强度的变化才能记录下来。干涉法是将空间相位调制 转换为空间强度调制的标准方法。
1962年美国科学家利思 (Leith)和乌帕尼克斯(Upatnieks) 将
通信理论中的载频概念推广到空域中，提出了离轴全息术。
他用离轴的参考光与物光干涉形成全息图，再利用离轴的
参考光照射全息图，使全息图产生三个在空间相互分离的衍
射分量，其中一个复制出原始物光。
这样第一代全息图的两大难题宣告解决，产生了激光记录、
2 2
物光波在底片造成的强度分布是不均匀的，但实验上一般都让
它比参考光弱得多。前两项基本上是常数，作为偏置项.
第三项是干涉项，包含有物光波的振幅和相位。参考光波的作
用正好完成使物光波波前的相位分布转换成干涉条纹的强度分 布的任务。
2016/1/10
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2、记录过程的线性条件
作为全息记录的感光材料很多，常用的 是由细微粒卤化银乳胶构成的超微粒干板， 简称全息干板。假定全息干板的作用相当 于一个线性变换器，它把曝光期间内入射 光强线性地变换为显影后负片的振幅透过 率，为此必须将曝光量变化范围控制在全 息干板t-E曲线的线性段内。如图所示，此 外，我们还必须假定全息干板具有足够高 的分辨率，以便能记录全部入射的空间结 构，这样全息图的振幅透过率可记为:
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参考波
R
O
记录介质
物波 上图为波前记录的示意图,设传播到记录介质上的物光波前复振幅（对于理 想单色光，其空间的复振幅分布是不随时间变化的）为
j ( x, y) O( x, y) Oo ( x, y) e xp
传播到记录介质上的参考光波前复振幅
j ( x, y) R( x, y) r ( x, y ) e xp
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( 3)
U3 ( x, y) RCO
当照明光波是与参考光波完全相同的平面波或球面波时 （C=R），透射光波中的第三项为
U 3 ( x, y) r 2O
因为r2是均匀的参考光强度，所以除了相差一个常数因
子外，U3是原来物光波波前的准确再现，它与在波前记
录时原始物体发出的光波作用完全相同。当这一光波传 播到观察者眼睛里时，可以看到原物的像。由于原始物
5.2.2 波前再现
1 衍射效应再现物波波前
用一束相干光波照射全息图，假定它在全息图平面上的复振幅分布 为C（x,y)，则透过全息图的光场为
U ( x , y ) t b C O C R CO RCO
2
U1 U 2 U 3 U4
讨论：(1) U1 (t0 R )C
0 .0
E
1 .0
t
振幅透过率
直线
0 .5
曝光量
负片的t-E曲线
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t ( x, y) t0 E t0 I ( x, y) t0 I ( x, y)
是曝光时间。 式中 t 0 和 均是常数。
对于负片和正片， 分别是负值和正值。 假定参考光的强度在整个记录表面是均匀的，则
激光再现的第二代全息图。
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第二代全息图的出现, 使全息术在沉睡了十几年之后得到新生，
进入了快速发展年代，相继出现了多种全息方法，并在信息处
理、全息干涉计量、全息显示、全息光学元件等领域得到了广 泛的应用。由此可见，高相干度的激光的出现是全息术发展的 巨大动力。 由于激光器再现的全息图丢失了色调信息，人们开始致力研
第五章 光学全息
引言
人的眼睛能够看到一个物体，是由于物体所发出的光波
携带着物体所包含的信息传播到眼睛里，在视网膜上成像 所致。光波的波长、振幅、相位就决定了所看见物体的特 征（颜色、亮暗和形状）。 然而，普通照相只能作强度记录，不能记录物体光波的 相位，因而在照相过程中丢失了物体纵深方向的信息。我 们生活在丰富多彩的三维世界中，但通过普通照片、电视、 电影所看到的只是一些二维的图景，这自然不能令人满意。 如何得到三维的图像呢？
2 2
对两个波前的干涉图样曝光后，经显影、定影处理后得到全息
图。因此，全息图实际上就是一幅干涉图。
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参考波
R
O
记录介质
物波
I ( x , y ) O ( x , y ) R( x , y ) 2r ( x , y )O0 ( x , y ) cos ( x , y ) ( x , y )
体光波是发散的，所以观察到的物体的虚像。这一项称
为全息图衍射场中的+1级波。
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(4)
U4 ( x, y) RCO R2O