光学课件 位相全息
φH ( x, y) = β I ( x, y), β 是比例系数
相位全息图的复振幅透过率：
tH ( x, y) = t0 exp[ jφH ( x, y)] = t0 exp[ jβ I( x, y)]
( ) { } ＝t0
exp
⎡ ⎢⎣
j
β
R2+ O2
⎤ ⎥⎦
exp
j2β R O cos⎡⎣φo ( x, y) − φr ( x, y)⎤⎦
记录
物光和参考光在全息干板两侧
再现 干涉条纹趋向 敏感点
照明光与观察者在全息图同侧 平行于全息图表面 对波长特别敏感
关于体全息的记录、再现，以及衍射效率、角度与波长选 择特性，其严格详细的讨论需要用耦合波理论，比较复杂。 同学们需要时可自己去学习。
5.12 全息图的衍射效率 Diffraction Efficiency
此时，KC=KR, 布喇格条件自然得到 满足，则KD=KO, 在原物光方向再现 原物光波。
KC
d
2θ K
KD
KR
d
2θ K
KO
d R
λ
2θ
z
O
¾ 若再现光波与原参考波的入射角度相同、但波长不同
此时，KC与KR的方向相同, 但大小不同，则无KD能满足布喇格条 件，不能再现原物光波。设记录时波长为λ，再现波长为λ´。
利用第一类贝塞尔函数的积分公式，可展成傅立叶级数：
∞
∑ tH ( x, y) = K ( j)n Jn (a)exp( jnΦ) n = −∞
式中Jn(a)是第一类n阶贝塞尔函数。
¾当用单位振幅平面光波垂直照明时，衍射场中
0级：n=0, KJ0(a), +1级： n=1, jKJ1(a)exp(jΦ), -1级： n=-1, (j)-1KJ-1(a)exp(-jΦ].
(a) 将银盐干板记录的振幅型全息图经漂白处理； (b) 采用光致抗蚀剂、光刻胶、光聚合物、光导热塑材料等。
I(x,y)
处理
表面浮雕型 ∆h(x,y)
（2）折射率：记录介质的折射率随曝光强度的变化而变化， 厚度不变。
∆n(x,y)∝τ I(x,y), ∆(x,y)= h ∆n(x,y), φH(x,y)=k h ∆n(x,y).
441.6 （紫） 银盐明胶（天津Ⅲ型）
325.0 （紫外）
光刻胶
光致聚合物（蓝敏）
常用激光器性能一览表
激光器类别
主谱线波长（nm） 适用记录介质
） 532.0 （绿）
银盐明胶（天津 I 型） 光致聚合物（红敏）
银盐明胶（天津Ⅲ型） 光刻胶
光致聚合物（蓝敏）
氪离子（Kr+）激光器 337.0—356.0 (紫外) 光刻胶
（1） 两平面波干涉、线性记录处理条件下得到的振幅型正余 弦光栅；
（2）两平面波干涉、线性记录处理条件下得到的相位型正余 弦光栅；
（3）两平面波干涉、非线性记录处理条件下得到的振幅型矩 形光栅；
（4）两平面波干涉、非线性记录处理条件下得到的相位型矩 形光栅；
二、影响全息图衍射效率的因素：
1、调制方式的影响：
(a) 利用氧化剂对用银盐干板记录的振幅型全息图进行处理； (b) 采用光折变材料，如光折变晶体、液晶、光聚合物等。
I(x,y)
处理
折射率型 ∆n(x,y)
3. 相位全息图的复振幅透过率 全息记录时的干涉条纹强度分布：
I ( x , y ) = R 2 + O 2 + R ∗O + RO ∗ = R 2 + O 2 + 2 R O cos ⎡⎣φo ( x , y ) − φr ( x , y )⎤⎦
偏移、聚散了
= (j)-1K|R|J-1(a) exp(j2φr) exp(-jφo).
的物光波；
取一级近似，J±1≈a/2= β|R||O|
) 位相全息图的特点： 位相全息图对光是透明的 光束通过时，位相分布发生变化而导致衍射作用的发
生，从而使记录在上面的 物信息 得以再现
) 位相全息图的优点 ： 位相全息图的 衍射效率 相当高 重铬酸盐明胶、光致聚合物的 衍射效率 可高达100% 在全息技术中占有相当重要的地位
(c) 翻铸工作板。先对头板进行钝化处理，再沉积电镀镍，制成 工作镍板。
(3) 模压复制（印刷）
模压机； 热塑性薄膜，如聚乙烯膜、聚酯膜等。 镀铝——反射观察；不镀铝——透射观察。
5.11 体全息(p147)
¾ “体积全息图”（有时称厚全息图）是指三维全息图， 振幅透过率函数形式为：t(x,y,z) 得考虑空间曲面对光的衍射作用，与介质厚度关系密切。
振态 （3）功率：
二、元件和设备
1、防震平台 2、反射镜（M） 3、扩束镜（SL） 4、针孔滤波器 ( F ) 5、光分束器（BS）：连续型，阶跃型 6、透镜（L）：球透镜、柱透镜、抛物面透镜、
红宝石激光器（脉冲） 694.3
红敏介质
Nd：YAG激光器
1.064 µm(倍频后：532.0nm）
钇铝石榴石：钕玻璃激光器
Nd: YVO4 激光器，钒酸钇
使用时主要关心激光器的几个参数：
（１）模式：单横模，TEM00，高斯分布, 空间相干性 单纵模，Lc↑, ∆λ↓， 时间相干性 （２）偏振态：线偏振，一般垂直于台面；可加半波片使其旋 转；加半波片、四分之一波片、偏振片改变偏
一、定义：
衍射成像光波的光通量与再现时照明光的总光通量之比。 衍射效率越高，表示成像光波的光能量越大，全息再现像则 越明亮。用公式表示为：
衍射成像的光通量
η=
再现光的总光通量
¾ 通常情况下，全息图的衍射效率与记录方式、显定影条件 及方式、记录光波等多种条件有关，很难给出一个统一的表 达式。一般情况下，用理想情况下最简单的全息图的衍射效 率来说明。如：
d
KC 2θ´
K
KD
θ´ < θ
透射型体积全息图 记录：
O
再现：
O’
R
观察
C=R
透射型体积全息图特点：
记录
物光和参考光在全息干板同侧
再现
照明光与观察者在全息图两侧
干涉条纹趋向： 垂直于全息图表面
敏感点
对角度特别敏感
反射型体积全息图
记录：
R
O
H C=R
观察
再现：
O’ H
反射型体积全息图特点：
余弦振幅 余弦相位
0.037
1.000
体积反射型
余弦振幅 余弦相位
0.072
1．000
全息实验装置
一、相干光源 —— 激光器 二、元件和设备 三、全息记录介质 四、全息实验光路 五、暗房技术
一、相干光源 —— 激 光 器 Coherent Sourse Laser
h优良的时间相干性 h优良的空间相干性
Jn(a)与第n级衍射 光的振幅成正比。
¾当用原参考光波R(x,y)=|R|exp(jφr)照明时，衍射场中
0级：K|R|J0(a)exp(jφr), 直透光；
+1级： jK|R|J1(a)exp(jΦ)exp(jφr)= jK|R|J1(a)exp(jφo), 原物光波；
-1级：(j)-1K|R|J-1(a)exp(-jΦ)exp(jφr)
仅当满足 布喇格条件 时，才能得到成功再现
记录：以平面波记录的透射体全息为例说明
x
Od
θ1
z
θ2
R
n
h 三维平面（曲面）族
x
等腰 三角形
KR
2θ K
KO
|KR|=|KO|= 2π /λ
d K= KO – KR , K 是体光栅矢量
|K|=2π /d z d= λ / 2sinθ，或 2dsinθ =λ
KR
d
2θ K
KO
λ´= λ
KC d
2θ K
KD
λ´> λ
KC
2θ
KD
λ´< λ
Kd
¾ 若再现光波与原参考波的波长相同、但入射角度不同
此时，KC与KR的大小相同, 但方向不同，则无KD能满足布喇格条 件，不能再现原物光波。
KR
d
2θ K
KO
λ´= λ
KC
d
K
KD λ´= λ
KC
d
K
KD λ´= λ
物光与参考光在介质内的夹角为2θ， θ=(θ1- θ2)/2
再现：以平面波再现为例说明
必须满足 布喇格条件 Bragg Condition
布喇格条件：
K= KD - KC
2dsinθ =λ
KC是再现光的波矢，KD是衍射再 现光的波矢。
再现光的波长、入射方向、条纹的 周期之间必须满足该条件。
¾ 若再现光波与原参考波照完全相同
位相型高于振幅型
2、槽型的影响（透过率函数的类型）：
正弦型低于矩形型和锯齿型
t(x,y)
t(x,y)
t(x,y)
x
x
x
各种全息图 衍射效率 理论最大值
全息图类 型
调制方式
余弦振幅
平面全息图 余弦相位 矩形振幅 矩形相位
衍射效率
0.063
0.339
0.101
0.404
全息图类 型
调制方式
衍射效率
体积透射型
5.10 模压全息图
是一种全息图复制技术与印刷技术，类似于凹凸板印刷技术。 可使全息图大规模生产、商品化。
上世纪70年代末提出，80年代逐渐成熟、商品化, 美日欧。 American Banknote Holographic 公司首次为Visa公司和 MasterCard 公司生产的信用卡引入全息防伪技术．此后10多年 里，这种基于彩虹全息和像面全息的防伪技术，迅速得到应用， 如：货币、支票、卡证防伪，商品与商标防伪，及包装与装饰等 领域。并根据应用范围的不同，科研人员相继开发出衍射/干涉 光可变器件（Optical Variable Device, OVD)、光可变墨水等。 国内，86~87年开始，90年代迅速发展，一时多达上千家。 目前也有几十或近百家。
相位全息图的复振幅透过率：
tH ( x, y) = t0 exp[ jφH ( x, y)] = t0 exp[ jβ I( x, y)]
( ) { } ＝t0
exp
⎡ ⎢⎣
j
β
R2+ O2
⎤ ⎥⎦
exp
j2β R O cos⎡⎣φo ( x, y) − φr ( x, y)⎤⎦
记录
物光和参考光在全息干板两侧
再现 干涉条纹趋向 敏感点
照明光与观察者在全息图同侧 平行于全息图表面 对波长特别敏感
关于体全息的记录、再现，以及衍射效率、角度与波长选 择特性，其严格详细的讨论需要用耦合波理论，比较复杂。 同学们需要时可自己去学习。
5.12 全息图的衍射效率 Diffraction Efficiency
此时，KC=KR, 布喇格条件自然得到 满足，则KD=KO, 在原物光方向再现 原物光波。
KC
d
2θ K
KD
KR
d
2θ K
KO
d R
λ
2θ
z
O
¾ 若再现光波与原参考波的入射角度相同、但波长不同
此时，KC与KR的方向相同, 但大小不同，则无KD能满足布喇格条 件，不能再现原物光波。设记录时波长为λ，再现波长为λ´。
利用第一类贝塞尔函数的积分公式，可展成傅立叶级数：
∞
∑ tH ( x, y) = K ( j)n Jn (a)exp( jnΦ) n = −∞
式中Jn(a)是第一类n阶贝塞尔函数。
¾当用单位振幅平面光波垂直照明时，衍射场中
0级：n=0, KJ0(a), +1级： n=1, jKJ1(a)exp(jΦ), -1级： n=-1, (j)-1KJ-1(a)exp(-jΦ].
(a) 将银盐干板记录的振幅型全息图经漂白处理； (b) 采用光致抗蚀剂、光刻胶、光聚合物、光导热塑材料等。
I(x,y)
处理
表面浮雕型 ∆h(x,y)
（2）折射率：记录介质的折射率随曝光强度的变化而变化， 厚度不变。
∆n(x,y)∝τ I(x,y), ∆(x,y)= h ∆n(x,y), φH(x,y)=k h ∆n(x,y).
441.6 （紫） 银盐明胶（天津Ⅲ型）
325.0 （紫外）
光刻胶
光致聚合物（蓝敏）
常用激光器性能一览表
激光器类别
主谱线波长（nm） 适用记录介质
） 532.0 （绿）
银盐明胶（天津 I 型） 光致聚合物（红敏）
银盐明胶（天津Ⅲ型） 光刻胶
光致聚合物（蓝敏）
氪离子（Kr+）激光器 337.0—356.0 (紫外) 光刻胶
（1） 两平面波干涉、线性记录处理条件下得到的振幅型正余 弦光栅；
（2）两平面波干涉、线性记录处理条件下得到的相位型正余 弦光栅；
（3）两平面波干涉、非线性记录处理条件下得到的振幅型矩 形光栅；
（4）两平面波干涉、非线性记录处理条件下得到的相位型矩 形光栅；
二、影响全息图衍射效率的因素：
1、调制方式的影响：
(a) 利用氧化剂对用银盐干板记录的振幅型全息图进行处理； (b) 采用光折变材料，如光折变晶体、液晶、光聚合物等。
I(x,y)
处理
折射率型 ∆n(x,y)
3. 相位全息图的复振幅透过率 全息记录时的干涉条纹强度分布：
I ( x , y ) = R 2 + O 2 + R ∗O + RO ∗ = R 2 + O 2 + 2 R O cos ⎡⎣φo ( x , y ) − φr ( x , y )⎤⎦
偏移、聚散了
= (j)-1K|R|J-1(a) exp(j2φr) exp(-jφo).
的物光波；
取一级近似，J±1≈a/2= β|R||O|
) 位相全息图的特点： 位相全息图对光是透明的 光束通过时，位相分布发生变化而导致衍射作用的发
生，从而使记录在上面的 物信息 得以再现
) 位相全息图的优点 ： 位相全息图的 衍射效率 相当高 重铬酸盐明胶、光致聚合物的 衍射效率 可高达100% 在全息技术中占有相当重要的地位
(c) 翻铸工作板。先对头板进行钝化处理，再沉积电镀镍，制成 工作镍板。
(3) 模压复制（印刷）
模压机； 热塑性薄膜，如聚乙烯膜、聚酯膜等。 镀铝——反射观察；不镀铝——透射观察。
5.11 体全息(p147)
¾ “体积全息图”（有时称厚全息图）是指三维全息图， 振幅透过率函数形式为：t(x,y,z) 得考虑空间曲面对光的衍射作用，与介质厚度关系密切。
振态 （3）功率：
二、元件和设备
1、防震平台 2、反射镜（M） 3、扩束镜（SL） 4、针孔滤波器 ( F ) 5、光分束器（BS）：连续型，阶跃型 6、透镜（L）：球透镜、柱透镜、抛物面透镜、
红宝石激光器（脉冲） 694.3
红敏介质
Nd：YAG激光器
1.064 µm(倍频后：532.0nm）
钇铝石榴石：钕玻璃激光器
Nd: YVO4 激光器，钒酸钇
使用时主要关心激光器的几个参数：
（１）模式：单横模，TEM00，高斯分布, 空间相干性 单纵模，Lc↑, ∆λ↓， 时间相干性 （２）偏振态：线偏振，一般垂直于台面；可加半波片使其旋 转；加半波片、四分之一波片、偏振片改变偏
一、定义：
衍射成像光波的光通量与再现时照明光的总光通量之比。 衍射效率越高，表示成像光波的光能量越大，全息再现像则 越明亮。用公式表示为：
衍射成像的光通量
η=
再现光的总光通量
¾ 通常情况下，全息图的衍射效率与记录方式、显定影条件 及方式、记录光波等多种条件有关，很难给出一个统一的表 达式。一般情况下，用理想情况下最简单的全息图的衍射效 率来说明。如：
d
KC 2θ´
K
KD
θ´ < θ
透射型体积全息图 记录：
O
再现：
O’
R
观察
C=R
透射型体积全息图特点：
记录
物光和参考光在全息干板同侧
再现
照明光与观察者在全息图两侧
干涉条纹趋向： 垂直于全息图表面
敏感点
对角度特别敏感
反射型体积全息图
记录：
R
O
H C=R
观察
再现：
O’ H
反射型体积全息图特点：
余弦振幅 余弦相位
0.037
1.000
体积反射型
余弦振幅 余弦相位
0.072
1．000
全息实验装置
一、相干光源 —— 激光器 二、元件和设备 三、全息记录介质 四、全息实验光路 五、暗房技术
一、相干光源 —— 激 光 器 Coherent Sourse Laser
h优良的时间相干性 h优良的空间相干性
Jn(a)与第n级衍射 光的振幅成正比。
¾当用原参考光波R(x,y)=|R|exp(jφr)照明时，衍射场中
0级：K|R|J0(a)exp(jφr), 直透光；
+1级： jK|R|J1(a)exp(jΦ)exp(jφr)= jK|R|J1(a)exp(jφo), 原物光波；
-1级：(j)-1K|R|J-1(a)exp(-jΦ)exp(jφr)
仅当满足 布喇格条件 时，才能得到成功再现
记录：以平面波记录的透射体全息为例说明
x
Od
θ1
z
θ2
R
n
h 三维平面（曲面）族
x
等腰 三角形
KR
2θ K
KO
|KR|=|KO|= 2π /λ
d K= KO – KR , K 是体光栅矢量
|K|=2π /d z d= λ / 2sinθ，或 2dsinθ =λ
KR
d
2θ K
KO
λ´= λ
KC d
2θ K
KD
λ´> λ
KC
2θ
KD
λ´< λ
Kd
¾ 若再现光波与原参考波的波长相同、但入射角度不同
此时，KC与KR的大小相同, 但方向不同，则无KD能满足布喇格条 件，不能再现原物光波。
KR
d
2θ K
KO
λ´= λ
KC
d
K
KD λ´= λ
KC
d
K
KD λ´= λ
物光与参考光在介质内的夹角为2θ， θ=(θ1- θ2)/2
再现：以平面波再现为例说明
必须满足 布喇格条件 Bragg Condition
布喇格条件：
K= KD - KC
2dsinθ =λ
KC是再现光的波矢，KD是衍射再 现光的波矢。
再现光的波长、入射方向、条纹的 周期之间必须满足该条件。
¾ 若再现光波与原参考波照完全相同
位相型高于振幅型
2、槽型的影响（透过率函数的类型）：
正弦型低于矩形型和锯齿型
t(x,y)
t(x,y)
t(x,y)
x
x
x
各种全息图 衍射效率 理论最大值
全息图类 型
调制方式
余弦振幅
平面全息图 余弦相位 矩形振幅 矩形相位
衍射效率
0.063
0.339
0.101
0.404
全息图类 型
调制方式
衍射效率
体积透射型
5.10 模压全息图
是一种全息图复制技术与印刷技术，类似于凹凸板印刷技术。 可使全息图大规模生产、商品化。
上世纪70年代末提出，80年代逐渐成熟、商品化, 美日欧。 American Banknote Holographic 公司首次为Visa公司和 MasterCard 公司生产的信用卡引入全息防伪技术．此后10多年 里，这种基于彩虹全息和像面全息的防伪技术，迅速得到应用， 如：货币、支票、卡证防伪，商品与商标防伪，及包装与装饰等 领域。并根据应用范围的不同，科研人员相继开发出衍射/干涉 光可变器件（Optical Variable Device, OVD)、光可变墨水等。 国内，86~87年开始，90年代迅速发展，一时多达上千家。 目前也有几十或近百家。
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光学扫描全息ppt课件
光学扫描全息的应用领域
扫描全息显微镜
细胞显微图
三维图像识别
人脸识别Biblioteka 犯罪识别人脸识别系统
三维光学遥感
对地球表面进行拍摄
三维电视
Holoscreen就是把这一 原理应用在了电视上。
看它後面的投影机相当
於光波资讯记录仪，它
的显示器就是用来显示
全息图的。它整个的萤 幕是由 10mm 厚的玻 璃制成。面积为 1.5m x 1.0m 长方形。 外面有一透明的材料覆
激光束技术
是日本Science and Technology公司发明了一种可以用激光束来投射实 体的3D影像，这种技术是利用氮气和氧气在空气中散开时，混合成的 气体变成灼热的浆状物质，并在空气中形成一个短暂的3D图像。这种 方法主要是不断在空气中进行小型爆破来实现的。
广东肇庆
激光技术用于武器制造
盖其上，面积比显示的
屏稍大一点，为 610mm x 814mm。从 图中可以看到 Holoscreen整个占的面 积比较大。它显示的画 面是在半空中。
光学扫描全息涉及两个部分。
1. 光学扫描 2. 光外差法
光学扫描的基本原理
光学扫描的基本原理是光学扫描仪或光学处理器 通过激光束扫描物体信息,光探测器接收所有扫描光 束并输出一个既可以存储又可以显示的电信息,至此, 光信息被转换成电信息。采用传统光学检测器不能 提取物光场的相位信息,然而全息图需要记录相位信 息。
光学扫描全息
主讲人：胡建
首先我们观看一段影片
他为什么可以消失？
他是神仙？
光学扫描全息
光学扫描全息是一种独特的实时全息技术,它使用简单的二维光学扫描 原理来获得一个三维物体的全息图,主要强调全息记录可以通过主动光 学扫描原理完成。
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。
全息照相基本原理 ppt课件
要成功地分离实像和虚像，必须选择合适的参考角 ，使
min
ppt课件
29
4. 孪生像完全分离的条件
ppt课件
18
6.2 同轴全息与离轴全息
一. 同轴全息图 1. 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.
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：
（1）由t0 项透过的一个强而均匀的平面波；
（2）由透射率变化 tx0 , y0 形成弱的散射波。
ppt课件
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1
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2
６.1 全息照相的原理 ( Principle of holography )
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——振幅、波长和相位对人体 视觉的作用。
光波的振幅反映了光的强弱，给人眼以物体明暗的感觉； 光波的波长反映了光波的频率，给人眼以色彩的感觉； 光波的相位反映了光波等相位面的形状，给人以立体的感觉。
用公式可以表示为：
tx0 , y0 t0 tx0 , y0
平均透射率，相 当于参考光，即 上图的直接透射 波。
表示在平均透射率上下的 变化，相当于物光波，即 图中的衍射波。
条件：t << t0
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投射到离物体距离为z0处的照相底片上的光强为：
Ix, y R Ox, y2
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 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。
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4. 孪生像完全分离的条件
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6.2 同轴全息与离轴全息
一. 同轴全息图 1. 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.
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：
（1）由t0 项透过的一个强而均匀的平面波；
（2）由透射率变化 tx0 , y0 形成弱的散射波。
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2
６.1 全息照相的原理 ( Principle of holography )
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——振幅、波长和相位对人体 视觉的作用。
光波的振幅反映了光的强弱，给人眼以物体明暗的感觉； 光波的波长反映了光波的频率，给人眼以色彩的感觉； 光波的相位反映了光波等相位面的形状，给人以立体的感觉。
用公式可以表示为：
tx0 , y0 t0 tx0 , y0
平均透射率，相 当于参考光，即 上图的直接透射 波。
表示在平均透射率上下的 变化，相当于物光波，即 图中的衍射波。
条件：t << t0
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投射到离物体距离为z0处的照相底片上的光强为：
Ix, y R Ox, y2
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 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。
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4第4章全息光学
二元计算全息图实例
灰阶计算全息图实例
全息图的实际应用
1、全息元件 全息透镜 2、全息立体显示 3、全息干涉计量 4、包装、防伪、全息加密存储 全息光栅
全息透镜
纪录
全息透镜
重现（成像）
全息透镜
原理： 干涉-衍射，从原理上说就像较为熟悉的菲涅耳波带片。 应用： 1、可以制成一种反射全息透镜，同时完成反射镜和透镜 的作用,这在减轻重量方面特别有效. 2、可以得到大的相对孔径 4、可以同时完成分光和扩束的作用. 3、色散补偿等方面
衍射像分离条件
衍射像分离条件
即
对纪录介质分辨率的要求
问题： 当物光波强度远小于参考波强度时，衍射像分离条件如何变化？
准傅里叶变换全息图（纪录）
准傅里叶变换全息图（纪录）
比较：上式与标准傅里叶变换全息图的光强分布几乎相同。 注意： 和 的区别。
问题：如何再现？
无透镜傅里叶变换全息图（纪录）
全息图上的光强分布
傅里叶变换计算全息图过程
制作主要过程 ——解析式 ——抽样 ——计算离散傅里叶谱 ——编码 ——制透明片 再现 传统光学形式
二元计算全息图罗曼编码法——抽样
总抽样点数 空间带宽积
二元计算全息图罗曼编码法——计算离散傅里叶谱
二元计算全息图罗曼编码法——编码
问题： 如何证明此编码方法的可行性？
罗曼编码法的可行性分析——实振幅分析
无透镜傅里叶变换全息图（再现）
再现的第三项
像全息图
纪录（再现）光路
特点
1、物点与像点一一对应
2、对照明光源的大小和单色性要求低
像全息图——再现照明光源单色性的影响
像全息图——再现时眼瞳的影响的影响
像全息图——再现照明光源大小的影响
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
2§2体全息§3位相全息§4衍射效率
只有 波长等于 记录光波长 的衍射光 才能满足 布喇格条件 ,得到物光的再现 即当 问题
λi = λ0
的单波长光能得以再现
再现像有何特点 ???
形象与物相同
单色
10
第二章 典型全息图介绍 一,透射型体积全息图 记录: 记录:
O O'
第2节
体积全息图
再现: 再现:
R C=R H H
观察
有何特点 ???
t(x,y)
x
x
27
x
第二章 典型全息图介绍
第4节
全息图的衍射效率
各种全息图 衍射效率 理论最大值
全息图类型
平 面 全 息 图
余弦振幅 余弦位相 矩形振幅 矩形位相
调制方式 衍射效率
0.063 .
0.339 .
0.101 .
0.404 .
全息图类型
体 积 透 射 型
余弦振幅 余弦位相
体 积 反 射 型
记录 光路 干涉条纹 趋向 再现 特点
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第二章 典型全息图介绍 何谓 布喇格条件 ?
第2节
体积全息图
Bragg
Condition
φ
θ /2
衍射光束必须满足双重条件 衍射光束必须满足双重条件
条件1
即
必须符合衍射原理
d sinφ =κ λ
必须满足反射定律 反射角 =
条件2
即
d
π/2-θ /2
结论:要满足 布喇格条件 结论: λ的值是 唯一的
H C=R O' 观察 H
13
有何特点 ???
第二章 典型全息图介绍
第2节
体积全息图
反射型体积全息图特点 记录 再现 物光和参考光在全息干板两侧 照明光与观察者在全息图同侧 平行于全息图表面
λi = λ0
的单波长光能得以再现
再现像有何特点 ???
形象与物相同
单色
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第二章 典型全息图介绍 一,透射型体积全息图 记录: 记录:
O O'
第2节
体积全息图
再现: 再现:
R C=R H H
观察
有何特点 ???
t(x,y)
x
x
27
x
第二章 典型全息图介绍
第4节
全息图的衍射效率
各种全息图 衍射效率 理论最大值
全息图类型
平 面 全 息 图
余弦振幅 余弦位相 矩形振幅 矩形位相
调制方式 衍射效率
0.063 .
0.339 .
0.101 .
0.404 .
全息图类型
体 积 透 射 型
余弦振幅 余弦位相
体 积 反 射 型
记录 光路 干涉条纹 趋向 再现 特点
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第二章 典型全息图介绍 何谓 布喇格条件 ?
第2节
体积全息图
Bragg
Condition
φ
θ /2
衍射光束必须满足双重条件 衍射光束必须满足双重条件
条件1
即
必须符合衍射原理
d sinφ =κ λ
必须满足反射定律 反射角 =
条件2
即
d
π/2-θ /2
结论:要满足 布喇格条件 结论: λ的值是 唯一的
H C=R O' 观察 H
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有何特点 ???
第二章 典型全息图介绍
第2节
体积全息图
反射型体积全息图特点 记录 再现 物光和参考光在全息干板两侧 照明光与观察者在全息图同侧 平行于全息图表面
信息光学第七章-光学全息ppt课件
引入一相干参考波，该参考波在H上产生 的复振幅分布为
R x,yr0x,yejrx,y
那么，两波相遇叠加的总光场是
U x ,y O x ,y R x ,y
对应的强度分布为
I x , y U x , y 2 O x , y 2 R x , y 2 O x , y R * x , y O * x , y R x , y
➢用共轭参考波照明
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
2、波前记录与再现
✓用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)，
全息图的透射光场分布为 U t x , y C t x , y C t b C O 2 C O R * C O * R U 1 U 2 U 3 U 4
4、基元全息图分析
✓全息图可看作是很多基元全息图的线性组合，了解基元全息图的结构和
作用对于深入理解整个全息图的记录和再现机理非常有益。 空域方法是把物体看作一些相干点源的集合，物光波前是所有点源发出的 球面波的线性叠加。每一个点源发出的球面波与参考波干涉，记录的基元 全息图称为基元波带片； 频域方法是把物光波看作由很多不同方向传播的平面波分量的线性叠加， 每一个平面波分量与参考平面波干涉而记录的基元全息图称为基元光栅。
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
1、引言
✓全息发展简史
➢ 1948年 Dennis Gabor 提出 “波前重现” 理论
目的：改善电子显微镜的分辨率 光源：汞灯 效果：因光源相干性差，效果很不明显
R x,yr0x,yejrx,y
那么，两波相遇叠加的总光场是
U x ,y O x ,y R x ,y
对应的强度分布为
I x , y U x , y 2 O x , y 2 R x , y 2 O x , y R * x , y O * x , y R x , y
➢用共轭参考波照明
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
2、波前记录与再现
✓用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)，
全息图的透射光场分布为 U t x , y C t x , y C t b C O 2 C O R * C O * R U 1 U 2 U 3 U 4
4、基元全息图分析
✓全息图可看作是很多基元全息图的线性组合，了解基元全息图的结构和
作用对于深入理解整个全息图的记录和再现机理非常有益。 空域方法是把物体看作一些相干点源的集合，物光波前是所有点源发出的 球面波的线性叠加。每一个点源发出的球面波与参考波干涉，记录的基元 全息图称为基元波带片； 频域方法是把物光波看作由很多不同方向传播的平面波分量的线性叠加， 每一个平面波分量与参考平面波干涉而记录的基元全息图称为基元光栅。
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
1、引言
✓全息发展简史
➢ 1948年 Dennis Gabor 提出 “波前重现” 理论
目的：改善电子显微镜的分辨率 光源：汞灯 效果：因光源相干性差，效果很不明显
光学课件 像面全息
5.7 像面全息（像全息）
——记录介质不是放在物光波的菲涅耳衍射场内，也不是 放在其频谱面上（即夫琅禾费衍射场内），而是放在像面 上。记录的是像面的光场分布。采用相干光（激光）记录， 可用非相干光（如白光）再现。
5.7.1 记录方式（制作方式）与再现观察（见5.7.4节）
1. 记录
方式1：用成像透镜对物体成像，再引入参考光波与像面光场 干涉：
若再现光源不是单色光，而是具有光谱展宽，其波长范围 为λ2—∆λ2，则一个物点的再现像将空间展宽，变成一个像斑， 在(x,y,z)方向的展宽分别为(∆xi,∆yi,∆zi)， 造成色散，色模糊。
(∆xi,∆yi,∆zi)与∆λ2有关，但当zo→0时，zi→0；从而有：
∆xi
=
∆λ2 λ1
⎛ ⎜
∓
⎝
xo zo
要想使再现像清楚，一方面要进一步减小⎪zo⎪，另一方面就 是要限制再现光源的光谱宽度。像面全息适合于平面物体或近 平面物体。
例5.7.1 P 138-139
像点位置公式：
⎧ ⎪
⎪
这是不考虑全息图 ⎪
zi
⎛ = ⎜⎜⎝
1 zp
±
λ2 1 ⎟⎟⎠
的像差，且认为全息图 尺寸无限大（即不考虑
⎪ ⎨
xi
⎪
= ∓ λ2 λ1
zi zo
xo
±
λ2 λ1
zi zr
xr +
zi zp
xp
全息图的有限孔径大小 引起的衍射时，得出的 结果。
此时，再现光源空间展宽对 再现像的影响小，造成的像 模糊也小。
(2) 像面全息，正是相当于zo→0，所以，再现光源的宽度对 再现像的质量影响很小，可用空间扩展光源再现。
——记录介质不是放在物光波的菲涅耳衍射场内，也不是 放在其频谱面上（即夫琅禾费衍射场内），而是放在像面 上。记录的是像面的光场分布。采用相干光（激光）记录， 可用非相干光（如白光）再现。
5.7.1 记录方式（制作方式）与再现观察（见5.7.4节）
1. 记录
方式1：用成像透镜对物体成像，再引入参考光波与像面光场 干涉：
若再现光源不是单色光，而是具有光谱展宽，其波长范围 为λ2—∆λ2，则一个物点的再现像将空间展宽，变成一个像斑， 在(x,y,z)方向的展宽分别为(∆xi,∆yi,∆zi)， 造成色散，色模糊。
(∆xi,∆yi,∆zi)与∆λ2有关，但当zo→0时，zi→0；从而有：
∆xi
=
∆λ2 λ1
⎛ ⎜
∓
⎝
xo zo
要想使再现像清楚，一方面要进一步减小⎪zo⎪，另一方面就 是要限制再现光源的光谱宽度。像面全息适合于平面物体或近 平面物体。
例5.7.1 P 138-139
像点位置公式：
⎧ ⎪
⎪
这是不考虑全息图 ⎪
zi
⎛ = ⎜⎜⎝
1 zp
±
λ2 1 ⎟⎟⎠
的像差，且认为全息图 尺寸无限大（即不考虑
⎪ ⎨
xi
⎪
= ∓ λ2 λ1
zi zo
xo
±
λ2 λ1
zi zr
xr +
zi zp
xp
全息图的有限孔径大小 引起的衍射时，得出的 结果。
此时，再现光源空间展宽对 再现像的影响小，造成的像 模糊也小。
(2) 像面全息，正是相当于zo→0，所以，再现光源的宽度对 再现像的质量影响很小，可用空间扩展光源再现。
《全息原理介绍》PPT课件
（1）C ( x , y ) = R ( x , y )，即原参考光再现 U’( x , y ) = R 0（O 0 2 + R 0 2）exp [ jφr ] + R 0 2 O 0 exp [ j φo]+ R 0 2 O 0 exp [ - j (φo - 2φr )]
第一、二项合并为一项，保留了参考光的信息 第三项与原物光波只增加了一个常数因子，再现了物光波，所成的
还应当注意到，在全息图上这四项是相互重叠在一起的 由于光是独立传播的，再现时在全息图上相互重叠的的四项
像称为原始像（虚象） 第四项为共轭项，它除了 与物波共轭外，还附加了 一个位相因子，因而这一 项成为畸变了的共轭像， 是实像
11
波前再现的几个特例(2)
（2）C ( x , y ) = R* ( x , y ) 采用与参考光共轭的光波再现 U’( x , y ) = R 0（O 0 2 + R 0 2）exp [- jφr ]
1960年第一台激光器问世，解决了相干光源问题， 1962年美国 科学家利思（Leith）和乌帕特尼克斯（Upatnieks）提出了离轴 全息图以后，全息技术的研究才获得突飞猛进的发展——，激光 记录、激光再现的离轴全息图，称为第二代全息
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
干涉场光振幅应是两者的相干叠加，H 上的总光场为干涉场光振幅应是两者的 相干叠加，H 上的总光场为 U(x,y)=O(x,y)+R(x,y)
干板记录的是干涉场的光强分布，曝光光强为 I ( x , y ) = U ( x , y )·U * ( x , y ) =∣O∣2 +∣R∣2 + O·R* + O*·R
第一、二项合并为一项，保留了参考光的信息 第三项与原物光波只增加了一个常数因子，再现了物光波，所成的
还应当注意到，在全息图上这四项是相互重叠在一起的 由于光是独立传播的，再现时在全息图上相互重叠的的四项
像称为原始像（虚象） 第四项为共轭项，它除了 与物波共轭外，还附加了 一个位相因子，因而这一 项成为畸变了的共轭像， 是实像
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波前再现的几个特例(2)
（2）C ( x , y ) = R* ( x , y ) 采用与参考光共轭的光波再现 U’( x , y ) = R 0（O 0 2 + R 0 2）exp [- jφr ]
1960年第一台激光器问世，解决了相干光源问题， 1962年美国 科学家利思（Leith）和乌帕特尼克斯（Upatnieks）提出了离轴 全息图以后，全息技术的研究才获得突飞猛进的发展——，激光 记录、激光再现的离轴全息图，称为第二代全息
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
干涉场光振幅应是两者的相干叠加，H 上的总光场为干涉场光振幅应是两者的 相干叠加，H 上的总光场为 U(x,y)=O(x,y)+R(x,y)
干板记录的是干涉场的光强分布，曝光光强为 I ( x , y ) = U ( x , y )·U * ( x , y ) =∣O∣2 +∣R∣2 + O·R* + O*·R
光学全息技术原理教学课件(一)
光学全息技术原理教学课件(一)光学全息技术原理教学课件光学全息技术是一项前沿方法，其应用范围非常广泛，包括图像处理、物体检测、光学数据存储等领域。
要有效学习光学全息技术，需要具备系统的知识体系。
而一篇关于光学全息技术原理的教学课件便是非常重要的一环。
一、课件概述光学全息技术原理课件应包含以下内容：1. 全息技术概述：全息技术的发展史、原理、应用领域。
2. 全息记录介质：全息技术常用的介质以及每种介质的优缺点。
3. 全息记录过程：全息图的构成、记录条件、全息图的类型等。
4. 全息图重建：全息图的重要性、重建机理、重建方式等。
5. 全息技术的应用：全息技术在不同领域的应用以及发展趋势。
二、课件重点1. 全息图构成：全息图由参考光和物体光相干叠加形成。
在全息图中，参考光为特定光源的光，而物体光为物体对光源的反射或透射，两者之间的干涉产生全息图。
全息图可以分为透明全息和反射全息。
2. 全息记录过程：全息图的记录需要在指定的环境和条件下进行。
在记录过程中，全息介质必须具有透明性或反光性，同时光的波长必须在介质内有透射或反射。
为了记录出高质量的全息图，需要注意光源、介质类型、拍摄距离等方面的要素。
3. 全息图重建：如何有效重构全息图是全息技术学习的重要部分之一。
重建方法包括共轭重建、逆变换、Fourier变换等。
选用何种方法，取决于记录的三维模型大小、全息介质的类型及记录条件等。
三、课件亮点1. 图像化：结合丰富的图像、矢量图以及演示视频，直观呈现全息技术原理，如全息图的构成、透明全息和反射全息的特点，以及不同重建方法的应用等。
使学生能够直接了解全息技术的整个学习过程和原理。
2. 交互性：优秀的课件应该是能够与学生进行互动交流的。
所以，在设计课件时要考虑到学习者的批判性思维和学习方法，为了吸引学生的注意力，应该让课件变得趣味化，尝试集成学生互动答题的功能，以提高他们的参与度和学习兴趣。
3. 实验室操作：在理论教学之余，必须要摆脱理论的束缚，让学生实际操作，从中学习。