第六章 全息照相

第六章 全息照相§1 全息照相的理论依据和过程1.人眼看见物体的条件(1)存在一个物体 (2)物体被照明或发光 (3)物光波入射到眼睛里 理论依据：只要有物光波入射到眼睛里， 就可以看到栩栩如生的物体， 不必一定要存在真实的物体。

2.全息图可以记录物体的全部信息干涉记录装置如图所示

记录的是物光波和参考光波之间的干涉图 直接看全息图只是布满干涉条纹的图像 干涉条纹的反衬度记录了物光波的振幅 分布信息，即物体的亮暗信息。 干涉条纹的几何特征(形状、间距等) 记录了物光波的位相分布信息， 即物体的远近位置信息

3.衍射释放了物体的全部信息衍射释放装置如图所示： 使用参考光波照射 冲洗好的全息图

可以观察到： 一幅非常逼真的 原物形象悬空地 再现在全息图后面

4.普通照相与全息照相的对比全息照相 以干涉和衍射 规律为基础 记录的是物体发光的强 弱和远近信息 物体与底片之间点 物像之间点点对应关系 面对应关系 二维平面图像 三维立体图像 非相干光源 相干光源(激光) 普通照相 以几何光学 规律为基础 记录的是物体发光 的强弱信息

§2 全息照相的原理1.物光波和参考光波的表达式 物光波： E E exp(i )Oj Oj Oj

EO EOj EOj exp(i Oj ) EO exp(i O )

参考光波： E

R

ER exp(i R )

2.干涉记录在全息图上的相干光强分布

E ) ( E* E* ) I ( EO R O R E* E E* E E* E E* EO O R R O R R O

E* E E* E E EO R R O2 O 2 R

E E EO ER exp(i ( O R ))2 O 2 R

EO ER exp(i ( R O ))

3.复振幅透过率函数1)衍射系统的结构和三个波前

E1 E2

E

衍射系统：由光源、照明空间、衍射屏、 衍射空间和接收屏幕组成

E1 E2

E

三个波前：入射场：E ( x, y ) 1

透射场(或反射场):E2 ( x, y ) 接收场：E ( x, y )

2)形成衍射的两个过程： (1)E1 ( x, y ) 经衍射屏转化成 E2 ( x, y ) (2) 2 ( x, y ) 在空间传播，到达接收屏幕后 E 汇聚成 E ( x, y ) 3)复振幅透过率函数 衍射屏的作用可以用复振幅透过率函数表征： E2 ( x, y ) t ( x, y ) E1 ( x, y )

~ 振幅型透过率函数 t ( x, y)的辐角为常数例如：透射式光栅是振幅型衍射屏 1; x a / 2 ~ t ( x, y) 0; x a / 2

~ 位相型透过率函数 t ( x, y)的模为常数例如：透镜是位相型衍射屏

4)以单缝衍射为例说明衍射所经历的两个过程 1; x a / 2 ~ (1) t ( x, y) 0; x a / 2

E2 ( x, y ) t ( x, y ) E1 ( x, y )

E1 ; x a / 2 E2 0; x a / 2

C E eikr dx C a / 2 E eikr dx (2) E 2 1 0 a / 2

Ca sin eikr0 E

4.物光波的记录(1)干涉曝光

(2)线性冲洗 得到全息图的透过率函数：

0 为正片， 0 为负片。

~ t I t 0 2 2 * E E* E ) t0 ( EO ER ER O O R

把物光波 Eo 和它的共轭波 Eo*记录在 全息片上了

5.物光波的衍射再现 用一束光波 ER 照明全息底片

则从全息图输出的透射波为：

E t (t E 2 E 2 ) E ET R 0 R O R

(t E 2 E 2 ) E ET 0 R O R' R ' R

E* E E E E* ER R O R R O

ER ER exp[i( R )]EO * ER ER exp[i( R )]EO