光学信息处理教案第二章.ppt
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85463879第二章第二章OpticalHolograph光学全息1.光学全息概述1.光学全息概述a.a.光学全息的发展光学全息的发展1.光学全息概述a.a.光学全息的发展光学全息的发展发明人:
英籍匈牙利人发明人:
英籍匈牙利人丹尼斯盖伯丹尼斯盖伯(DennisGabor)DennisGabor)发明时间:
发明时间:
19481948年年1.光学全息概述b.b.光学全息的分类光学全息的分类1.光学全息概述b.b.光学全息的分类光学全息的分类1.1.第一代光学全息:
第一代光学全息:
同轴同轴全息,采用全息,采用汞灯汞灯记录记录和再现,和再现,单色性差单色性差,11级级重叠重叠,观察,观察模糊模糊。
1.光学全息概述b.b.光学全息的分类光学全息的分类1.1.第一代光学全息:
第一代光学全息:
同轴同轴全息,采用全息,采用汞灯汞灯记录记录和再现,和再现,单色性差单色性差,11级级重叠重叠,观察,观察模糊模糊。
2.2.第二代光学全息:
第二代光学全息:
离轴离轴全息,采用全息,采用激光激光记录记录和再现,和再现,单色性好单色性好,11级级分离分离,观察,观察清楚清楚。
1.光学全息概述b.b.光学全息的分类光学全息的分类1.1.第一代光学全息:
第一代光学全息:
同轴同轴全息,采用全息,采用汞灯汞灯记录记录和再现,和再现,单色性差单色性差,11级级重叠重叠,观察,观察模糊模糊。
2.2.第二代光学全息:
第二代光学全息:
离轴离轴全息,采用全息,采用激光激光记录记录和再现,和再现,单色性好单色性好,11级级分离分离,观察,观察清楚清楚。
3.3.第三代光学全息:
第三代光学全息:
离轴离轴全息,采用全息,采用激光激光记录记录和和白光白光再现,再现,色彩色彩丰富丰富,实用性好实用性好。
1.光学全息概述b.b.光学全息的分类光学全息的分类1.1.第一代光学全息:
第一代光学全息:
同轴同轴全息,采用全息,采用汞灯汞灯记录记录和再现,和再现,单色性差单色性差,11级级重叠重叠,观察,观察模糊模糊。
2.2.第二代光学全息:
第二代光学全息:
离轴离轴全息,采用全息,采用激光激光记录记录和再现,和再现,单色性好单色性好,11级级分离分离,观察,观察清楚清楚。
3.3.第三代光学全息:
第三代光学全息:
离轴离轴全息,采用全息,采用激光激光记录记录和和白光白光再现,再现,色彩色彩丰富丰富,实用性好实用性好。
4.4.第四代光学全息:
采用第四代光学全息:
采用白光白光记录和记录和白光白光再现再现,色彩色彩丰富丰富,实用前景实用前景。
2.波前的记录与再现2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录1.波前记录的方法波前记录的方法2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录1.波前记录的方法波前记录的方法干涉法干涉法。
2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录1.波前记录的方法波前记录的方法干涉法干涉法。
通过已知通过已知参考光参考光与与物光波物光波在探测区域进行在探测区域进行干涉干涉,使使原物光波的位相信息转换成干涉场的光强变化信原物光波的位相信息转换成干涉场的光强变化信息,从而可用探测器或记录介质息,从而可用探测器或记录介质探测或记录探测或记录下来下来。
2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录1.波前记录的方法波前记录的方法干涉法干涉法。
通过已知通过已知参考光参考光与与物光波物光波在探测区域进行在探测区域进行干涉干涉,使使原物光波的位相信息转换成干涉场的光强变化信原物光波的位相信息转换成干涉场的光强变化信息,从而可用探测器或记录介质息,从而可用探测器或记录介质探测或记录探测或记录下来下来。
干涉的充要条件干涉的充要条件?
2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录1.波前记录的方法波前记录的方法干涉法干涉法。
通过已知通过已知参考光参考光与与物光波物光波在探测区域进行在探测区域进行干涉干涉,使使原物光波的位相信息转换成干涉场的光强变化信原物光波的位相信息转换成干涉场的光强变化信息,从而可用探测器或记录介质息,从而可用探测器或记录介质探测或记录探测或记录下来下来。
干涉的充要条件干涉的充要条件:
参考光与物光波的:
参考光与物光波的波长相同波长相同;2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录1.波前记录的方法波前记录的方法干涉法干涉法。
通过已知通过已知参考光参考光与与物光波物光波在探测区域进行在探测区域进行干涉干涉,使使原物光波的位相信息转换成干涉场的光强变化信原物光波的位相信息转换成干涉场的光强变化信息,从而可用探测器或记录介质息,从而可用探测器或记录介质探测或记录探测或记录下来下来。
干涉的充要条件干涉的充要条件:
参考光与物光波的:
参考光与物光波的波长相同波长相同;有固定的初始位相;有固定的初始位相;2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录1.波前记录的方法波前记录的方法干涉法干涉法。
通过已知通过已知参考光参考光与与物光波物光波在探测区域进行在探测区域进行干涉干涉,使使原物光波的位相信息转换成干涉场的光强变化信原物光波的位相信息转换成干涉场的光强变化信息,从而可用探测器或记录介质息,从而可用探测器或记录介质探测或记录探测或记录下来下来。
干涉的充要条件干涉的充要条件:
参考光与物光波的:
参考光与物光波的波长相同波长相同;有固定的初始位相;有固定的初始位相;振动方向相同。
振动方向相同。
2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录1.波前记录的方法波前记录的方法干涉法干涉法。
通过已知通过已知参考光参考光与与物光波物光波在探测区域进行在探测区域进行干涉干涉,使使原物光波的位相信息转换成干涉场的光强变化信原物光波的位相信息转换成干涉场的光强变化信息,从而可用探测器或记录介质息,从而可用探测器或记录介质探测或记录探测或记录下来下来。
干涉的充要条件干涉的充要条件:
参考光与物光波的:
参考光与物光波的波长相同波长相同;有固定的初始位相;有固定的初始位相;振动方向相同。
振动方向相同。
干涉的必要条件干涉的必要条件?
2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录1.波前记录的方法波前记录的方法干涉法干涉法。
通过已知通过已知参考光参考光与与物光波物光波在探测区域进行在探测区域进行干涉干涉,使使原物光波的位相信息转换成干涉场的光强变化信原物光波的位相信息转换成干涉场的光强变化信息,从而可用探测器或记录介质息,从而可用探测器或记录介质探测或记录探测或记录下来下来。
干涉的充要条件干涉的充要条件:
参考光与物光波的:
参考光与物光波的波长相同波长相同;有固定的初始位相;有固定的初始位相;振动方向相同。
振动方向相同。
干涉的必要条件干涉的必要条件:
参考光与物光波:
参考光与物光波必须相遇必须相遇;2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录1.波前记录的方法波前记录的方法干涉法干涉法。
通过已知通过已知参考光参考光与与物光波物光波在探测区域进行在探测区域进行干涉干涉,使使原物光波的位相信息转换成干涉场的光强变化信原物光波的位相信息转换成干涉场的光强变化信息,从而可用探测器或记录介质息,从而可用探测器或记录介质探测或记录探测或记录下来下来。
干涉的充要条件干涉的充要条件:
参考光与物光波的:
参考光与物光波的波长相同波长相同;有固定的初始位相;有固定的初始位相;振动方向相同。
振动方向相同。
干涉的必要条件干涉的必要条件:
参考光与物光波:
参考光与物光波必须相遇必须相遇;振幅要相近振幅要相近。
2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录),(exp),(),(yxjyxRyxR参考光的复振幅:
参考光的复振幅:
2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录),(exp),(),(yxjyxRyxR),(exp),(),(yxjyxOyxO参考光的复振幅:
参考光的复振幅:
物光波的复振幅:
物光波的复振幅:
2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录),(exp),(),(yxjyxRyxR),(exp),(),(yxjyxOyxO),(),(),(yxOyxRyxH参考光的复振幅:
参考光的复振幅:
物光波的复振幅:
物光波的复振幅:
干板平面的光场复振幅:
干板平面的光场复振幅:
2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录),(exp),(),(yxjyxRyxR),(exp),(),(yxjyxOyxO),(),(),(yxOyxRyxH参考光的复振幅:
参考光的复振幅:
物光波的复振幅:
物光波的复振幅:
干板平面的光场复振幅:
干板平面的光场复振幅:
干板平面的光强:
干板平面的光强:
2),(),(yxHyxI2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录),(exp),(),(yxjyxRyxR),(exp),(),(yxjyxOyxO),(),(),(yxOyxRyxH),(),(),(),(),(),(*yxOyxRyxOyxRyxOyxR22参考光的复振幅:
参考光的复振幅:
物光波的复振幅:
物光波的复振幅:
干板平面的光场复振幅:
干板平面的光场复振幅:
干板平面的光强:
干板平面的光强:
2),(),(yxHyxI2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录),(exp),(),(yxjyxRyxR),(exp),(),(yxjyxOyxO),(),(),(yxOyxRyxH),(),(),(),(),(),(*yxOyxRyxOyxRyxOyxR22),(),(cos),(),(),(),(yxyxyxOyxRyxOyxR222参考光的复振幅:
参考光的复振幅:
物光波的复振幅:
物光波的复振幅:
干板平面的光场复振幅:
干板平面的光场复振幅:
干板平面的光强:
干板平面的光强:
2),(),(yxHyxI2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录),(),(cos),(),(),(),(yxyxyxOyxRyxOyxRI222分析:
分析:
2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录),(),(cos),(),(),(),(yxyxyxOyxRyxOyxRI222分析:
分析:
当当R(x,y),(x,y)一定一定,(x,y)变化导致变化导致I(x,y)变变化化,即可用记录干涉场光强的办法记录物光波的相即可用记录干涉场光强的办法记录物光波的相位。
位。
2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录2),(yxO),(),(cos),(),(),(),(yxyxyxOyxRyxOyxRI222分析:
分析:
是一个未确定的可变因素,应尽是一个未确定的可变因素,应尽量降低该因素的影响。
量降低该因素的影响。
当当R(x,y),(x,y)一定一定,(x,y)变化导致变化导致I(x,y)变变化化,即可用记录干涉场光强的办法记录物光波的相即可用记录干涉场光强的办法记录物光波的相位。
位。
2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录2),(yxO),(),(cos),(),(),(),(yxyxyxOyxRyxOyxRI222分析:
分析:
是一个未确定的可变因素,应尽是一个未确定的可变因素,应尽量降低该因素的影响。
量降低该因素的影响。
当当R(x,y),(x,y)一定一定,(x,y)变化导致变化导致I(x,y)变变化化,即可用记录干涉场光强的办法记录物光波的相即可用记录干涉场光强的办法记录物光波的相位。
位。
具体具体办法办法?
2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录足够大),(),(),(),(yxOyxRyxOyxR2),(yxO),(),(cos),(),(),(),(yxyxyxOyxRyxOyxRI222分析:
分析:
是一个未确定的可变因素,应尽是一个未确定的可变因素,应尽量降低该因素的影响。
量降低该因素的影响。
当当R(x,y),(x,y)一定一定,(x,y)变化导致变化导致I(x,y)变变化化,即可用记录干涉场光强的办法记录物光波的相即可用记录干涉场光强的办法记录物光波的相位。
位。
具体具体办法办法:
2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录足够大),(),(),(),(yxOyxRyxOyxR),(yxO2),(yxO),(),(cos),(),(),(),(yxyxyxOyxRyxOyxRI222分析:
分析:
是一个未确定的可变因素,应尽是一个未确定的可变因素,应尽量降低该因素的影响。
量降低该因素的影响。
当当R(x,y),(x,y)一定一定,(x,y)变化导致变化导致I(x,y)变变化化,即可用记录干涉场光强的办法记录物光波的相即可用记录干涉场光强的办法记录物光波的相位。
位。
充分大时,充分大时,无法有效记录物光波的位相无法有效记录物光波的位相信息。
信息。
具体具体办法办法:
2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录2.探测探测2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录探测全息采用探测全息采用银盐感光干板银盐感光干板。
2.探测探测2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录探测全息采用探测全息采用银盐感光干板银盐感光干板。
2.探测探测将其置于干涉区域,经将其置于干涉区域,经曝曝光光后后,在暗室中在暗室中显影显影、定影定影、烘干烘干等处理等处理,得到全息图得到全息图2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录探测全息采用探测全息采用银盐感光干板银盐感光干板。
2.探测探测3.记录材料的感光性能对记录的影记录材料的感光性能对记录的影响响将其置于干涉区域,经将其置于干涉区域,经曝曝光光后后,在暗室中在暗室中显影显影、定影定影、烘干烘干等处理等处理,得到全息图得到全息图2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录探测全息采用探测全息采用银盐感光干板银盐感光干板。
2.探测探测3.记录材料的感光性能对记录的影记录材料的感光性能对记录的影响响通常的全息通常的全息感光干板是由细微粒卤化银乳胶涂感光干板是由细微粒卤化银乳胶涂敷的超微粒干板。
敷的超微粒干板。
将其置于干涉区域,经将其置于干涉区域,经曝曝光光后后,在暗室中在暗室中显影显影、定影定影、烘干烘干等处理等处理,得到全息图得到全息图2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录探测全息采用探测全息采用银盐感光干板银盐感光干板。
2.探测探测3.记录材料的感光性能对记录的影记录材料的感光性能对记录的影响响通常的全息通常的全息感光干板是由细微粒卤化银乳胶涂感光干板是由细微粒卤化银乳胶涂敷的超微粒干板。
敷的超微粒干板。
将其置于干涉区域,经将其置于干涉区域,经曝曝光光后后,在暗室中在暗室中显影显影、定影定影、烘干烘干等处理等处理,得到全息图得到全息图引入一个记录材料的振幅透过率函数引入一个记录材料的振幅透过率函数t(x,y),通通常是曝光量常是曝光量E(x,y)的函数的函数2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录探测全息采用探测全息采用银盐感光干板银盐感光干板。
2.探测探测3.记录材料的感光性能对记录的影记录材料的感光性能对记录的影响响通常的全息通常的全息感光干板是由细微粒卤化银乳胶涂感光干板是由细微粒卤化银乳胶涂敷的超微粒干板。
敷的超微粒干板。
将其置于干涉区域,经将其置于干涉区域,经曝曝光光后后,在暗室中在暗室中显影显影、定影定影、烘干烘干等处理等处理,得到全息图得到全息图引入一个记录材料的振幅透过率函数引入一个记录材料的振幅透过率函数t(x,y),通通常是曝光两常是曝光两E(x,y)的函数,即:
的函数,即:
),(),(yxEfyxt2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录用级数展开:
用级数展开:
),(),(),(),(yxEayxEayxEaayxEfnn22102.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录用级数展开:
用级数展开:
实际记录时,曝光量为:
实际记录时,曝光量为:
),(),(),(),(yxEayxEayxEaayxEfnn2210),(),(yxIyxE0代入得:
代入得:
2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录用级数展开:
用级数展开:
实际记录时,曝光量为:
实际记录时,曝光量为:
),(),(),(),(yxEayxEayxEaayxEfnn2210),(),(yxIyxE0代入得:
代入得:
nnyxEayxEayxEaayxt),(),(),(),(02020102.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录用级数展开:
用级数展开:
实际记录时,曝光量为:
实际记录时,曝光量为:
),(),(),(),(yxEayxEayxEaayxEfnn2210),(),(yxIyxE0代入得:
代入得:
nnyxIayxIayxIaayxt),(),(),(),(0202010分析讨论:
分析讨论:
2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录时,无法有效记录当01a用级数展开:
用级数展开:
实际记录时,曝光量为:
实际记录时,曝光量为:
),(),(),(),(yxEayxEayxEaayxEfnn2210),(),(yxIyxE0代入得:
代入得:
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分析讨论:
2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录时,无法有效记录当01a用级数展开:
用级数展开:
实际记录时,曝光量为:
实际记录时,曝光量为:
),(),(),(),(yxEayxEayxEaayxEfnn2210),(),(yxIyxE0代入得:
代入得:
nnyxIayxIayxIaayxt),(),(),(),(0202010分析讨论:
分析讨论:
使相位信息呈非线性变化,记录将会代入附加振幅时当,032naaa2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录),(),(yxEaayxt10的全息干板,使:
因此要选择线性度较好2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录),(),(yxEaayxt10的全息干板,使:
因此要选择线性度较好坏的一个重要因素。
曝光时间是记录全息好2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录1E如图是真实感光干板负片的如图是真实感光干板负片的t-E曲线,当曲线,当I(x,y)一定,要一定,要想确保能线性记录全息图,想确保能线性记录全息图,E应落在应落在(E1,E2)线性区域内线性区域内),(),(yxEaayxt10的全息干板,使:
因此要选择线性度较好坏的一个重要因素。
曝光时间是记录全息好2E1t2t2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录1E如图是真实感光干板负片的如图是真实感光干板负片的t-E曲线,当曲线,当I(x,y)一定,要一定,要想确保能线性记录全息图,想确保能线性记录全息图,E应落在应落在(E1,E2)线性区域内线性区域内素也是影响记录的重要因艺显影、定影、烘干等工),(),(yxEaayxt10的全息干板,使:
因此要选择线性度较好坏的一个重要因素。
曝光时间是记录全息好2E1t2t2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录4.线性记录的光波场线性记录的光波场2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录4.线性记录的光波场线性记录的光波场),(),(),(),(),(),(),(*yxOyxRyxOyxRyxOyxRyxI222.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录4.线性记录的光波场线性记录的光波场),(),(),(),(),(),(),(*yxOyxRyxOyxRyxOyxRyxI22),(),(yxEaayxt102.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录4.线性记录的光波场线性记录的光波场),(),(),(),(),(),(),(*yxOyxRyxOyxRyxOyxRyxI22),(),(yxEaayxt10),(yxIaa0102.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录),(),(),(),(),(),(*yxOyxRyxOyxRyxOyxRaa220104.线性记录的光波场线性记录的光波场),(),(),(),(),(),(),(*yxOyxRyxOyxRyxOyxRyxI22),(),(yxEaayxt10),(yxIaa0102.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录),(),(),(),(),(),(*yxOyxRyxOyxRyxOyxRaa220104.线性记录的光波场线性记录的光波场),(),(),(),(),(),(),(*yxOyxRyxOyxRyxOyxRyxI22),(),(yxEaayxt10),(yxIaa010),(),(),(),(),(),(*yxOyxRyxOyxRyxOayxRaa20120102.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录),(),(),(),(),(),(*yxOyxRyxOyxRyxOyxRaa220104.线性记录的光波场线性记录的光波场),(),(),(),(),(),(),(*yxOyxRyxOyxRyxOyxRyxI22),(),(yxEaayxt10),(yxIaa010),(),(),(),(),(),(*yxOyxRyxOyxRyxOayxRaa2012010),(),(),(),(),(*yxOyxRyxOyxRyxOtt2102.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录),(),(),(),(),(),(*yxOyxRyxOyxRyxOyxRaa220104.线性记录的光波场线性记录的光波场),(),(),(),(),(),(),(*yxOyxRyxOyxRyxOyxRyxI22),(),(yxEaayxt10),(yxIaa010),(),(),(),(),(),(*yxOyxRyxOyxRyxOayxRaa2012010),(),(),(),(),(*yxOyxRyxOyxRyxOtt210背景光背景光2.波前的记录与再现a.波前的记录波前的记录),(),(),(),(),(),(*yxOyxRyxOyxRyxOyxRaa220104.线性记录的光波场线性记录的光波场),(),(),(),(),(),(),(*yxOyxRyxOyxRyxOyxRyxI22),(),(yxEaayxt10),(yxIaa010),(),(),(),(),(),(*yxOyxRyxOyxRyxOayxRaa2012010),(),(),(),(),(*yxOyxRyxOyxRyxOtt210背景光背景光物光波信息物光波信息2.波前的记录与再现b.波前的再波前的再现现2.波前的记录与再现b.波前的再波前的再现现1.波前的再现方法波前的再现方法2.波前的记录与再现b.波前的再波前的再现现1.波前的再现方法波前的再现方法相干光波的衍射相干光波的衍射2.波前的记录与再现b.波前的再波前的再现现1.波前的再现方法波前的再现方法相干光波的衍射相干光波的衍射用一束相干光波照射全息干板,假设它在全息干用一束相干光波照射全息干板,假设它在全息干板上的复振幅分布为:
,则透过全息板上的复振幅分布为:
,则透过全息干板干板的光场分布为:
的光场分布为:
),(yxC),(),(),(yxtyxCyxU2.波前的记录与再现b.波前的再波前的再现现1.波前的再现方法波前的再现方法相干光波的衍射相干光波的衍射用一束相干光波照射全息干板,假设它在全息干用一束相干光波照射全息干板,假设它在全息干板上的复振幅分布为:
,则透过全息板上的复振幅分布为:
,则透过全息干板干板的光场分布为:
的光场分布为:
),(yxC),(),(),(yxtyxCyxU),(),(),(),(),(),(*yxOyxRyxOyxRyxOttyxC2102.波前的记录与再现b.波前的再波前的再现现1.波前的再现方法波前的再现方法相干光波的衍射相干光波的衍射用一束相干光波照射全息干板,假设它在全息干用一束相干光波照射全息干板,假设它在全息干板上的复振幅分布为:
,则透过全息板上的复振幅分布为:
,则透过全息干板干板的光场分布为:
的光场分布为:
),(yxC),(),(),(yxt
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