东华大学：《光全息存储》课程教学资源（PPT课件讲稿）第2章 全息存储原理

第二章全息存储的基本原理 引言 21全息图的基本描述 22菲涅耳全息图 23像面全息图 24傅立叶变换全息图 25体积全息图

第二章 全息存储的基本原理 引言 2.1 全息图的基本描述 2.2 菲涅耳全息图 2.3 像面全息图 2.4 傅立叶变换全息图 2.5 体积全息图

引言 物体的全部信息(振幅和相位) 全息术是利用光的干涉和衍射原理,将物体 发射的特定光波以干涉条纹的形式记录下来, 并在一定的条件下使其再现,形成原物体逼 真的立体像

引言 ◼ 物体的全部信息（振幅和相位） ◼ 全息术是利用光的干涉和衍射原理，将物体 发射的特定光波以干涉条纹的形式记录下来， 并在一定的条件下使其再现，形成原物体逼 真的立体像

全息术的发展 ■分为四个阶段: (1)是用汞灯作光源,摄制同轴全息图,称为第 代全息。 (2)是用激光记录、激光再现的离轴全息图,称为 第二代全息。 (3)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。 (4)是用白光记录、白光再现的全息图,称为第四 代全息

全息术的发展 ◼ 分为四个阶段： （1）是用汞灯作光源，摄制同轴全息图，称为第一 代全息。 （2）是用激光记录、激光再现的离轴全息图，称为 第二代全息。 （3）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。 （4）是用白光记录、白光再现的全息图，称为第四 代全息

2.1全息图的基本描述 2.1.1全息图的记录与再现 ■2.12全息图的分类

2.1 全息图的基本描述 ◼ 2.1.1 全息图的记录与再现 ◼ 2.1.2 全息图的分类

21.1全息图的记录与再现 全息图能够记录物体的全部信息(振幅和相 位),实现方法:当两束光相干涉时,其干 涉场分布(包括干涉条纹的形状、疏密及明 暗分布)与这两束光的波面特性(振幅及相 位)密切相关。干涉场的分布与波面相位是 对应的。因此,利用干涉场的条纹可以 记录物体的全部信息。 全息图的记录实际上就是物光与参考光的干 涉(形成干涉条纹)过程

2.1.1 全息图的记录与再现 ◼ 全息图能够记录物体的全部信息（振幅和相 位），实现方法：当两束光相干涉时，其干 涉场分布（包括干涉条纹的形状、疏密及明 暗分布）与这两束光的波面特性（振幅及相 位）密切相关。干涉场的分布与波面相位是 一一对应的。因此，利用干涉场的条纹可以 记录物体的全部信息。 ◼ 全息图的记录实际上就是物光与参考光的干 涉（形成干涉条纹）过程

全息图的记录 L1 R H 激光器 图2.1全息图的记录光路

全息图的记录

数学模型 全息图平面上设置(X,y)坐标,设物光和参 考光的复振幅分别为 O(x, y)=O(x, y)exp[j%(x,y)J (2-1) R(x, y)=Ro(x, y)exp[jPR(I,y)J (2-2) 则物光波和参考光波在记录介质平面上叠加后的光强发布为 ICC, y)=(0+R)(O*+R")=OO*+RR+OR*+O*R (O2+R2)+OoRoexplj(40-PR)] +ooroexpl-j(o-R) =02+ R2+20 Rocos(% pR) (2-3) 式中第一、二项合起来是背景强度;第三项的大小是周期性变化 的,引起明暗条纹的出现

数学模型 ◼ 全息图平面上设置（x，y）坐标，设物光和参 考光的复振幅分别为

假若用全息干板作为记录介质,那么在线性记录条件下,对 于透射全息图,其特性可用振幅透射系数Tn(x,y)表示为 TH(r, y)=to+ stl +B[O+R8+2 CoRcoS(9-9)](2-4) 式中,τ是未曝光全息干板的透射系数;βB是综合常数或全息感光 度,其值等于T-E曲线直线部分的斜率(将在第三章中介绍),正、 负片的β值分别为正、负值;E为曝光量,其值等于曝光强度Ⅰ与 曝光时间t的乘积,即 e=t

全息图的再现 波前再现过程一般是用与原参考光波相似的光波(称为照明 再现光波)照射全息图[见图2.2(a)],该光波可表示为 C(x, y)=Co(x, y)exp[jg(r, y)J (2-5) 透过全息图的光波复振幅为CTH。当不考虑光能的分配而只研究 衍射波的特点时,可忽略其中的常数项,并将其复振幅记为1,这 样透过全息图的光波复振幅可简单地写为 W(x,y)=CTH∝CI=C(OO*+RR+OR+O‘R) A C(0%+RO)exp(jg)+CoroOexpLj(g-)] +CRO“exp[j(ge+g) (2-6) ■(2-6)式的物理意义

全息图的再现 ◼ （2-6）式的物理意义

(2-6)式的物理意义 W(x, y)=CTH OC CI= C(O0*trR*+OR+O*r) =C(02+ R])exp(jg)+CoRoOexpLj(Pc-PR)J +CRO·expj(9+g) (2-6) ■第一项与再现光相似,它具有与C(xy)完全相 同的位相分布,只是振幅分布不同,因而它 将以与再现光C(xy)相同的方式传播。称为直 射光波或0级光波 ■第二项包含有物的相位信息,为原始像光波 或+1级衍射光波。但还含有附加相位 第三项包含有物的共轭相位信息,称为共轭 像光波或-1级衍射光波

（2-6）式的物理意义 ◼ 第一项与再现光相似，它具有与C(x,y)完全相 同的位相分布，只是振幅分布不同，因而它 将以与再现光C(x,y)相同的方式传播。称为直 射光波或0级光波。 ◼ 第二项包含有物的相位信息，为原始像光波 或+1级衍射光波。但还含有附加相位。 ◼ 第三项包含有物的共轭相位信息，称为共轭 像光波或-1级衍射光波