全息显示的应用.
全息图平面上函数的抽样数不得少于物函数的抽样数
信息的编码
到达全息图的物光波通常呈现为复数形式,包括振幅信息和位相 信息
计算全息在“锁定”位相信息方面可以通过两种途径
一种途径是对光全息术的计算机仿真,用计算机算出全息图上参 考光波与物光波的干涉条纹分布函数,这种编码方式称为干涉型 编码方式,用这种方法制作的全息图称为干涉型计算全息图。 另一种编码方式是计算全息所特有的,称为迂回位相法。
物信息的处理
光波从物到全息图,必然经过一个传播过程,而到达全息图的光 场复振幅函数必然对应于物函数的某种变换,物信息的处理是指 由计算机完成物函数的这种变换,对于不同的全息图,变换的内 容是不同的 对于傅里叶变换全息图,必须使用计算机完成物函数的傅里叶变 换,得到全息图平面的光场复振幅函数,计算全息多采用傅里叶 变换全息图 对于菲涅耳全息图,须计算物函数经菲涅耳衍射到达全息图的函 数分布 像全息到达全息图平面的是物体的几何像,只需由计算机完成物 函数的坐标缩放变换与抽样
物信息的采集
物光信息的采集是指确定物光信息的函数形式,一般表现为复振 幅透射率函数(或反射率函数) 对于实际存在的物体,可利用扫描仪或数字摄像机进行数据采集
对于那些实际不存在的物体,可将其函数形式直接从键盘输入计 算机
物函数需要离散化,一般取抽样单元数不超过物的空间带宽积, 即满足关系式
M· N ≤ Δ x· Δ y· Δ fx· Δf 式中M、N分别为X方向和Y方向的抽样单元数,Δ x和Δ y为物体的 空间宽度,Δ fx和Δ fy为物的频带宽度
编码公式和抽样单元示意图
迂回位相编码示意图:
编码公式:
H mn Amn y 0 d mn Bmn x0 mn 2 B (常数)
图中mx0,ny0表示抽样单元的中心位置
信息的存储
计算全息图通常都用光学方法实现波前重现,因而存储手段必须 与此相适应 信息存储的方法有多种,最普遍的一种是用计算机绘图仪将计算 机处理的结果直接画在纸上,然后用精密照相拍制在照相底片上, 适当放大或缩小到合适的尺寸,制成实用的全息图 还可用图形发生器、光绘仪、显微密度仪、激光光束扫描记录装 置等来制作振幅型计算全息图 对于浮雕型位相计算全息图(如相息图),由于只记录物的位相 信息,因此还必须用光刻机、离子束刻蚀机或电子束刻蚀机等制 作
计算全息术的应用(1)
1、三维图象显示:
计算全息可对那些能方便地用数字描述但却难以实际制作的物体 进行三维显示 2、计算全息元件:用于校正普通全息元件像差用的像差校正器 用于激光扫描器,可实现多束光同时高速扫描 用于数据存储中进行编2)
3.光学检测: 计算全息制作标准波面精度 很高 4 .光学信息处理中的各种 空间滤波器: 用于图象消模糊的逆滤波器 用于像边缘增强或图象加减 的微分滤波器 图象处理的各种带通滤波器 等等
迂回位相信息编码方法
迂回位相用全息图上两个独立的参量来编码物函数的振幅和位相
由于这两个独立参量均为非负的实数,因而可用一般的记录介质 记录。
这种方法是在一个抽样单元内用一个长方形透明孔来反映物函数 在这一点的值。孔的宽度Bmn是一个常量,令其高度Hmn与物函数归 一化振幅成正比,孔的中心点离抽样点的距离 dmn 与其位相成比 例。 设物波函数在第(m,n)个抽样点的表达式为: Omn=Amnexp[jφmn] 式中 m﹑n 分别表示 X、Y 方向的抽样序号,Amn 是物波的归一化振 幅(即以物的最大振幅值对其它值进行归一)φmn为物波在该抽样 点的位相。
计算全息图的再现
计算全息图的再现方法是根据全息图类型来确定的 用干涉编码法制作的傅里叶变换全息图,可以用下图所示的光学 系统来再现。用置于处的点光源通过透镜L1生成平行光,照明透 镜L2前焦面上的计算全息图H,在透镜L2后焦面处光轴上观察再现 像
迂回位相编码计算全息图的再现
对于用迂回编码法制作的全息图,再现时,用衍射角度保证在一 个抽样单元内获得从0到2π 变化的位相差。 因为透镜前后焦面是傅里叶变换关系,前焦面上对中心的偏离在 后焦面上表现为波面位相的变化。这就是迂回位相编码的物理基 础。
计算全息
计算全息将计算机技术与光全息术结合起来,可以实现光学全息 术无法实现或难以实现的某些特殊功能。 光全息术是利用光的干涉原理,借助于参考光将物光波的复振幅 记录在感光材料上,能够实现这种记录的必要条件是物体的真实 存在 很多实际应用中理想的“物体”是很难制作,例如,用于检测光 学元件加工质量的标准件,用于光学信息处理的空间滤波器,用 于数据存储系统的相移器, 计算全息发展极其迅速,已成功地应用在三维显示、空间滤波、 光学信息存储和激光扫描等诸多方面
计算全息图的制作
计算全息图的计算机制作分为四步: 对物光信息的采集:对于实际存在的物体,可利用扫描仪或数字 摄像机进行数据采集。而对于那些实际不存在的物体,可将其函 数形式直接从键盘输入计算机 处理:用抽样定理将物函数离散化,取抽样单元数不超过物的空 间带宽积,对物函数做某种变换到达全息图 编码:(两种途径)干涉的计算机仿真和迂回位相法 存储:用计算机绘图仪直接画在纸上,然后用精密照相翻拍在照 相底片上,适当放大或缩小到合适的尺寸
全息技术的应用
全息显示 (Holographic display) 全息干涉计量(Holographic interferometer)
全息光学元件(Holographic optical elements)
全息信息存储(Holographic information storage) 全息信息处理(Holographic information processing) 全息显微术(Holographic microscopy)