息等，在一定条件下将鲜艳的色彩赋给全息图，全息技术
得到迅速普及和广泛应用。 – 不足：（1）对全息装置的环境及位置精度等要求仍很高； （2）相干噪声比较严重。
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六、全息照相的发展简史 第四代全息图（白光记录、白光再现）
– 上世纪八十年代中期开始，正在发展中，目前已开始取
得进展。
– 已经开始有了白光信息处理、非相干光处理、及非光波 全息等方面的研究成果。 – 将实现全息术从实验室走向社会应用的过程。
末能满足上面指出的线性记录条件，将影响再现光波的质量。
26
27
28
29
30
•
同轴全息图： 物体中心和参考光源位于通过全息底片中心的同一条直线上 优点：光路简单,对激光的模式要求低，从而可以有更强的激光光源可用。 缺点：原始像和共轭像在同一光轴上不能分离，两个像相互重叠，产生“孪生像 ；记录物体必是高度透明的。
物波
I ( x , y ) O ( x , y ) R( x , y ) 2r ( x , y )O0 ( x , y ) cos ( x , y ) ( x , y )
2 2
上式中前两项是物光和参考光的强度分布，其中参考光波一般选
取用比较简单的平面波或球面波，
物光波在底片造成的强度分布是不均匀的，但实验上一般都让 它比参考光弱得多。前两项基本上是常数，作为偏置项. 第三项是干涉项，包含有物光波的振幅和相位。参考光波的作
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在底片上所产生的光强分布为
k1 2 2 I ( x, y ) O R R O exp i x x0 y y0 2 z0 k1 k1 2 2 2 2 * i x xR y yR RO exp i x xR y y R 2 zR 2 zR
2 2

*



k1 2 2 i x x0 y y0 2 z0
在线性记录条件下，显影后底片的振幅透过率正比于光强度。 其中最重要的两项（衍射项）是
k1 k1 2 2 2 2 3 x, y R O exp i x x0 y y0 i x xR y y R 2 zR 2 z0
式中为与(x, y) 无关的相位项。
而对于由像点 (xi, yi, zi)发出的球面波，在xoy面上光场分布 在近轴条件下可表示为
k2 2 2 Ai ( x, y ) Oi exp i x xi y yi 2 zi k k 2 Oi exp i 2 x 2 y 2 exp i 2 xxi yyi , k2 2 2 zi 2 zi
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七、普通照相和全息照相的比较
普通照相 1. 原理 2. 记录对象 3. 物-底片关系 4. 再现 几何光学 （直线传播） 物体各点光强 点-点对应 平面像 全息照相 波动光学 （干涉、衍射） 振幅+相位 点-面对应 立体像
5. 光源
6. 曝光
普通
单次
单色
多次
20
21
22
23
参考波
R
O
记录介质
Denis Gabor
息，再现的原始像和共轭像不能分离。
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六、全息照相的发展简史 第二代全息图（激光记录、激光再现）
1960年，激光器问世，提供了理想的
相干光源。
1962年，利思和乌帕特尼克斯将载频
概念推广到空域 ，提出离轴全息。
1964年，利思和乌帕特尼克斯制作了
第一张全息图。
作用：全息图成像质量改善很多；开
0 .0
E
1 .0
t
振幅透过率
是由细微粒卤化银乳胶构成的超微粒干板，
直线
0 .5
曝光量
负片的t-E曲线
t ( x, y) t0 E t0 I ( x, y) t0 I ( x, y)
25
是曝光时间。 式中 t 0 和 均是常数。
始出现全息图的应用。
不足：激光再现使全息图失去了色调
第一张全息图 Leith and Upatnieks
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信息；制作和观察昂贵。
六、全息照相的发展简史
第三代全息图（激光记录、白光再现）
– 起始于上世纪七十年代。 – 1969年，benton提出彩虹全息图。 – 1977年，cross制成复合全息图。 – 作用：提出了白光反射全息、像全息、彩虹全息及模压全
对于负片和正片， 分别是负值和正值。
假定参考光的强度在整个记录表面是均匀的，则
t ( x, y ) t0 ( R O RO RO ) t b ( O RO RO )
式中 t b t 0 R
2 2
2
2
表示均匀偏置透过率。如果全息图的记录



xO x x exp i 2 R P 1 zO 1 z R 2 z P
yO yR yP x 1 zO 1 z R 2 z P
y
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r2 r1 , k 2
O

r2 r1
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二、点源全息图的记录和重现
• 物光点源O（x0, y0, z0）,到记录平面间的距离zO。 • 参考光点源R（xR, yR, zR），到记录平面间的距离zR。 • 记录平面 (x, y)在z＝0处，与两个点源的距离满足菲涅耳 近似条件。波长为1。
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用球面波的二次曲面近似来描述上述球面波。
k1 2 2 x x0 y y0 o( x0 , y0 , z0 ) Ao expi 2 z0 k1 2 2 x xR y y R R( xR , y R , z R ) AR expi 2 zR
像
• 系统构成：
被摄物体 人，楼，风景等 光学成像系统 感光材料
普通照相系统
照相设备
记录介质
照相最终目标：再现像 与物体完全相同(相似)
6
二、基本概念—“物体”
• 物体成像在人眼：根据波动光学理论，光以波动形式向空间 传播，当光照射到一个物体，物体的反射光波前传入人眼， 就看到物体的亮暗、位置、形状和颜色等全部信息。 • 物体的物理图像： 振幅：反映物体光波的亮暗（强弱） 相位：反映物体光波随空间和时间的变化关系（位置/形状） 波长：反映物体的颜色（可见光波段）
第五章 光学全息
1
光学全息概述
一、生活中的光学全息
• 二代身份证
全息防伪：定向光变色技术 苏州大学：信息技术研究所
2
全息图片
3
全息图片
4
二、基本概念 • 利用干涉原理，将物体发出的特定光波以干涉条 纹的形式记录下来，使物光波前的全部信息都储
存在记录介质中，所记录的干涉条纹图样被称为
“全息图”
8
四、相位的重要性
• 普通照相不能记录物光波的相位，因此不能完整描述物体。 为什么要记录物光波的相位？ • 相位信息反映了三维物体光波随时间和空间的变化关系。 现有的光记录材料能否记录物光波的相位？ • 不能。目前光记录材料只能记录光波的强度。 如何记录物光波的相位？
• 采用干涉原理，用另一束光与物光波干涉形成干涉条纹，从 而将位相转化（编码）成干涉条纹的强度分布，就能够用光 记录材料同时记录物体的振幅和位相信息。
*



xO x x exp i 2 R P 1 zO 1 zR 2 zP
*
yO yR yP x 1 zO 1 zR 2 zP
y
1 1 1 2 2 A4 x, y AP x, y 4 x, y RO C exp i exp i x y 1 zO 1 z R 2 z P




在底片上所产生的光场复振幅为
A( x, y ) O( x0 , y0 , z0 ) R( xR , yR , z R ) k k 2 2 2 2 Ao exp i 1 x x0 y y0 AR exp i 1 x xR y y R 2 zR 2 z0
1948年，Gabor 提出 “波前重现” 理论
目的：改善电子显微镜的分辨率。
效果：因光源（汞灯）相干性差，成像质
量很差，没引起普遍关注。
作用：借助于把相位差转换成强度差的思
想，解决了全息照相的基本问题，把位相 编码成记录介质能识别的物理量 。
不足：(1)光源的相干性太差；(2)同轴全
9
五、物体的记录 — 立体照相 全息照相： （振幅+波长+位相）
• 利用光波干涉原理，将物光波前的全部信息以干涉 条纹图样的形式储存在记录介质中，在一定条件下
用参考光波照射“全息图”，由于衍射原理能重现
出原始物光波。
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15
§5-1 光学全息概述
六、全息照相的发展简史
第一代全息图（汞灯记录，可见光再现）
用正好完成使物光波波前的相位分布转换成干涉条纹的强度分
布的任务。
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2、记录过程的线性条件
作为全息记录的感光材料很多，常用的 简称全息干板。假定全息干板的作用相当 于一个线性变换器，它把曝光期间内入射 光强线性地变换为显影后负片的振幅透过 率，为此必须将曝光量变化范围控制在全 息干板t-E曲线的线性段内。如图所示，此 外，我们还必须假定全息干板具有足够高 的分辨率，以便能记录全部入射的空间结 构，这样全息图的振幅透过率可记为: