光信息处理技术及应用

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,各种,全息图及其应用,体积全息图,计算全息,全息,记录介质,1,体积全息图,当用于全息记录的感光胶膜厚度足够厚时，它在物光和参考光的干涉场中将记录到明暗相间的三维空间曲面族，这种全息图在再现过程中将主要显示出体效应，与前一节所介绍的平面全息图的特点有很大差别。这一类全息图称为体积全息图,体积全息图,胶膜厚度满足关系式,式中,d,表示干涉条纹周期，,n,为记录介质的折射率，,为记录波长,2,体积全息图的记录,先讨论物光波和参考光波都是平面波的情形。根据光的干涉原理，在记录介质内部应形成等间距的平面族结构，称为体光栅，如下图示,3,布喇格定律,与,布喇格条件,条纹面应处于,R,和,O,两光夹角的角平分线，它与两束光的夹角,应满足关系式：,体光栅常数,应满足关系式,式中,为光波在介质内传播的波长。,体积全息图对光的衍射作用与布喇格（,Bragg,）,对晶体的,X,射线衍射现象所作的解释十分相似，因而常借用所谓的“布喇格定律”来讨论体积全息图的波前再现,.,上,式称为“,布喇格条件,”，,角度,称为“,布喇格角,”,。,4,体全息图对角度和波长的选择性,若把条纹面看作反射镜面，则只有当相邻条纹面的反射光的光程差均满足同相相加的条件，即等于光波的一个波长时，才能使衍射光达到极强。,若波长和角度稍有偏移，衍射光强将大幅度下降，并迅速降为零。,特殊的应用前景：,体全息图可以用白光再现。因为在由多种波长构成的复合光中，仅有一种波长即与记录光波相同波长的光才能达到衍射极大，而其余波长都不能出现足够亮度的衍射像，避免了色串扰的出现。,体全息图可用于大容量高效率全息存储。因为当照明光角度稍有偏离，便不能得到衍射像，因而可以以很小的角度间隔存储多重三维图象而不发生象串扰,5,透射体全息,透射体全息图的情形：,物光和参考光从介质的同侧射入，介质内干涉面几乎与介质表面垂直，因而再现时表现为较强的角度选择性。当用白光再现时，入射角度的改变将引起再现像波长的改变,6,反射体全息,反射体全息图的情形：,物光和参考光从介质的两侧相向射入，介质内干涉面几乎与介质表面平行，再现时表现为较强的波长选择性,反射体全息能避免色串扰的出现，是一种较好的白光再现全息图，用白光再现反射体全息时，只能得到单色再现像,由于记录介质在后处理过程中发生乳胶的收缩，条纹间隔变小，使再现像波长发生“兰移”,7,体积全息图的衍射效率,体积全息图衍射效率的定义平面全息图衍射效率的定义相同,科格尼克（,Kolgenik）,在1969年提出的耦合波理论，以麦克斯韦方程组为基础，根据记录介质的电学或光学常数被调制的情况，直接解方程组，求出衍射效率的公式,体积全息图的分类无论是透射体全息还是反射体全息都可依据书中表5.2所示的方法进行,“无吸收位相全息图”是指记录介质的吸收可以忽略的情形,“混合型全息图”是指既包含有振幅调制又包含有位相调制的全息图。,余弦位相型体积全息图衍射效率最大,8,各种类型全息图的最大衍射效率,9,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,10,计,算,算,全,全,息,息,图,图,的,的,制,制,作,作,计,算,算,全,全,息,息,图,图,的,的,计,计,算,算,机,机,制,制,作,作,分,分,为,为,五,五,步,步,：,：,对,物,物,光,光,信,信,息,息,的,的,采,采,集,集：,对,对,于,于,实,实,际,际,存,存,在,在,的,的,物,物,体,体,，,，,可,可,利,利,用,用,扫,扫,描,描,仪,仪,或,或,数,数,字,字,摄,摄,像,像,机,机,进,进,行,行,数,数,据,据,采,采,集,集,。,。,而,而,对,对,于,于,那,那,些,些,实,实,际,际,不,不,存,存,在,在,的,的,物,物,体,体,，,，,可,可,将,将,其,其,函,函,数,数,形,形,式,式,直,直,接,接,从,从,键,键,盘,盘,输,输,入,入,计,计,算,算,机,机,抽,样,样,：,：用,抽,抽,样,样,定,定,理,理,将,将,物,物,函,函,数,数,离,离,散,散,化,化,，,，,得,得,到,到,物,物,体,体,或,或,者,者,波,波,面,面,再,再,离,离,散,散,样,样,点,点,上,上,的,的,值,值,，,，,取,取,抽,抽,样,样,单,单,元,元,数,数,不,不,超,超,过,过,物,物,的,的,空,空,间,间,带,带,宽,宽,积,积,计,算,算,：,：计,算,算,物,物,函,函,数,数,再,再,全,全,息,息,平,平,面,面,上,上,的,的,光,光,场,场,分,分,布,布,编,码,码,：,：（,两,两,种,种,途,途,径,径,）,）,干,干,涉,涉,的,的,计,计,算,算,机,机,仿,仿,真,真,和,和,迂,迂,回,回,位,位,相,相,法,法,存,储,储,：,：用,计,计,算,算,机,机,绘,绘,图,图,仪,仪,直,直,接,接,画,画,在,在,纸,纸,上,上,，,，,然,然,后,后,用,用,精,精,密,密,照,照,相,相,翻,翻,拍,拍,在,在,照,照,相,相,底,底,片,片,上,上,，,，,适,适,当,当,放,放,大,大,或,或,缩,缩,小,小,到,到,合,合,适,适,的,的,尺,尺,寸,寸,11,物,信,信,息,息,的,的,采,采,集,集,物,光,光,信,信,息,息,的,的,采,采,集,集,是,是,指,指,确,确,定,定,物,物,光,光,信,信,息,息,的,的,函,函,数,数,形,形,式,式,，,，,一,一,般,般,表,表,现,现,为,复,复,振,振,幅,幅,透,透,射,射,率,率,函,函,数,数,（,（,或,或,反,反,射,射,率,率,函,函,数,数,）,）,对,于,于,实,实,际,际,存,存,在,在,的,的,物,物,体,体,，,，,可,可,利,利,用,用,扫,扫,描,描,仪,仪,或,或,数,数,字,字,摄,摄,像,像,机,机,进,进,行,行,数,数,据,据,采,采,集,集,对,于,于,那,那,些,些,实,实,际,际,不,不,存,存,在,在,的,的,物,物,体,体,，,，,可,可,将,将,其,其,函,函,数,数,形,形,式,式,直,直,接,接,从,从,键,键,盘,盘,输,输,入,入,计,计,算,算,机,机,物,函,函,数,数,需,需,要,要,离,离,散,散,化,化,，,，,一,一,般,般,取,取,抽,抽,样,样,单,单,元,元,数,数,不,不,超,超,过,过,物,物,的,的,空,空,间,间,带,带,宽,宽,积,积,，,，,即,即,满,满,足,足,关,关,系,系,式,式,M,N,x,y,f,x,f,y,式,中,中,M,、,、N,分,别,别,为,为,X,方,向,向,和,和,Y,方,向,向,的,的,抽,抽,样,样,单,单,元,元,数,数,，,，,x,和,y,为,物,物,体,体,的,的,空,空,间,间,宽,宽,度,度,，,，,f,x,和,f,y,为,物,物,的,的,频,频,带,带,宽,宽,度,度,12,物,信,信,息,息,的,的,处,处,理,理,计,算,算,傅,傅,里,里,叶,叶,变,变,换,换,全,全,息,息,图,图,：,：,被,记,记,录,录,的,的,复,复,数,数,波,波,面,面,是,是,物,物,波,波,函,函,数,数,的,的,傅,傅,立,立,叶,叶,变,变,换,换,。,。,必,必,须,须,使,使,用,用,计,计,算,算,机,机,完,完,成,成,物,物,函,函,数,数,的,的,傅,傅,里,里,叶,叶,变,变,换,换,（,（,借,借,助,助,快,快,速,速,傅,傅,立,立,叶,叶,变,变,换,换,算,算,法,法,完,完,成,成,）,）,，,，,得,得,到,到,全,全,息,息,图,图,平,平,面,面,的,的,光,光,场,场,复,复,振,振,幅,幅,函,函,数,数,。,。,计,计,算,算,全,全,息,息,多,多,采,采,用,用,傅,傅,里,里,叶,叶,变,变,换,换,全,全,息,息,图,图,。,。,计,算,算,菲,菲,涅,涅,耳,耳,全,全,息,息,图,图,：,：,被,记,记,录,录,的,的,复,复,数,数,波,波,面,面,是,是,物,物,体,体,发,发,出,出,的,的,菲,菲,涅,涅,耳,耳,衍,衍,射,射,波,波,。,。,须,须,计,计,算,算,物,物,函,函,数,数,经,经,菲,菲,涅,涅,耳,耳,衍,衍,射,射,到,到,达,达,全,全,息,息,图,图,的,的,复,复,振,振,幅,幅,分,分,布,布,，,，,再,再,将,将,该,该,复,复,振,振,幅,幅,分,分,布,布,编,编,码,码,成,成,全,全,息,息,图,图,的,的,透,透,过,过,率,率,变,变,化,化,。,。,计,算,算,像,像,全,全,息,息,：,：,被,记,记,录,录,的,的,复,复,数,数,波,波,面,面,是,是,物,物,波,波,函,函,数,数,本,本,身,身,或,或,者,者,其,其,几,几,何,何,像,像,。,。,只,只,需,需,由,由,计,计,算,算,机,机,完,完,成,成,物,物,函,函,数,数,的,的,坐,坐,标,标,缩,缩,放,放,变,变,换,换,与,与,抽,抽,样,样,。,。,全,息,息,图,图,平,平,面,面,上,上,函,函,数,数,的,的,抽,抽,样,样,数,数,不,不,得,得,少,少,于,于,物,物,函,函,数,数,的,的,抽,抽,样,样,数,数,13,信息的,编,编码,到达全,息,息图的,物,物光波,通,通常呈,现,现为复,数,数形式,，,，包括,振,振幅信,息,息和位,相,相信息,；,；,将二维,光,光场复,振,振幅分,布,布变换,为,为全息,图,图的二,维,维透过,率,率函数,分,分布的,过,过程，,称,称为计,算,算全息,的,的编码,。,。,计算全,息,息的编,码,码主要,为,为如下,两,两大类,：,：,一种途,径,径是对,光,光全息,术,术的计,算,算机仿,真,真，用,计,计算机,算,算出全,息,息图上,参,参考光,波,波与物,光,光波的,干,干涉条,纹,纹分布,函,函数，,这,这种编,码,码方式,称,称为干,涉,涉型编,码,码方式,，,，用这,种,种方法,制,制作的,全,全息图,称,称为干,涉,涉型计,算,算全息,图,图。（缺点,：,：参考,光,光波的,加,加入增,加,加了空,间,间带宽,积,积，因,此,此全息,图,图上的,抽,抽样点,数,数必须,增,增加）,分别对,振,振幅和,相,相位编,码,码（计,算,算全息,所,所特有,的,的：迂,回,回位相,法,法）。,14,不规则,光,光栅的,衍,衍射效,应,应,当平面,波,波垂直,照,照射线,光,光栅时,，,，假定,栅,栅距恒,定,定，第,k,级衍射,都,都是平,面,面波，,等,等相位,面,面是垂,直,直于这,个,个方向,的,的平面,，,，并设,栅,栅距为,d,，第,k,级的衍,射,射角为,q,k,，则,由,由光栅,方,方程可,知,知，在,q,k,方向,上,上相邻,光,光线的,光,光程差,为,为,如果光,栅,栅的栅,距,距在某,一,一位置,增,增大了,D,，,则,则该处,沿,沿方,q,k,方,向相邻,光,光线的,光程,差,为,则,q,k,方,向衍射,波,波在该,位,位置引,入,入的相,位,位延迟,为,为（迂,回,回相位,）,）,15,迂回位,相,相信息,编,编码方,法,法,迂回位,相,相用全,息,息图上,两,两个独,立,立的参,量,量来编,码,码物函,数,数的振,幅,幅和位,相,相,由于这,两,两个独,立,立参量,均,均为非,