文档介绍：激光技术在信息技术中的应用
激光全息技术
光纤通信
激光打印
激光扫描
激光存储
激光全息技术
一、全息术历史回顾
1947年英国物理学家丹尼斯·盖伯(Dennis Gabor)首先提出“波前重建”的构想,为全息术的诞生奠定了理论基础。1971年,瑞典诺贝尔奖委员会为了表彰盖伯对全息术的发明和发展所作出的开创性贡献,授予他该年度诺贝尔物理学奖。
全息术至今已经历三个阶段。从盖伯最早提出全息术的思想之后的十多年,这个时期是全息术的萌芽阶段。这一阶段的全息术主要是理论研究和少量的实验。
全息术发展的第二阶段是在1960年激光出现以后。1963年,美国密执安大学的利思()和乌帕特尼克斯()提出的离轴全息术,使全息术在沉睡了十几年之后得到了新生。但当时全息术的不足之处是只能在激光照射下显示物体的三维影像。
20世纪80年代以后延续至今是全息发展的第三阶段。科学家们致力于研究用激光记录,而用白光再现的全息图,例如反射全息、像全息、彩虹全息、模压全息及合成全息等。应用白光再现的全息术由于走出实验室,可在白昼自然环境中或者在一般白光照明下观看到物体的三维影像,使得激光全息显示技术在得以迅速发展。
二、激光全息术的原理
全息术,又称全息照相术,顾名思义就是记录了被摄物体的全部信息。它不仅像普通照相那样记录物体的散射光强,还记录了散射光的相位,正因为如此才能再现原物的立体图像。
全息照相的拍摄和再现原理示意图
全息照相的拍摄和再现原理示意图
为了记录物体光波的相位,全息图的拍摄需要基于光波的干涉原理。
激光器发出的光束由分光镜一分为二,其中一束直接照射在记录介质上,称为参考光束;另一束照到被摄物体上,由物体散射的光射到记录介质上,称为物光束。物光束中与参考光干涉后形成密密麻麻的干涉条纹,这些条纹的密度和位置反映物体的各部分散射光的相位变化,条纹的明暗对比度(即反差)则与散射光的强度对应。这样就将物体的全部信息记录下来,得到了一张全息图。
全息照相的拍摄和再现原理示意图
全息图的再现基于光波的衍射原理。全息底片上的记录条纹是一组无规则的衍射光栅。用与拍摄时完全相同的激光作照明光,照到全息图上发生衍射,产生一列沿照明方向传播的零级衍射光波和两列(1级)衍射光波。其中一列衍射光波与位于原物体位置的实际物体发出的光波完全相同,当这个光波被人眼接收时,就等于看到了原物体的再现虚像。另一列衍射光波再现了原物体的共轭实像,它位于观察者的同侧。
视频:全息摄影
三、计算全息图
传统的全息图均是用光学方法产生的。对于实际不存在的物体,当知道物体光波的数学描述时,也可以利用计算机控制绘图仪或其它记录装置(如阴极射线管、电子束扫描器等)将模拟的干涉图样绘制和复制在透明胶片上。puter-Generated Hologram,简称CGH)。
1965年,在美国IBM公司工作的德国光学专家罗曼()使用计算机和绘图仪做出了世界上第一个计算全息图。
计算全息的优点:
可以记录物理上不存在的虚拟实物,只要知道物体的数学表达式就可用计算全息记录下这个物体的光波,并再现该物体的像。非常适宜于三维虚构物体的显示。而且,它的三维像再现是现有技术所能得到的唯一的三维虚构像,因而具有重要的科学意义。
视频:全息立体城市
四、数字全息技术
,当时由于没有高分辨率的数字光敏器件和高性能的计算机,在很长一段时间内没有什么发展。直到90年代,D)的出现和计算机技术的进步,才促使数字全息的研究得以开展。
数字全息术的基本原理是用光敏电子成像器件(如CCD)代替传统光学全息中的记录材料(干版或软片)实现全息图的记录,并用计算机模拟光学衍射过程来实现所记录波前的再现,从而使全息信息的记录、存储、处理和再现真正实现数字化。
视频:数字全息技术——eBay广告.
数字全息图的制作和再现
数字全息与光学全息的成像过程一样,包括物体的波前记录和再现,其具体步骤如下:
①抽样:D上表面发生干涉,D记录并抽样;
②量化:由数据采集卡采集抽样数据并进行模/数转换和量化,得到离散的数据信息;
③量化数据的获取与处理:由计算机获取离散的数据信息,进行噪声抑制、干扰项消除、对比度增强等预处理;
④数字全息图的形成:由计算机的内存储器保存预处理后的数据数据,形成数字化的全息图(Digital hologram);
⑤再现:由计算机模拟光学全息的再现过程,即通过计算机的数值计算,获得再现像光波场的复振幅分布、强度分布和相位分布,进行相关的后处理之后,在显示器上将强度和相位信息显示出来,从而获得物体的再现像。
五、激光