二、全息照相

         全息原理是伽伯(D.Gabor, 1900-1979)于1948年提出的,但是直到1960年出现了激光以后,全息技术才得到了迅速的发展,最近十多年它得到了广泛的应用,并已经成为科学技术的一个新领域。

         1. 波前全息记录和物光波前重现

         物体发出(或反射)的光称为物光,物光包含的全部信息有三个方面:光的颜色由波长所描绘,光的强度由振幅所确定,光的振动状态由相位所表

示。普通照相仅仅将物光到达波前(感光胶片)的强度记录下来了,彩色照相还记录了物光的波长,但是它们都把相位这个信息丢失了,所以普通照相不能获得三维的立体形象,只能得到物体的平面照片。而全息照相可以同时记录物光的振幅和相位,因而可以重现物体逼真的立体形象。

图14-40 

             图14-41

         全息照相是如何同时记录物光的振幅和相位的呢?图14-40表示了全息照相的记录过程。图中表示,由激光器发出的激光经分光板分成两束,一束经反射镜改变方向后直接投射到感光胶片上,这束光称为参考光R。另一束经反射镜反射后照射到物体上,由物体所反射或透射(图中画的是反射的情形)后也到达感光胶片,这就是物光O。参考光R与物光O发生相干叠加,在感光胶片上产生干涉图样,并被胶片所记录。感光胶片上所记录的这种干涉图样虽然与原物的形象没有丝毫相似之处,但却携带了物光波前上各点的全部信息,包括振幅和相位,故称全息图。记录全息图的上述过程,就称为波前的全息记录。

         利用全息图将物体的形象重新显现出来的过程,称为物光波前重现。图14-41表示了物光波前重现的过程,用一束与参考光的波长和传播方向相同的光(称为照明光C )照射全息图,眼睛向全息图后面原先物体所处的位置上看去,那里将显现出一幅逼真的原物的立体形象。当目光注视着这幅像而移动眼睛的位置,像上原先被遮住的部分将会显露出来,好像原物真的放置在那里一样。更有趣的是,若全息图被打碎成多块碎片,取其中的一片碎片进行物光波前重现,仍然能获得原物的完整形象,这是普通照相底片绝对无法办到的。波前重现过程实际上是照明光C被全息图所衍射的过程,眼睛在全息图后面所看到的形象是波前所产生的虚像。

         2. 全息照相原理

         理论上完全可以保证,在原物不存在的情况下波前重现可以得到原物的无畸变的形象。这个问题应在惠更斯-菲涅耳原理中寻找答案。在运用惠更斯-菲涅耳原理时,通常是用一个闭合曲面S (即波前)把光源与场点P分隔开来,如图14-21所示。波前S上每一面元dS 作为子波波源所发出的子波,在场点P进行相干叠加,就得到点P的光振动。这一思想集中地表示在菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式(14-75)

             

图14-42

中。这个公式表明,在被波前S 隔开的那部分无源空间里,任意一点P的光振动 由波前上的复振幅分布惟一确定,这在数学上称为无源空间的边值定解。这就是说,在原物不存在的情况下,如果使波前重现,那么无源空间的光场也能同时重现,光场中的一切视觉效果如同原物存在时一样。让大家再说得更具体一些,原物存在时,物光传到大家的眼睛,使大家看到了它的形象和它所处的位置,如图14-42(a)所示。若用一波前S 把物与大家的眼睛隔开,同时将物光在波前上形成的振动分布记录下来。然后把物移走,并将波前上的振动分布重现,这时大家会看到在原物所处的位置上出现了原物逼真的形象,如图14-42(b)所示。所以,衍射的基本规律保证在原物不存在的情况下,波前重现可以得到原物的逼真形象。

 

       
XML 地图 | Sitemap 地图