運(yùn)用數(shù)字全息顯示物體(編輯修改稿)
2025-07-16 05:13 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 者迎著再現(xiàn)光波的方向，透過(guò)全息圖就可以看到物體的虛像。全息圖猶如一個(gè)窗口，當(dāng)人們移動(dòng)眼睛從不同角度觀察時(shí)，就好樣面對(duì)原物一樣看到它不同側(cè)面的形象。因此，再現(xiàn)就是一個(gè)衍射過(guò)程。用一束復(fù)振幅分布為的相干光波照射全息圖，則透過(guò)全息圖的光場(chǎng)為： （29） (210) 由(210)可以看出，中系數(shù)，這兩項(xiàng)均為常數(shù)，它們的作用僅僅改變?cè)佻F(xiàn)光波C的振幅，不能改變的相位。另外，中系數(shù)也只能調(diào)制再現(xiàn)光波的振幅信息，這實(shí)際上是再現(xiàn)光波經(jīng)歷分布的一張底片的衍射，使再現(xiàn)光波多少有些離散而出現(xiàn)雜光，這是一種“噪聲”，實(shí)驗(yàn)上可以采取一定的手段來(lái)減小這種噪聲?？傊?，和基本上保留了照明光波的特性，是全息圖衍射場(chǎng)中的零級(jí)光波。包含了物光波信息，包含了物光波的共軛信息。下面，利用不同的再現(xiàn)光波進(jìn)行波前重建。1. 用原參考光波進(jìn)行再現(xiàn)，即，則此時(shí) (211) (212)是均勻的再現(xiàn)光波光強(qiáng)，因此，是原理物光波波前的準(zhǔn)確再現(xiàn)，可以觀察到物體的虛像，這一項(xiàng)是全息圖衍射光場(chǎng)中的級(jí)光波。由于的位相因子一般無(wú)法消除，會(huì)成為并不嚴(yán)格與原物鏡像對(duì)稱的匯聚波，觀察到的是實(shí)像，由于受到的調(diào)制，實(shí)像會(huì)變形，這一項(xiàng)是全息衍射光場(chǎng)的級(jí)光波。只有當(dāng)照明光波和參考光波都是正入射的平面波時(shí)，和的系數(shù)都是實(shí)數(shù)，全息圖衍射場(chǎng)中的級(jí)光波才嚴(yán)格地鏡像對(duì)稱。 用原參考光波再現(xiàn)2. 用原參考光波的共軛光波進(jìn)行再現(xiàn)，即，則此時(shí) (213) (214)這時(shí)，再現(xiàn)原始物體的虛像由于受到的調(diào)制，虛像會(huì)變形，產(chǎn)生畸變。而再現(xiàn)了物光波前的共軛波，給出了原始物體的一個(gè)實(shí)像，但是出現(xiàn)了景深反演，即原來(lái)近的部位變遠(yuǎn)了，原來(lái)遠(yuǎn)的部位變近了，通常稱之為贗實(shí)像。 用共軛參考光波再現(xiàn)如上分析可知，對(duì)全息圖進(jìn)行再現(xiàn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生四個(gè)分量，能否將它們分離并提取出原物光波的有效信息就成了整個(gè)全息技術(shù)的關(guān)鍵，而這很大程度上是依賴于實(shí)驗(yàn)所采用的記錄光路。所謂同軸全息圖，即物光波與參考光波處于同一軸上。(a) (b) 同軸全息圖的記錄與再現(xiàn)：(a)記錄；(b)再現(xiàn)伽伯()最初所提出和實(shí)現(xiàn)的全息圖就是一種同軸全息圖。在同軸全息中，物光波與參考光波之間的光軸夾角為零。(a)所示。若用一平面光波垂直照射全息圖，則衍射光場(chǎng)在210式的四項(xiàng)分量中，第一項(xiàng)是透過(guò)全息圖的受到均勻衰減的平面波。第二項(xiàng)正比于弱的散射光的光強(qiáng)，可以忽略不計(jì)。第三項(xiàng)正比于物光波復(fù)振幅，再現(xiàn)了原始物光波前，產(chǎn)生原始物體的一個(gè)虛像。第四項(xiàng)則在全息圖另一側(cè)與虛像對(duì)稱位置產(chǎn)生物體的實(shí)像，(b)所示。而這四項(xiàng)分量都在同一方向傳播，其中直接透射光波大大降低了像的襯度，且虛像和實(shí)像相距，構(gòu)成不可分離的孿生像。當(dāng)對(duì)實(shí)像聚焦時(shí)，總是伴隨一離焦的虛像。孿生像的存在也大大降低了再現(xiàn)像質(zhì)量。另外，因?yàn)橥S全息圖是由透射光場(chǎng)相干而成，其最大的局限還在于我們必須假定物體是高度透明的，否則第二項(xiàng)場(chǎng)分量將嚴(yán)重影響響的質(zhì)量。這一假定極大地限制了同軸全息術(shù)的應(yīng)用范圍。離軸全息圖，即偏斜參考光全息圖，物光與參考光成一定的夾角投射到全息記錄介質(zhì)上。離軸全息圖不僅可以消除同軸全息圖中共軛像的干擾，還能使成像光波不與零級(jí)衍射光波重疊。(a)(b) 離軸全息圖的記錄與再現(xiàn)：(a)記錄；(b)再現(xiàn)為了消除同軸全息圖孿生像的相互干擾，也叫做偏斜參考光全息術(shù)，(a)所示。準(zhǔn)直光束一部分直接照射振幅透過(guò)率物體，另一部分經(jīng)物體之上的棱鏡P偏折，以傾角透射到全息干板上。全息干板上的振幅分布即為物體透射波和傾斜參考波疊加的結(jié)果。在實(shí)際情況下，只要選擇適當(dāng)?shù)奈飬A角，就可以在全息圖再現(xiàn)的時(shí)候令其衍射光場(chǎng)的零級(jí)衍射光和級(jí)衍射光在方向上相互分離，從而提高再現(xiàn)像的襯度，也使得孿生像之間不會(huì)發(fā)生干擾。這也正是離軸全息的最主要的優(yōu)點(diǎn)。(b)所示。與傳統(tǒng)的光學(xué)全息相比，數(shù)字全息可以消除噪聲以及記錄過(guò)程中底片非線性等因素的影響，整個(gè)過(guò)程簡(jiǎn)單，有利于進(jìn)行定量分析和測(cè)量。并且便于圖像的數(shù)字化儲(chǔ)存和實(shí)時(shí)處理，有利于全息術(shù)更廣泛的應(yīng)用。，平面是物平面，平面是全息圖平面，也就是CCD靶面所在的位置，平面是再現(xiàn)像平面。全息記錄平面和再現(xiàn)像平面到全息圖平面的距離分別為和。就是物體至CCD靶面的距離。 數(shù)字全息的記錄和再現(xiàn)原理設(shè)全息記錄平面上的物光波和參考光波的復(fù)振幅分布分別為和，則全息記錄平面上干涉條紋的強(qiáng)度分布為： (215)數(shù)字全息的記錄介質(zhì)是CCD，而CCD記錄的是離散的光強(qiáng)分布。一個(gè)CCD攝像機(jī)拍攝圖像質(zhì)量的好壞取決于像素密度、像素的大小以及像素的深度等因素。單位面積的像素?cái)?shù)目亦即像素密度決定了所拍攝圖像的分辨率。圖像的分辨率可以表示為一塊CCD芯片所能夠捕獲的影像信息的數(shù)量。像素的數(shù)目越高，圖像分辨率就越高，圖片/影像質(zhì)量也越好。芯片所能夠提供像素的尺寸，是鑒別影像質(zhì)量以及最終圖像輸出尺寸的最容易的方法。像素的尺寸范圍通常在幾微米到十幾微米之間。像素的尺寸越小，芯片所具有的分辨率越高。除了以上有關(guān)CCD芯片的尺寸之外，采集到的圖像的質(zhì)量還受像素的深度影響，像素深度又稱比特深度，它是一幅圖像中為描繪每一個(gè)像素所能夠給予的比特?cái)?shù)量，決定了圖像的灰度等級(jí)。比特深度越大，就可以使圖像表現(xiàn)出更多的細(xì)節(jié)和層次。另外，CCD還存在著散粒噪聲、轉(zhuǎn)移噪聲和熱噪聲等問(wèn)題，所以在實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，也需要考慮這些因素，以減少其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)的負(fù)面影響。CCD的尺寸為，橫向和縱向的像素?cái)?shù)分別為和
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