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全息原理介绍ppt课件

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一步彩虹全息PPT

一步彩虹全息PPT
一步彩虹 全息实验
导师：张子云
一、全息术的发展 英籍匈牙利科学家丹尼斯· 盖伯 (Dennis Gabor)发明了全息术 1961～1962年，E.N.利思等人对 伽柏全息图进行了改进，引入" 斜参考光束法"一举解决了"孪生 像"问题，用氦氖激光器成功地 拍摄了第一张实用的激光全息图 1969年本顿(Benton)发明了二步 彩虹全息术，掀起以白光显示 为特征的全息三维显示新高潮。 hsuan chen和F.T.S.Yu提出的一 步彩虹全息 Stephen Benton - Pioneer of modern holography
四、彩虹全息实验 彩虹全息实验一
实验编 号 曝光时 间 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
120s 130s 140s
150s 160s 170s 180s 190s 200ss 210s
实验结 果
差
良
良
优
优
优
良
良
良
差
在当前实验参数下，肉眼观察显示150s左右拍摄的全 息图效果最佳，且从120s到150s，全息图再现像质量 递增；而从170s到210s，全息图再现像质量递减。
彩虹全息

一步彩虹全息
和
二步彩虹全息
的比较：
1）一步彩虹全息制作简单，噪声小，但视场较小； 2）二步彩虹全息制作复杂，噪声较大，但视场大。
彩虹全息图的特点： 1）可以用白光再现； 2）再现像呈现彩虹状的彩色，但再现像的色彩与原物体的 色彩无关，而仅与再现照明光包含的波长组分有关。 例如：用白炽灯照明和用日光灯照明，得到的彩虹效 果有很大差异。 3）彩虹全息属于假彩色全息。
五、总结
• 彩虹全息是一种用途广泛的全息术，目前已经广泛的 应用于产品包装，商标的印刷，以及办公多媒体。然 而彩虹全息至今的应用仍局限于实验室和部分工业方 面，在民用方面仍然需要很长时间的发展，这源于彩 虹全息对实验环境的要求较高，需要稳定的实验平台 ，相干性较好的光源，需要避免实验过程中杂光的干 扰，所以目前彩虹全息还是激光记录，白光照明再现 。学界一直在寻求白光记录，白光再现的方法，相信 随着科研人员的不懈努力，彩虹全息技术会有新的突 破。当然我们也明白，彩虹全息的问题远远没有讨论 完，依然有许多复杂的问题有待我们去发现和解决。 这也是科学让我们为之着迷的秘密所在。

光学扫描全息ppt课件

光学扫描全息ppt课件

光学扫描全息的应用领域
扫描全息显微镜
细胞显微图
三维图像识别
人脸识别Biblioteka 犯罪识别人脸识别系统
三维光学遥感
对地球表面进行拍摄
三维电视
Holoscreen就是把这一 原理应用在了电视上。
看它後面的投影机相当
於光波资讯记录仪，它
的显示器就是用来显示
全息图的。它整个的萤 幕是由 10mm 厚的玻 璃制成。面积为 1.5m x 1.0m 长方形。 外面有一透明的材料覆
激光束技术
是日本Science and Technology公司发明了一种可以用激光束来投射实 体的3D影像，这种技术是利用氮气和氧气在空气中散开时，混合成的 气体变成灼热的浆状物质，并在空气中形成一个短暂的3D图像。这种 方法主要是不断在空气中进行小型爆破来实现的。
广东肇庆
激光技术用于武器制造
盖其上，面积比显示的
屏稍大一点，为 610mm x 814mm。从 图中可以看到 Holoscreen整个占的面 积比较大。它显示的画 面是在半空中。
光学扫描全息涉及两个部分。
1. 光学扫描 2. 光外差法
光学扫描的基本原理
光学扫描的基本原理是光学扫描仪或光学处理器 通过激光束扫描物体信息,光探测器接收所有扫描光 束并输出一个既可以存储又可以显示的电信息,至此, 光信息被转换成电信息。采用传统光学检测器不能 提取物光场的相位信息,然而全息图需要记录相位信 息。
光学扫描全息
主讲人：胡建
首先我们观看一段影片
他为什么可以消失？
他是神仙？
光学扫描全息
光学扫描全息是一种独特的实时全息技术,它使用简单的二维光学扫描 原理来获得一个三维物体的全息图,主要强调全息记录可以通过主动光 学扫描原理完成。

全息技术第一辑全息基本原理

全息技术第一辑全息基本原理
第一章 全息术的基础ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ识
1.1 全息技术的历史、特点和应用
• 与普通照相不同，全息照相有两个突出的 特点，一是三维立体性，二是可分割性。
– 所谓三维立体性，是指全息照片再现出来的像 是三维立体的，具有如同观看真实物体一样的 立体感，这一性质与现有的立体电影有着本质 的区别。
– 所谓可分割性，是指全息照片的碎片照样能反 映出整个物体的像来，并不会因为照片的破碎 而失去像的完整性
全息术的发展简史
1971Nobel Prize
• 全息照相术是英籍匈牙利科学 家丹尼斯· 盖伯(D. Gabor, 1900~1979)发明的。1947年他从 事电子显微镜研究，当时电子 显微镜的理论分辨率极限是0.4 nm，由于丢失了光波的相位， 实际只能达到1.2 nm，比分辨原 子晶格所要求的分辨率0.2 nm差 得很多。这主要是由于电子透 镜的像差比光学透镜要大得多 ，从而限制了分辨率的提高。
• 于是，科学家们又回过头来继续探讨白光 记录的可能性。第四代全息图可能是白光 记录和白光再现的全息图，它将使全息术 最终走出实验室，进入广泛的实用领域。
• 除了用光学干涉方法记录全息图，还可用 计算机和绘图设备画出全息图，这就是计 算全息(Computer-generated hologram，简称 CGH)。计算全息是利用数字计算机来综合 的全息图，不需要物体的实际存在，只需 要物光波的数学描述。因此，具有很大的 灵活性。
– 一张全息图看上去很象一扇窗子，当通过它观 看时，物体的三维形象在眼前，让人感觉到形 象就要破窗而出。如果观察者的头部上下、左 右移动时，就就可以看到物体的不同侧面。所 看到的整个景像是那样的逼真，完全没有普通 照片给予人们的隔膜感。
• 2. 全息图具有弥漫性 (可分割性)

3D全息成像PPT课件

3D全息成像PPT课件
• 2008年，美国亚利桑那州大学打造了展现大脑的可更新的3D全 息显示屏。
•（这是世界上首批3D全息显示屏之一。最初的全息显示屏尺寸为4英寸乘4英 寸（约合10厘米乘10厘米）。）
2021/3/7
CHENLI
5
全息技术的发展历程
日本广播公司（NHK）决心在2020年之前推出第一台Holo-TV。
2021/3/7
CHENLI
4
全息技术的发展历程
2006年丹麦公司ViZoo于研发的360度幻影成像是全息投影目前
最具魔幻效果的技术。
•（方法：用全息膜搭建一个倒金字塔形的三角漏斗几何模型，由四台投影机 投射的视频图像，在漏斗里经过一系列的光学衍射后汇合成为全息图像。这 一系统还可以配加触摸屏，现场观众可通过各种手势和动作，操纵3D产品模 型进行旋转，或部件分解。广泛用于各种展览会和发布会上的新型广告载体 ，此外，该技术也用于博物馆，可再现一些珍贵的文物，防止失窃。）
CHENLI
10
数字全息 3D 显示原理框图
2021/3/7
CHENLI
11
利用时分复用三维全息照明扩展视场、增大信号
1、用检流计扫描扩展视场
在相干照明系统中，物方空间光强度分布：I(x,y)=|F{H(u,v)}|2 H(u,v)=A(u,v)expjφ(u,v),H(u,v)为物方光强复振幅分布。 在SLM的N×N个像素上进行0到2π的相位调制，SLM视场被像素数量限制。传 统的全息图照明系统的SLM的视场：光学视场包含相机视场，最后是空间光调
• 3、1967年古德曼和劳伦斯提出了数字全息。（开创了精确全息技
术的时代。到了90年代，人们开始用CCD等光敏电子元件代替传统的感光胶 片或新型光敏等介质记录全息图，用数字方式通过电脑模拟光学衍射来呈 现影像，使得全息图的记录和再现真正实现了数字化。）

现代光学第4章 光学全息 数字全息的原理及激光散斑

现代光学第4章 光学全息 数字全息的原理及激光散斑
39
第4章 光学全息、数字全息的原理及激光散斑
4.3 像 全 息 图
如果将记录介质放在透镜的成像面上，参考光不经过 透镜而直接入射到记录介质上，这样记录的全息图称为像 全息图。图4.3-1所示为像全息图的记录光路，其中物是三 维的。
40
第4章 光学全息、数字全息的原理及激光散斑
图 4.3-1 像全息图的记录光路
(4.1-24)
式中: 正、负号分别对应于原始像和共轭像。由式(4.1-24) 可见，原始像和共轭像的视觉放大率相同，但在空间的正 倒相反。
17
第4章 光学全息、数字全息的原理及激光散斑
4.1.4 全息图的分类 全息图按记录时感光介质平面上的光波场分布可分为
菲涅耳全息图、傅里叶变换全息图、像全息图和无透镜全 息图。记录前三种全息图时物面与记录平面的相对位置如 图 4.1-2 所示。记录无透镜全息图时物面与记录平面的相 对位置如图4.1-1所示。
(4.1-15) 比较式(4.1-14)和式(4.1-15)，即可求得物像关系为
(4.1-16)
11
第4章 光学全息、数字全息的原理及激光散斑
并由此求得像点的坐标(xi，yi，zi)为 (4.1-17)
12
第4章 光学全息、数字全息的原理及激光散斑
在全息再现过程中，一种最常用的方法是用原参考光 作为照明光。于是有xC=xR，yC=yR， zC=zR和μ=1，上述物 像关系可大大简化。
18
第4章 光学全息、数字全息的原理及激光散斑
图 4.1-2 全息图分类示意图
19
第4章 光学全息、数字全息的原理及激光散斑
4.2 傅里叶变换全息图
4.2.1 标准傅里叶变换全息图 1. 标准傅里叶变换全息图的记录 记录标准傅里叶变换全息图的光路如图4.2-1所示。

全息照相基本原理 ppt课件

全息照相基本原理 ppt课件
要成功地分离实像和虚像，必须选择合适的参考角 ，使
min
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29
4. 孪生像完全分离的条件
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6.2 同轴全息与离轴全息
一. 同轴全息图 1. 记录光路
被拍摄的物体：必须高度透明，如幻灯片、照相负片等.
当这样一个物体被准直相干光源照明时，透射光由两部分组成：
（1）由t0 项透过的一个强而均匀的平面波；
（2）由透射率变化 tx0 , y0 形成弱的散射波。
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1
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2
６.1 全息照相的原理 ( Principle of holography )
人眼能够识别物体的三维立体图象，是借助物 光波的主要特征参量——振幅、波长和相位对人体 视觉的作用。
光波的振幅反映了光的强弱，给人眼以物体明暗的感觉； 光波的波长反映了光波的频率，给人眼以色彩的感觉； 光波的相位反映了光波等相位面的形状，给人以立体的感觉。
用公式可以表示为：
tx0 , y0 t0 tx0 , y0
平均透射率，相 当于参考光，即 上图的直接透射 波。
表示在平均透射率上下的 变化，相当于物光波，即 图中的衍射波。
条件：t << t0
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20
投射到离物体距离为z0处的照相底片上的光强为：
Ix, y R Ox, y2
因此，利用两束光的干涉所产生的干涉条纹可以有效地把位相的变化情况记 录下来，全息摄影就是利用光的干涉把景物散射光波以干涉条纹的形式，即 把光波的振幅和位相记录在感光材料上，也就是说，把物体的全部信息都记 录下来，因而具有获得立体图像的许多优点。
ppt课件

全息 原理

全息原理
全息是一种记录和再现物体三维结构的方法。

它基于光的干涉和衍射原理，使用激光光源将物体的信息记录在光记录介质上，再利用光的衍射和干涉现象将记录的信息重新解读出来。

全息的原理主要包括两个步骤：记录和再现。

在记录过程中，激光光源会将物体的光波和参考波进行叠加，形成了一种称为全息干涉图样的记录介质，记录了物体的干涉图像。

在再现过程中，将再现光波照射到记录介质上，光波会经过记录介质的衍射和干涉作用，将物体原有的三维信息再现出来，形成全息图像。

全息的原理在于利用了光的干涉和衍射特性。

当激光光源与物体的光波叠加时，相干光的干涉现象会使得记录介质上的光波干涉图样发生变化，这种干涉图样记录下来的信息包含了物体的三维结构。

当再现光波照射到记录介质上时，光波会与记录介质的干涉图样进行衍射和干涉，使得光波的相位和振幅发生变化，从而将物体的原始信息重新解读出来。

全息技术的应用十分广泛，例如在三维影像显示、安全防伪、光学计算等方面都有重要的应用。

全息图像具有高分辨率、逼真的立体感和较宽的可视角度等优势，因此越来越多的领域开始采用全息技术来实现更真实、更直观的信息展示和传递。

数字全息技术ppt课件

1994, U. Schnars, W. Juptner, 第一张数字全息图（Direct recording of holograms by a CCD target and numerical reconstruction Formation from Electronically Detected Holograms“, Appl. Phys. Lett.）
②对离轴全息需同时满足分离条件
全息图分类：同轴、离轴菲涅耳全息；同轴、离轴无透镜傅里叶变 换全息；像全息(+MO无透镜傅里叶变换全息情况）
.
数字全息成像基本原理
2.物光波重建：
位相恢复：u(x, y)r*(x, y) r(x, y) u(x, y)
逆向传播得到聚焦像：u(x, y) 畸变 矫正
o(x0, y0 )
o(x0 , y0 ) 2
原始物光场 原始物光场强度分布
argtanIm(o(x0, y0)) Re(o(x0, y0))
原始物光场位相分布（包裹位相）
.
数字全息术的应用
神经细胞 菲涅耳重建
.
数字全息术的应用
卵巢癌细胞
.
数字全息术的应用
西北工大
天津大学
北京工大 .
谢谢
.
object beam
Photographic plate
object beam
Beam splitter
CCD
Beam splitter
(a) Conventional optical holography
(b) Digital holography
.
数字全息技术概述
Digital holography: reconstruction

2.3傅里叶全息图PPT演示课件


k
exp j

z
x y


C'exp j
k

z
x y
O
fx,fy
（9）
16
• 参考光波：
R
x,y

R
exp

j
k z

x y
exp

jf xb
f
x

x z

• 曝光光强：
U4 C*R0O* fx, f y exp j2fxb

exp
j
k 2z0
x2

y2
exp
j
k 2

1 zc

1 z0

x2

y2


(12)
与原始像对称的（-b，0）处可得共轭像，是倒立实像。 其放大率与原始像的规律相同，取决于 zC 与z0 的关系
2.3 傅里叶变换全息图
• 物体的信息由物光波所携带，全息记录了 物光波，也就记录下了物体所包含的信息。 物体信号可以在空域中表示，也可以在频 域中表示，也就是说，物体或图像的光信 息既表现在它的物体光波中，也蕴含在它 的空间频谱内。因此，用全息方法既可以 在空域中记录物光波，也可以在频域中记 录物频谱。物体或图像频谱的全息记录， 称为傅里叶变换全息图。
• （3）再现像的分辨率：再现像的分辨率取决于全 息图的宽度，它所记录的空间频率越丰富（即高频 信息越多），分辨率就越高。因而透镜孔径的限制 将起很大作用，孔径越大，截止频率越高。最理想 的是将物紧靠透镜。
12
• （4）和菲涅耳全息一样，光源尺寸及再现光 源线宽都会影响再现像的质量。再现时产生的 像的线模糊和色模糊会影响分辨率，因而对记 录时点源的尺寸及再现光源线宽要严格限制。

19-全息1-基本原理


§5-3 基元全息图分析
Analysis of elemental holograms
全息图
记录到的实际上是一些纵横分布的干涉条纹，这些干 涉条纹的形状、疏密、强度分布取决于物光波和参考 光波的波前特性,以及两者之间的相互位置关系。
干涉条纹是两光位相差为常量的点的轨迹。
基元全息图： 由单一物点构成的物光波与点源构成的参考光波 所形成的最基本、最简单的全息图。其他复杂的 结构则可看成是这些简单结构的组合。
相面全息图 彩虹全息图 真彩色编码全息图 360度合成全息图
§5-2 全息术原理 — 波前记录与再现
单色光波 在z = 0 平面, 复振幅分布: O (x,y)
记录此波前要求: 制作出一种薄的光学元件, 其复振幅透过率 t(x,y) = O (x,y) 再现：用单位振幅的平面波垂直照明 在z = 0 平面，透射波复振幅: U(x,y) ＝ 1. t(x,y) ＝O(x,y) 在z = 0平面上所有的点都再现出初始的波
(2)波前记录: 数学模型 Mathematical Model
全息干板H上设置x , y坐标，
x
设物波和参考波到达H上的复振幅分别为: O ( x , y ) = O 0 ( x , y ) exp [ jfo ( x , y ) ]
R ( x , y ) = R 0 ( x , y ) exp [ jfr ( x , y ) ]
第四阶段是用白光记录、白光再现的全息图，称为第四代全 息。
全息图的分类
1、按记录介质厚度
2、按透过率函数特点 3、按记录物光特点 4、按再现照明光
平面全息图 体积全息图 振幅型 相位型 菲涅尔全息图
夫琅和费全息图 傅立叶变换全息图 激光再现 白光再现 透射型 反射型
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1960年第一台激光器问世，解决了相干光源问题， 1962年美国 科学家利思（Leith）和乌帕特尼克斯（Upatnieks）提出了离轴 全息图以后，全息技术的研究才获得突飞猛进的发展——，激光 记录、激光再现的离轴全息图，称为第二代全息
第三阶段是激光记录、白光再现的全息图，称为第三代全息，主 要包括白光反射全息、像全息、彩虹全息、真彩色全息及合成全 息等
（1）C ( x , y ) = R ( x , y )，即原参考光再现
U’( x , y ) = R 0（O 0 2 + R 0 2）exp [ jφr ]
+R
2 0
O 0 exp [ j φo]+ R 0
2
O0
exp [
- j (φ o -
2φ r )]
第一、二项合并为一项，保留了参考光的信息
第三项与原物光波只增加了一个常数因子，再现了物光波，所成的 像称为原始像（虚象）
干涉场光振幅应是两者的相干叠加，H 上的总光场为干涉场光振幅应是两者的 相干叠加，H 上的总光场为 U(x,y)=O(x,y)+R(x,y)
干板记录的是干涉场的光强分布，曝光光强为 I ( x , y ) = U ( x , y )·U * ( x , y ) =∣O∣2 +∣R∣2 + O·R* + O*·R
盖伯避免位相信息丢失的技巧是干涉方法,因为干涉场分布与波面位 相有一一对应关系
物光波的振幅和位相信息便以干涉条纹的形状、疏密和强度的形式 “冻结”在感光的全息干板上
7
波前记录和波前再现示意图
8
波前记录的数学模型
在全息干板H上设置x , y坐标，设物波和参考波的复振幅分别为 O ( x , y ) = O 0 ( x , y ) exp [ jφo ( x , y ) ] R ( x , y ) = R 0 ( x , y ) exp [ jφ r ( x , y ) ]
c.波面的改变：再现光波面的改变会使原始像发生畸变。
13
全息再现特点的定性说明
全息图上每一点都记录有物上所有点发出的波的全部信息，因此 每一点都可以在参考光照射下再现出像的整体。
对再现像有贡献的点越多，像的亮度越高。 点越多，再现时的照明孔径也越大，像的分辨率就越高，可 以观察三维立体像的视角也越宽
第四项为共轭项，它除了
与物波共轭外，还附加了
一个位相因子，因而这11
波前再现的几个特例(2)
（2）C ( x , y ) = R* ( x , y ) 采用与参考光共轭的光波再现
U’( x , y ) = R 0（O 0 2 + R 0 2）exp [- jφr ]
+R
经线性处理后，底片的透过率函数tH 与曝光光强成正比，略去一个无关紧要的 比例常数，上式可直接写成 tH ( x , y ) =∣O∣2 +∣R∣2 + O·R* + O*·R
9
波前再现的数学模型
设照明光波表示为
C ( x , y ) = C 0 ( x , y ) exp [ jφ c ( x , y ) ]
用白光记录、白光再现的全息图，称为第四代全息
6
波前记录与再现
人眼接收到不失真的物光波的全部信息，两眼产生视差的结果，便 看到了三维立体像
利用两眼视差观察不同像合成，并不是真正的立体像；接收到具有 位相关系的物光波，看见物体的立体像，才是“全息”立体像
“冻结”物光波的过程称为“波前记录”，“复活”信息称为“波 前再现” 即“wavefront reconstraction”
光学信息技术原理及应用
(十四)
光学全息技术的原理与介绍
1
2
3
rotate 1 M0
He-Ne Laser M2
B/S
rotate 2 M1
LiNbO3:Fe crystal
4
全息照相的特点和原理
两个突出的特点，一是三维立体性，二是可分割性
全息照片再现出来的像是三维立体的，具有如同观看真实物体一 样的立体感，这一性质与现有的立体电影有着本质的区别
息图的入射角有偏离。偏离角小时仍出现再现像；随着角度的增 大，再现像由畸变直至消失。全息图只在一个有限的角度范围内 能再现物波前。
利用这一特性，可采用不同角度的参考光在同一张全息片上 记录多重全息图，再现时只要依次改变再现光角度，便可依次显 示出不同的像来。
b.波长的改变：如再现光与参考光只是波长存在差异，则再现像会 出现尺寸上的放大或缩小，同时改变与全息图的相对距离。
可分割性，是指全息照片的碎片照样能反映出整个物体的像来， 并不会因为照片的破碎而失去像的完整性
普通照相在胶片上记录的是物光波的振幅信息（仅体现于光强分 布），而全息照相在记录振幅信息的同时，还记录了物光的位相 信息
5
全息术的发展历史
丹尼斯·盖伯（Dennis Gabor）于1948年提出，由于这种技术要求 高度相干性及高强度的光源而一度发展缓慢——萌芽时期，是用 汞灯作光源，摄制同轴全息图，是第一代全息图
2 0
O 0 exp [
j (φo -2φr )]+ R
2 0
O 0 exp [ -
jφ o]
第一、二项合并，仍保留了参考光的特征
第三项是畸变了的虚象
第四项是与原物相象的实像，但出现了景深反演，即原来近的部位 变远了，原来远的部位变近了，称为赝像
12
波前再现的几个特例(3)
(3)其他情况： a．照射角度的偏离：如再现光与参考光波面形状相同，只是相对全
透过H后的光振幅U’( x , y ) 为
U x, y C0 x, yexp jc x, y O 2 R 2 O R* O* R
C0 O02 exp jc x, y C0 R02 exp jc x, y C0O0 R0 exp j0 r c C0O0 R0 exp j0 r c
式 (5.7) 称为全息学基本方程，其中方程右边各项的意义为 第一、二项：与再现光相似，它具有与其相同的位相分布，只是振幅分布
不同，因而它将以与再现光C ( x , y )相同的方式传播。
第三项：包含有物的位相信息，但还含有附加位相。 第四项：包含有物的共轭位相信息，可能形成共轭像。
10
波前再现的几个特例(1)