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1、第五章 全息照相,1 衍射普遍定义波前变换,1.1. 衍射系统,（1）装置三部分,（3）整个系统波前变换,衍射空间,照明空间,（2）三个场分布,1.2. 衍射普遍定义,衍 射 定 义:,波传播时，波前复振幅分布(A ;)发生了 变化, 后场不再是自由传播的.即衍射。,t屏函数,1.3平面波和球面波的波前函数,考虑z0平面（xy平面）,等相位面的空间周期,发散波,会聚波,共轭函数,1.4傍轴条件和远场条件,若点源在轴上，,相位中含有二次项，不是严格的平面波前函数,2 远场条件,1）场点满足远场和傍轴条件，源点只满足傍轴条件,平面波,2）源点满足远场和傍轴条件，场点只满足傍轴条件,二次相因子，非平
2、面波,3）场点源点同时满足傍轴和远场条件,平行于z轴的平面波,一般情况下，远场条件更苛刻，包涵了傍轴条件,1.5相因子判断法,复杂波=球面波+平面波,根据波前平面上位相因子函数,判别复杂波的成分及各波特点,补： 两平行光束的干涉场,1. 装置,波前函数: 设二波,先找场点的,2.光强分布函数：,3. 条纹形状：,条纹是直线：,X,m取不同的值，得到不同的干涉级条纹轨迹。,截距,斜率,第m级明纹：,条纹间距（空间周期）,同理：,条纹取向：,讨论：,例1,条纹性质：形状、间隔、取向、反衬度,由上知，是一组平行直纹,间 隔,形 状,取 向,平行 y 轴的等间距条纹,反衬度,例1: 一平面波传播方向平
3、行于x-z平面，与Z轴 成角，求在Z=0面上复振幅,在波前 Z=0上,-平行 y 轴的线,等相线:,解：,例2: 求 u1 共轭函数 u2 = ?,解：( 例1的逆问题 ）,相因子判断法：,k x = - ksin k y = 0,结论：平行光波的共轭波关于 z 轴对称,例2 正弦光栅,出 射 场 ：,x,结论：得三个极大亮点。与惠-菲原理结论相同,相因子判断法分析,计算透镜的屏函数,玻璃有很高的透过率,相位变换函数：,对薄透镜，光程近似沿平行于光轴计算,傍轴条件,同理,透镜的屏函数,1.5 透镜的相位变换函数,1）以平行光轴的平行光入射,会聚到透镜后轴上F处的球面波,2）以透镜前轴上距离s处
4、的发散球面波入射,薄透镜的物象公式,1.6棱镜的相位变换函数,补充作业1,1）写出沿r方向波的位相分布,2）写出沿x方向波的位相分布,3）写出沿x方向波的位相分布,补充作业2,两束相干的平行光束，传播方向平行于xz面，对称地斜射在记录介质（xy面）上，光波长为632.8nm,当两束光的夹角为600时，干涉条纹的间距为多少？,补充作业3 三列平行光在原点处初相位都为0,传播方向与z轴夹角，0，-,求z0平面上的强度分布函数，分析条纹特征,(2)条纹特征,(1)光强分布,3 全息照相的过程及特点,看到物的关键：,物波传播的信息：,三种信息：,概述,照片,黑白照,彩色照,全息照,全记录,全息,物波的
5、存在,3.1 全息照相的过程 (干涉与衍射）,1. 像的记录-拍照-干涉记录,物光 + 参考光 = 干涉,底板记录干涉图,2. 像的再现物波再造-底板衍射,衍射再造物波波前,参考光R,物光束 O,记录介质,照明光束R,再现物光束,全息图,3.2 全息照特点,黑白照,全息照,1、几何光学成像 干涉原理记录像,2、记录 A-平面像 记录 A、 -立体像,4、白光再现 特定波长 再现,5、记录信息 无限（可多重）,储存有限,3、 点 点 点 面,底片不完整，则像不完整,底片不完整，则像也完整,4 全息照相原理,1、像记录原理,2、像的再现物波再造,H衍射光栅,沿 方向传播 零级衍射波,沿原物光方向
6、发散波 再造物波虚像,原物波的 共轭波 汇聚波实像,全息图的衍射有三列波，照明光照直前进的几何光学透射波（0级波），和一对孪生虚、实像的正负1级波,例：点物 -C 的全息照,记录：,线性冲洗：,全息图：,像再现：,原照明光,球面波发散 中心（0，0，-zc）,球面波汇聚 中心（0，0，zc）,5-13.如附图a，用正入射的平面参考光波记录轴外物点O发出的球面波。 如附图(b),用轴上点源发出的球面波再现波前，求正负1级两象点的位置。,解：首先分别写出物光波，参考光波，照明光波的波前函数。,设物点O的坐标为（ 0,y0,-z),傍轴条件下,正入射时的平面参考光波波前函数为,设轴上照明点源的坐标为
7、， 在傍轴条件下，其波前函数为,将它们代入线性冲洗条件下透射场的标准形式,其中0级衍射波的波前函数为,表示中心 在 的发散球面波，也就是照明波的直接透射波，但振幅发生变化,正1级衍射波的波前函数为,正1级波是一列中心在轴外的发散球面波，其中心坐标(即象点位置),与物光波的中心坐标 相比,透射场的第三项为1级衍射波，其波前函数为,1）照明球面波提供了一个二次相因子变换函数，当照明球面波为发散型时，其作用相当于负透镜，当照明球面波为汇聚型时，其作用相当于正透镜。等效透镜的焦距便是照明点源的纵向距离。所谓“全息成像是无透镜的透镜成像”，,2）如果照明光波或参考光波为球面波时，此时照明光波或参考光波相当于一个透镜的作用，那么1波和1波将重新成像而被移位，缩放，甚至可能全是发散波（全是虚像），或全是汇聚波（全是实像）。,