信息光學(xué) 第5章 光學(xué)全息

第五章光學(xué)全息全息防偽：定向光變色技術(shù)蘇州大學(xué)：信息技術(shù)研究所二代身份證§5-1光學(xué)全息概述

一、生活中的光學(xué)全息§5-1光學(xué)全息概述

二、基本概念利用干涉原理，將物體發(fā)出的特定光波以干涉條紋的形式記錄下來，使物光波前的全部信息都儲(chǔ)存在記錄介質(zhì)中，所記錄的干涉條紋圖樣被稱為“全息圖”當(dāng)用光波照射全息圖時(shí)，由于衍射原理能重現(xiàn)出原始物光波，從而形成與原物體逼真的三維像，這個(gè)波前記錄和重現(xiàn)的過程被稱為全息術(shù)或全息照相概念：把物體通過某種設(shè)備以物體的像的形式記錄下來。對(duì)記錄介質(zhì)進(jìn)行后續(xù)處理，當(dāng)物體不在時(shí)仍可通過像可以再現(xiàn)物體。系統(tǒng)構(gòu)成：人，樓，風(fēng)景等光學(xué)成像系統(tǒng)感光材料被攝物體照相設(shè)備記錄介質(zhì)

普通照相系統(tǒng)照相最終目標(biāo)：再現(xiàn)像與物體完全相同(相似)§5-1光學(xué)全息概述

二、基本概念—“照相”§5-1光學(xué)全息概述

二、基本概念—“物體”物體成像在人眼：根據(jù)波動(dòng)光學(xué)理論，光以波動(dòng)形式向空間傳播，當(dāng)光照射到一個(gè)物體，物體的反射光波前傳入人眼，就看到物體的亮暗、位置、形狀和顏色等全部信息。物體的物理圖像： 振幅：反映物體光波的亮暗（強(qiáng)弱） 相位：反映物體光波隨空間和時(shí)間的變化關(guān)系（位置/形狀） 波長(zhǎng)：反映物體的顏色（可見光波段）物體波前的數(shù)學(xué)描述：§5-1光學(xué)全息概述

三、

平面照相

第一張黑白照相(振幅)

：1825年，法國(guó)人尼埃普斯

第一張彩色照相(振幅+波長(zhǎng))

：1861年，英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋普通照相不能記錄物光波的相位，因此不能完整描述物體。

為什么要記錄物光波的相位？相位信息反映了三維物體光波隨時(shí)間和空間的變化關(guān)系。

現(xiàn)有的光記錄材料能否記錄物光波的相位？不能。目前光記錄材料只能記錄光波的強(qiáng)度。

如何記錄物光波的相位？采用干涉原理，用另一束光與物光波干涉形成干涉條紋，從而將位相轉(zhuǎn)化（編碼）成干涉條紋的強(qiáng)度分布，就能夠用光記錄材料同時(shí)記錄物體的振幅和位相信息?！?-1光學(xué)全息概述

四、相位的重要性利用光波干涉原理，將物光波前的全部信息以干涉條紋圖樣的形式儲(chǔ)存在記錄介質(zhì)中，在一定條件下用參考光波照射“全息圖”，由于衍射原理能重現(xiàn)出原始物光波。希臘語，“holosgramma”§5-1光學(xué)全息概述

五、物體的記錄—立體照相全息照相：（振幅+波長(zhǎng)+位相）

1948年，Gabor

提出“波前重現(xiàn)”

理論目的：改善電子顯微鏡的分辨率。效果：因光源（汞燈）相干性差，成像質(zhì)量很差，沒引起普遍關(guān)注。作用：借助于把相位差轉(zhuǎn)換成強(qiáng)度差的思想，解決了全息照相的基本問題，把位相編碼成記錄介質(zhì)能識(shí)別的物理量。不足：(1)光源的相干性太差；(2)同軸全息，再現(xiàn)的原始像和共軛像不能分離。DenisGabor§5-1光學(xué)全息概述六、全息照相的發(fā)展簡(jiǎn)史第一代全息圖（汞燈記錄，可見光再現(xiàn)）第二代全息圖（激光記錄、激光再現(xiàn)）1960年，激光器問世，提供了理想的相干光源。1962年，利思和烏帕特尼克斯將載頻概念推廣到空域，提出離軸全息。1964年，利思和烏帕特尼克斯制作了第一張全息圖。作用：全息圖成像質(zhì)量改善很多；開始出現(xiàn)全息圖的應(yīng)用。不足：激光再現(xiàn)使全息圖失去了色調(diào)信息；制作和觀察昂貴。第一張全息圖

LeithandUpatnieks§5-1光學(xué)全息概述六、全息照相的發(fā)展簡(jiǎn)史第三代全息圖（激光記錄、白光再現(xiàn)）起始于上世紀(jì)七十年代。1969年，benton提出彩虹全息圖。1977年，cross制成復(fù)合全息圖。作用：提出了白光反射全息、像全息、彩虹全息及模壓全息等，在一定條件下將鮮艷的色彩賦給全息圖，全息技術(shù)得到迅速普及和廣泛應(yīng)用。不足：（1）對(duì)全息裝置的環(huán)境及位置精度等要求仍很高；（2）相干噪聲比較嚴(yán)重?！?-1光學(xué)全息概述六、全息照相的發(fā)展簡(jiǎn)史第四代全息圖（白光記錄、白光再現(xiàn)）上世紀(jì)八十年代中期開始，正在發(fā)展中，目前已開始取得進(jìn)展。已經(jīng)開始有了白光信息處理、非相干光處理、及非光波全息等方面的研究成果。將實(shí)現(xiàn)全息術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向社會(huì)應(yīng)用的過程。§5-1光學(xué)全息概述六、全息照相的發(fā)展簡(jiǎn)史普通照相全息照相1.原理幾何光學(xué)（直線傳播）波動(dòng)光學(xué)（干涉、衍射）2.記錄對(duì)象物體各點(diǎn)光強(qiáng)振幅+相位3.物-底片關(guān)系點(diǎn)-點(diǎn)對(duì)應(yīng)點(diǎn)-面對(duì)應(yīng)4.再現(xiàn)平面像立體像5.光源普通單色6.曝光單次多次§5-1光學(xué)全息概述七、普通照相和全息照相的比較單色光波在z=0平面,復(fù)振幅分布：O

(x,y)記錄此波前要求：制作出一種薄的光學(xué)元件， 其復(fù)振幅透過率t(x,y)=O

(x,y)再現(xiàn)：用單位振幅的平面波垂直照明 在z=0平面，透射波復(fù)振幅： U(x,y)＝1.

t(x,y)＝O(x,y)

在z=0平面上所有的點(diǎn)都再現(xiàn)出初始的波在z>0的空間中任意位置都再現(xiàn)出初始的波?！?-2光學(xué)全息原理

一、波前記錄波前記錄：將位相編碼為強(qiáng)度制作透明片t(x,y)=O(x,y)的關(guān)鍵難點(diǎn)：光學(xué)探測(cè)器只響應(yīng)光強(qiáng)度|O(x,y)|2，而對(duì)位相arg{O(x,y)}不敏感。位相信息不應(yīng)當(dāng)丟棄。為了記錄O(x,y)的位相，應(yīng)當(dāng)找到一種編碼方法將位相的變化轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度變化。

§5-2光學(xué)全息原理

一、波前記錄波前記錄：全息編碼

基本點(diǎn)：在z=0平面,將初始光波O（物波）與已知的參考波R疊加(混合)。用照相方法記錄兩個(gè)波疊加以后干涉圖樣的強(qiáng)度得到復(fù)振幅透過率t與曝光強(qiáng)度成正比的透明片。

物光波的振幅和位相信息以干涉條紋的形狀、疏密和強(qiáng)度的形式“凍結(jié)”在感光的全息干板上。這就是波前記錄的過程?！?-2光學(xué)全息原理

一、波前記錄設(shè)物波和參考波到達(dá)H上的復(fù)振幅分別為:

O(x,y)=O0(x,y)exp[jfo(x,y)]R(x,y)=R0(x,y)exp[jfr(x,y)]干板記錄的是干涉場(chǎng)的光強(qiáng)分布，曝光光強(qiáng)為

I(x,y)=U(x,y)·U*

(x,y)=∣O∣2+∣R∣2+O·R*+O*·R

干涉場(chǎng)光振幅應(yīng)是兩者的相干疊加，H上的總光場(chǎng)U(x,y)=O(x,y)+R(x,y)xy全息干板H上設(shè)置x,y坐標(biāo)，§5-2光學(xué)全息原理

一、波前記錄

數(shù)學(xué)模型復(fù)雜的余弦條紋調(diào)制度<1令I(lǐng)r和Io分別為參考波和物波在z=0平面的強(qiáng)度，經(jīng)線性處理后，底片的透過率函數(shù)tH

與曝光光強(qiáng)成正比

tH

(x,y)∝I(x,y)tH

(x,y)=|O∣2

+∣R∣2

+O·R*+O*·R這就是全息照片，又稱全息圖(Hologram)。tH(x,y)=

Ir+Io+2(IrIo)1/2cos[fr

(x,y)-fo(x,y)]全息圖的復(fù)振幅透過率又可寫為：§5-2光學(xué)全息原理

一、波前記錄

全息圖的復(fù)振幅透過率§5-2光學(xué)全息原理

二、波前再現(xiàn)透過H后的光場(chǎng)復(fù)振幅U’(x,y)=C(x,y)·tH

(x,y)用照明光波C(x,y)=C0(x,y)exp[jfc(x,y)]照射全息圖=C0(O02+R02)

exp[jfc(x,y)] +C0O0R0exp[j(fo–fr+fc)] +C0O0R0exp[-j(fo–fr–fc)]全息學(xué)基本方程U’(x,y)=C0(x,y)exp[jfc(x,y)]·[|O|2+|R|2+O·R*+O*·R]全息學(xué)基本方程：特例（1）:用原參考光再現(xiàn)，C(x,y)=R(x,y)全同照明U’(x,y)=R0(O02+R02)exp[jfr] ++

U’(x,y)=C0(O02+R02)

exp[jfc(x,y)] +C0O0R0exp[j(fo–fr+fc)] +C0O0R0exp[-j(fo–fr–fc)]與再現(xiàn)光相似包含物的位相信息包含物的共軛位相信息畸變了的共軛像（實(shí)像），-1級(jí)像原始像(虛象)1級(jí)像R02O0exp[jfo]R02O0exp[-j(fo-2fr)]§5-2光學(xué)全息原理

二、波前再現(xiàn)U’(x,y)=R0(O02+R02)exp[-jfr] +R02O0exp[j(fo-2fr)] +R02O0exp[-jfo]特例（2）共軛光再現(xiàn)，

C(x,y)=R*

(x,y)C0(x,y)=R0(x,y)，fc=-fr

畸變了的虛像與原物相像的實(shí)像（贗實(shí)像）§5-2光學(xué)全息原理

二、波前再現(xiàn)C=R*贗實(shí)像O’

U’(x,y)=C0(O02+R02)

exp[jfc(x,y)] +C0O0R0exp[j(fo–fr+fc)] +C0O0R0exp[-j(fo–fr–fc)]由于光是獨(dú)立傳播的，再現(xiàn)時(shí)在全息圖上相互重疊的四項(xiàng)將分別沿三個(gè)不同方向傳播。這稱為離軸全息圖?！?-2光學(xué)全息原理

二、波前再現(xiàn)§5-2光學(xué)全息原理

三、例題

兩束夾角為

=45o的平面波在記錄平面上產(chǎn)生干涉，已知光波波長(zhǎng)為632.8nm，求對(duì)稱情況下（兩平面波的入射角相等）該平面上記錄的全息光柵的空間頻率。HqxzORO(x,y)=exp[jkxsin(q/2)]R(x,y)=exp[-jkxsin(q/2)]U(x,y)=

exp[jkxsin(q/2)]

+exp[-jkxsin(q/2)]I(x,y)=U(x,y)·U*(x,y)=|O|2+|R|2+O·R*+O*·R

=2+2cos[kx﹒2sin(q/2)]HqxzORx干涉圖樣為余弦條紋，其調(diào)制度為1，空頻為：經(jīng)線性處理后，底片的透過率函數(shù)tH與曝光光強(qiáng)成正比，形成全息光柵：

§5-2光學(xué)全息原理

三、例題x其調(diào)制度為1，空頻為：經(jīng)線性處理后，底片的透過率函數(shù)tH與曝光光強(qiáng)成正比，形成全息光柵：

代入

=45o，l

=632.8nm，計(jì)算得：

f=1209.5lp/mm§5-2光學(xué)全息原理

三、例題§5-2光學(xué)全息原理

四、全息實(shí)驗(yàn)裝置

光的相干性包括時(shí)間相干性和空間相干性。要求光束的相干長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)，相干面積足夠大。相干光源——激光器§5-2光學(xué)全息原理

四、全息實(shí)驗(yàn)裝置

光學(xué)隔振平臺(tái)：必須達(dá)到相當(dāng)高的穩(wěn)定度，使曝光時(shí)間內(nèi)兩臂光程差的變化量不得超過l/10。光學(xué)元件：光分束器、反射鏡、擴(kuò)束鏡、針孔濾波器、透鏡、散射器用于分光、折光、擴(kuò)束、濾波、準(zhǔn)直、成像、散射等等§5-3基元全息圖由單一物點(diǎn)構(gòu)成的物光波與點(diǎn)源構(gòu)成的參考光波所形成的最基本、最簡(jiǎn)單的全息圖。其他復(fù)雜的結(jié)構(gòu)則可看成是這些簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的組合?；D：記錄到的實(shí)際上是一些縱橫分布的干涉條紋，這些干涉條紋的形狀、疏密、強(qiáng)度分布取決于物光波和參考光波的波前特性，以及兩者之間的相互位置關(guān)系。全息圖干涉條紋是兩光位相差為常量的點(diǎn)的軌跡?！?-3基元全息圖一、平面波與平面波相干

干涉場(chǎng)的峰值強(qiáng)度面平行于兩光夾角的平分線，是平行等距的平面族。點(diǎn)光源位于無窮遠(yuǎn)物光：平面波參考光：平面波q§5-3基元全息圖二、平面波與球面波相干

物光波是點(diǎn)源發(fā)出的球面波參考光為平面波峰值強(qiáng)度面是一族旋轉(zhuǎn)拋物面：到定點(diǎn)與定平面距離之差為常數(shù)的點(diǎn)的軌跡。r1r2r1-r2=常數(shù)的點(diǎn)的軌跡是拋物線§5-3基元全息圖

干涉條紋的峰值強(qiáng)度面為一組旋轉(zhuǎn)雙曲面,旋轉(zhuǎn)軸是兩個(gè)點(diǎn)光源的連線物光波和參考光波：都是由點(diǎn)源發(fā)出的發(fā)散球面波r1r2r1-r2=常數(shù)的點(diǎn)的軌跡是雙曲線全息圖上不同位置處條紋的空間頻率不同三、會(huì)聚球面波與會(huì)聚球面波相干

§5-3基元全息圖物波是發(fā)散球面波，參考波是會(huì)聚球面波峰值強(qiáng)度面為一組旋轉(zhuǎn)橢圓。兩個(gè)點(diǎn)源位置恰是橢圓的兩個(gè)焦點(diǎn)Pr1+r2=常數(shù)的點(diǎn)的軌跡是橢圓記錄材料在干涉場(chǎng)中的位置不同，材料的厚度不同，都會(huì)產(chǎn)生不同類型的全息圖。四、發(fā)散球面波與會(huì)聚球面波相干

全息圖的分類

全息圖平面全息圖體積全息圖表面浮雕型折射率型記錄介質(zhì)膜厚物光的特點(diǎn)菲涅耳全息圖夫瑯禾費(fèi)全息圖傅里葉變換全息圖振幅型相位型透過率函數(shù)平面全息圖傅里葉變換全息圖體積全息圖菲涅耳全息圖全息圖的分類（續(xù)）全息圖照明光和衍射光的方向透射型反射型鄰面入射型激光再現(xiàn)白光再現(xiàn)再現(xiàn)時(shí)照明光360°合成全息彩虹全息真彩色全息像面全息§5-4平面全息圖

平面全息圖（二維全息圖）只需考慮x-y平面上的振幅透射率分布，而無須考慮記錄材料的厚度。記錄材料厚度h一般符合下式所限制的條件：h

＜

10nd2/

(2πλ)乳膠折射率曝光波長(zhǎng)條紋間距§5-4平面全息圖

一、菲涅耳全息圖共軛光再現(xiàn)特點(diǎn)：記錄平面位于物體衍射光場(chǎng)的菲涅耳衍射區(qū)，物光由物體直接照到底片上。原參考光再現(xiàn)再現(xiàn)原始像位于記錄時(shí)物體的位置，且與物體完全相同，同時(shí)還存在一個(gè)畸變的共軛像。得到物體的不畸變的贗實(shí)像普遍的物像關(guān)系需要具體分析§5-4平面全息圖

一、菲涅耳全息圖考察原始像項(xiàng)：設(shè)像平面與全息圖平面距離為zi，對(duì)應(yīng)的像平面坐標(biāo)為(xi,yi)?？疾斓谌?xiàng)成像光波U3(x,y)經(jīng)菲涅耳衍射在(xi,yi)平面產(chǎn)生的分布U3(xi,yi)。U’H(x

,

y)=

tH(x

,

y)·C(x

,

y)=|O|2·C

+|R|2·C

+O·R*

·C+O*

·R·C

原始像項(xiàng)記作U’3(x,y)思路：根據(jù)全息學(xué)基本方程，透過全息圖的光場(chǎng)：其中R和C寫成簡(jiǎn)單球面波，O寫成物分布在全息圖平面產(chǎn)生的菲涅耳衍射分布。采用近主光線近似，可以逐步演算，得出普遍的物像關(guān)系式（125頁(yè)5.5.10式）§5-4平面全息圖

二、傅里葉變換全息圖

記錄原理：傅里葉變換全息圖：記錄物的傅里葉譜，并非物光本身。③全息干板置于后焦面上④斜入射的平行光作為參考光①物O(xo,yo)置于透鏡前焦面②平行光照明透鏡L后焦面上得到它的傅里葉頻譜§5-4平面全息圖

二、傅里葉變換全息圖

物光波：O(xo,yo

)=O0

(xo,yo)exp[jfo(xo,yo)]R

(xo,yo)=R0δ(xo+b,yo)參考光：可利用置于前焦面上的點(diǎn)光源產(chǎn)生，設(shè)其位置坐標(biāo)為(-b,0)，數(shù)學(xué)表述為δ函數(shù)：fx=xf/(λf)、fy=yf/(λf)，xf﹑yf為透鏡后焦面的空間坐標(biāo)，f為透鏡焦距。到達(dá)記錄平面的光復(fù)振幅是它們的傅里葉頻譜之和：O??§5-4平面全息圖

二、傅里葉變換全息圖曝光光強(qiáng)：

I(fx

,fy

)=(O+R)·(O+R)*=|O(fx

,fy

)|2+Ro2+Roexp(-j2pfxb)O(fx

,fy

)+Ro(j2π

fx

b)O*((fx，fy)exp線性處理后，全息圖的透射率tH∝I，即傅里葉變換全息圖兩大特點(diǎn)：1：它所記錄的是物的頻譜2：全息圖的條紋結(jié)構(gòu)有序，呈多族余弦光柵按一定規(guī)律線性重疊而成?！?-4平面全息圖

二、傅里葉變換全息圖再現(xiàn)光路平行光垂直入射:C(x,y)=Coexp(jφc)=1全息圖后的光振幅為:UH’=C·tH≈tH=|O|2+Ro2

+Roexp

(-j2pfxb)O(fx,fy)+Roexp

(j2πfxb)

O*

(fx,fy)共軛頻譜包含物的頻譜附加位相exp(-j2pfxb)和exp(j2πfxb)只在指數(shù)上差一個(gè)符號(hào)，必然對(duì)稱分布于零級(jí)兩側(cè)，傾角分別為θx

=±sin-1(b/f)§5-4平面全息圖

二、傅里葉變換全息圖Uf1=?–1{|O(fx,fy)|2}=?–1{O(fx,fy)·O*

(fx,fy)}=O(xo',yo')*O*

(-xo',-yo')=O(xo',yo')★O(xo',yo')物函數(shù)的自相關(guān)(★)，因頻率較低，故分布于原點(diǎn)附近，形成暈輪光。再現(xiàn)光路得到四項(xiàng)，首先考察前2項(xiàng)：Uf2=?–1{R02}是d函數(shù)，形成焦點(diǎn)處的亮點(diǎn)，稱為零級(jí)?！?-4平面全息圖

二、傅里葉變換全息圖第三項(xiàng)：再現(xiàn)光路?=RoO(xo'-b,yo')中心位置在(b,0)處的倒立實(shí)像：原始像再現(xiàn)光路§5-4平面全息圖

二、傅里葉變換全息圖Uf4

=?–1{RoO*

(fx,fy)exp(j2πfxb)}=RoO*

(-xo'-b,-yo')第四項(xiàng)：代表物的共軛像，位置在(-b,0)處，是一正立贗實(shí)像。對(duì)于大部分低頻物來說，其頻譜都非常集中，直徑僅1mm左右，記錄時(shí)若用細(xì)光束作參考光，可使全息圖的面積小于2mm2，特別適用于高密度全息存儲(chǔ)?！?-4平面全息圖

三、像全息圖

物體非?？拷涗浗橘|(zhì)，或利用成像系統(tǒng)使物體成像在記錄介質(zhì)附近，拍攝的全息圖稱為像面全息圖。像全息圖可以用擴(kuò)展白光光源照明再現(xiàn)，不管參考光是發(fā)散光波還是平行光，都可以用一個(gè)燈絲稍集中的白熾燈，按記錄時(shí)參考光的方向照明進(jìn)行再現(xiàn)。對(duì)于全息的實(shí)際應(yīng)用有極重要的意義?！?-4平面全息圖

三、像全息圖像全息圖記錄時(shí)所用的像光波一般有兩種方式①透鏡成像§5-4平面全息圖

三、像全息圖

②用全息圖的再現(xiàn)像先對(duì)物體記錄一張菲涅耳全息圖H1用原參考光波的共軛光波照明光波H1，再現(xiàn)出一實(shí)像。引入?yún)⒖脊獠?，將這個(gè)實(shí)像與參考光波疊加，記錄介質(zhì)面上，制成像全息圖H2

。全息圖通過一狹縫記錄，在觀察再現(xiàn)像時(shí)，仿佛也是通過狹縫去看。如果再現(xiàn)波長(zhǎng)不同于記錄波長(zhǎng)，由于引入了放大效應(yīng)，再現(xiàn)出的波就顯得好像是來自一個(gè)位移了的縫。#可以用白光再現(xiàn)的另一種全息圖如果用白光再現(xiàn)，再現(xiàn)出的波好像是通過許多位移了的縫看到的物體，每個(gè)縫的像有不同的波長(zhǎng)（顏色）?？偟慕Y(jié)果是通過許多平行狹縫看到的彩虹像。每個(gè)縫顯示的物體在縫的方向有視差，但在與縫正交的方向沒有視差。彩虹全息圖用于顯示，在商業(yè)上有很多應(yīng)用?！?-4平面全息圖

四、彩虹全息制作菲涅耳全息圖H1R1激光H1記錄R1為平行參考光第一步二步彩虹全息以H1的共軛實(shí)像為“物”，通過狹縫S記錄彩虹全息圖H2SR2R1*H1H2記錄第二步制作彩虹全息圖

H2O’再現(xiàn)二步彩虹全息S’H2R2*(單色光）再現(xiàn)用單色光再現(xiàn)（共軛光）二步彩虹全息在觀察再現(xiàn)像時(shí)，仿佛也是通過狹縫去看。用白光再現(xiàn)（共軛光）再現(xiàn)二步彩虹全息H2R2*(白光)藍(lán)綠紅狹縫像彩虹像黃紫白光顯示全息§5-4平面全息圖

五、相位全息圖

對(duì)照明光是透明的，但由于其內(nèi)部折射率或厚度分布不均，當(dāng)光波從全息圖通過時(shí)，其位相被調(diào)制，從而使記錄在上面的物信息得以恢復(fù)。全息圖的透射率通常是復(fù)函數(shù)：tH(x,y)=

t0(x,y)·exp[jfH

(x,y)]振幅全息圖fH=常數(shù)相位全息圖t0=常數(shù)相位全息圖相位全息圖的衍射效率一般比較高§5-4平面全息圖

五、相位全息圖相位全息圖的類型

①折射率型②表面浮雕型位相分布是由折射率變化引起的例如，將銀鹽干板制成的全息圖置于氧化劑中漂白，可得到折射率全息圖。常用的氧化劑有鐵氰化鉀、氯化汞、氯化鐵、重鉻酸銨、溴化銅及溴蒸汽等。再如用重鉻酸鹽明膠或光致聚合物制成的全息圖，也屬折射率型。位相分布是由記錄介質(zhì)表面厚度變化而引起的例如，將銀鹽干板制成的全息圖置于鞣化漂白液中，經(jīng)干燥便可制得浮雕型全息圖；再如用光致抗蝕劑（光刻膠）作記錄介質(zhì)，得到的全息圖也是浮雕型?！?-5體積全息圖

體積全息圖通常膠膜厚度滿足關(guān)系式：當(dāng)用于全息記錄的感光膠膜厚度足夠厚時(shí)，它在物光和參考光的干涉場(chǎng)中將記錄到明暗相間的三維空間曲面族，這種全息圖在再現(xiàn)過程中將主要顯示出體效應(yīng)，與前一節(jié)所介紹的平面全息圖的特點(diǎn)有很大差別。記錄介質(zhì)的折射率記錄波長(zhǎng)干涉條紋周期§5-5體積全息圖

一、體全息圖的記錄

體全息圖對(duì)于角度和波長(zhǎng)如此苛刻的選擇性，造成了它特殊的應(yīng)用前景。

僅當(dāng)照明光束的入射角和波長(zhǎng)同時(shí)滿足布拉格條件，才能得到最強(qiáng)的衍射光。若波長(zhǎng)或角度稍有偏移，衍射光強(qiáng)將大幅度下降，并迅速降為零。可以用白光再現(xiàn)：因?yàn)樵谟啥喾N波長(zhǎng)構(gòu)成的復(fù)合光中，僅有一種波長(zhǎng)即與記錄光波相同波長(zhǎng)的光才能達(dá)到衍射極大，而其余波長(zhǎng)都不能出現(xiàn)足夠亮度的衍射像，避免了色串?dāng)_的出現(xiàn)。體全息圖可用于大容量全息存儲(chǔ)：可以用很小的角度（或波長(zhǎng)）間隔存儲(chǔ)多重圖像而不發(fā)生像串?dāng)_。布拉格條件2Λsinθ=λ體全息圖可用于高效率全息器件：設(shè)計(jì)靈活，制作簡(jiǎn)便§5-5體積全息圖

一、體全息圖的記錄物光波和參考光波都是平面波條紋面應(yīng)處于R和O兩光夾角的角平分線，它與兩束光的夾角θ應(yīng)滿足關(guān)系式根據(jù)光的干涉原理，在記錄介質(zhì)內(nèi)部應(yīng)形成等間距的平面族結(jié)構(gòu)，稱為體光柵。θ=(θ1-θ2)/2參考光在介質(zhì)內(nèi)的入射角物光在介質(zhì)內(nèi)的入射角O

zRqq1xq2Lkgddkrko.在相對(duì)厚的介質(zhì)中記錄的全息圖簡(jiǎn)單情形:物波和參考波是波矢量為ko和kr的平面波,記錄介質(zhì)的前后兩表面是z=0和z=d干涉圖樣是x,y和z的函數(shù)：I(x,y,z)=|Ir1/2exp(j

kr.r)+Io1/2exp(j

ko.r)|2=Ir+Io+

2(IrIo)1/2cos(ko.r-kr.r)=Ir+Io+

2(IrIo)1/2cos(kg.r)式中kg=kr-ko這是一個(gè)周期為kg的正弦型圖樣，形成等間距的平面族結(jié)構(gòu)，其等強(qiáng)度面垂直于光柵矢量kg。用感光材料將干涉圖樣記錄下來成為厚衍射光柵，或體全息圖?！?-5體積全息圖

一、體全息圖的記錄§5-5體積全息圖

一、體全息圖的記錄體光柵常數(shù)Λ

應(yīng)滿足關(guān)系式布喇格角光波在介質(zhì)內(nèi)傳播的波長(zhǎng)2Λsinθ=λ布拉格條件只有當(dāng)再現(xiàn)光波完全滿足該布拉格條件時(shí)才能得到最強(qiáng)的衍射光具體說來，若把條紋面看作反射鏡面，則只有當(dāng)相鄰條紋面的反射光的光程差均滿足同相相加的條件，即等于光波的一個(gè)波長(zhǎng)時(shí)，才能使衍射光達(dá)到最強(qiáng)?！?-5體積全息圖

一、體全息圖的記錄體全息圖對(duì)于角度和波長(zhǎng)如此苛刻的選擇性，造成了它特殊的應(yīng)用前景。因此，僅當(dāng)照明光束的入射角滿足布拉格條件、其波長(zhǎng)與記錄波長(zhǎng)相同時(shí)，上述條件才能得以滿足。若波長(zhǎng)和角度稍有偏移，衍射光強(qiáng)將大幅度下降，并迅速降為零。①可以用白光再現(xiàn)：因?yàn)樵谟啥喾N波長(zhǎng)構(gòu)成的復(fù)合光中，僅有一種波長(zhǎng)即與記錄光波相同波長(zhǎng)的光才能達(dá)到衍射極大，而其余波長(zhǎng)都不能出現(xiàn)足夠亮度的衍射像，避免了色串?dāng)_的出現(xiàn)。②體全息圖可用于大容量高效率全息存儲(chǔ)：因?yàn)楫?dāng)照明光角度稍有偏離，便不能得