光学扫描全息教材

1、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？他是神仙？光学扫描全息n 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。 引言 全息术是利用光的干涉和衍射原理，将携带物体信息的光全息术是利用光的干涉和衍射原理，将携带物体信息的光波以干涉图的形式记录下来，并在一定条件下再现。由于波以干涉图的形式记录下来，并在一定条件下再现。由于记录了物体的全部信息记录了物体的全部信息(振幅和位相振幅和位相)，所以叫全息术，所以叫全息术(Holography)。 Holos-希腊字希腊字“完全完全

2、”基本原理 记录时用实时FZP与物体强度透射率发生卷积从而产生扫描全息图，再现时用与记录时相对应的FZP与全息图信号发生卷积即可表现物体的信息。菲涅耳波带片 经典的菲涅耳波带片的制作可采用人工绘图，再用照相机两次精缩的方法完成。由此可见，一张波带片对波阵面的改造（变换）作用，相当于既有会聚透镜的作用，又有发散透镜的作用，其衍射场中的主要成分包括有一系列会聚的球面衍射波，和一系列发散的球面衍射波，当然还有沿入射方向照直前进的平面波（或直接透射波）成分。全息术的发展历史1.1. 丹尼斯丹尼斯盖伯（盖伯（Dennis GaborDennis Gabor）于）于19481948年提出，由于这种技术要求

3、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，是第一代全息图汞灯作光源，摄制同轴全息图，是第一代全息图 2.2. 19601960年第一台激光器问世，解决了相干光源问题，年第一台激光器问世，解决了相干光源问题， 19621962年美国年美国科学家利思（科学家利思（LeithLeith）和乌帕特尼克斯（）和乌帕特尼克斯（UpatnieksUpatnieks）提出了离轴）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全息图以后，全息技术的研究才获得突飞猛进的发展，激光，激光记录、

4、激光再现的离轴全息图，称为第二代全息记录、激光再现的离轴全息图，称为第二代全息 3.3. 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息等 4.4. 用白光记录、白光再现的全息图，称为第四代全息用白光记录、白光再现的全息图，称为第四代全息 全息术n 1948年， 英国物理学家盖盖伯伯在改进电子显微镜时发展了一项新技术，即“波阵面重建”。到了 60年代激光发明之后,新的光源使这项技术得到长足的发展，并命名为“全息”

5、。 n 1962年，年，密歇根大学的利利思和乌帕特尼斯提出离轴思和乌帕特尼斯提出离轴全息全息，拍摄出首张全息图。1 1 光全息术原理（一），光的波前记录和再现。（一），光的波前记录和再现。全息照相过程分为二步：一是全息记录；二是波前全息照相过程分为二步：一是全息记录；二是波前再现。再现。yxH参考光R物光OABCD物体图4.1 全息图的记录全息照片的拍摄与重现怎么做成的？1. 第一步是利用干涉原理记录物体光波信息，即拍摄过程；2. 第二步是利用衍射原理再现物体光波信息，即成象过程。全息摄影n 全息摄影是指一种记录被摄物体反射波的振幅和位相等全部信息的新型摄影技术。与普通摄影的区别n 普通摄影普

6、通摄影是记录物体面上的光强分布，它不能记录物体反射光的位相信息，因而失去了立体感。n 全息摄影全息摄影采用激光作为照明光源，并将光源发出的光分为两束，一束直接射向感光片，另一束经被摄物的反射后再射向感光片。两束光在感光片上叠加产生干涉，感光底片上各点的感光程度不仅随强度也随两束光的位相关系而不同。摄影要求n 光源必须是相干光源n 使用高分辨率的全息底片投影技术1.空气投影和交互技术2.激光束技术3.360度全系显示空气投影和交互技术n 这是美国麻省名叫Chad Dyne的29岁理工研究生发明的，是显示技术上的一个里程碑，它可以在气流形成的墙上投影出具有交互功能的图像。 此技术来源海市蜃楼的原理

7、，将图像投射在水蒸气上，由于分子震动不均衡，可以形成层次和立体感很强的图像。激光束技术n 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。广东肇庆广东肇庆激光技术用于武器制造激光技术用于武器制造激光表面熔覆技术的使用激光熔覆技术 利用激光高功率密度，由激光加工系统在数控控制下，在基材表面指定部位形成一层很薄的微熔层，同时添加特定成分的自熔合金粉，如镍基、钴基和铁基合金等，使它们以熔融状态均匀地

8、铺展在零件表层并达到预定厚度，与微熔的基体金属材料形成良好的冶金结合，并且相互间只有很小的稀释度，在随后的快速凝固过程中，在零件表面形成与基材完全不同的、具有预定特殊性能的功能熔覆材料层，从而可以完全改变材料表面性能，可以使价廉的材料表面获得极高的耐磨、耐蚀、耐高温等性能。该工艺可以修复材料表面的孔洞和裂纹，可以恢复已磨损零件的几何尺寸和性能。360360度全息显示 它是由南加利福尼亚大学创新科技研究院的研究人员当前宣布他们成功研制的，这种技术是将图像投影在一种高速旋转的镜子上从而实现三维图像，只是会有些危险。 可以说这些技术很多国家都在研制，毫不夸张的说这项技术它包含了未来，谁最先使用这项技

9、术，谁就最先走入未来的先进技术行列。 全息投影技术是全息摄影技术的逆向展示，本质上是通过在空气或者特殊的立体镜片上形成立体的影像。不同于平面银幕投影仅仅在二维表面通过透视、阴影等效果实现立体感，全息投影技术是真正呈现3D的影像，可以从360的任何角度观看影像的不同侧面。特点优势1、 再造出来的立体影像有利于保存珍贵的艺术品资料进行收藏。2、 拍摄时每一点都记录在全息片的任何一点上，一旦照片损坏也关系不大。3、 全息照片的景物立体感强，形象逼真，借助激光器可以在各种展览会上进行展示，会得到非常好的效果。技术应用 光学全息术可望在立体电影、电视、展览、显微术、干涉度量学、投影光刻、军事侦察监视、水

10、下探测、金属内部探测、保存珍贵的历史文物、艺术品、信息存储、遥感，研究和记录物理状态变化极快的瞬时现象、瞬时过程（如爆炸和燃烧）等各个方面获得广泛应用。光学扫描全息的应用领域n 扫描全息显微镜细胞显微图三维图像识别人脸识别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就是把这一就是把这一原理应用在了电视上。原理应用在了电视上。看它後面的投影机相当看它後面的投影机相当於光波资讯记录仪，它於光波资讯记录仪，它的显示器就是用来显示的显示器就是用来显示全息图的。它整个的萤全息图的。它整个的萤幕是由幕是由10mm厚的玻厚的玻璃制成。面积为璃制成。面积为1.5mx1.0m长

11、方形。长方形。外面有一透明的材料覆外面有一透明的材料覆盖其上，面积比显示的盖其上，面积比显示的屏稍大一点，为屏稍大一点，为610mmx814mm。从。从图中可以看到图中可以看到Holoscreen整个占的面整个占的面积比较大。它显示的画积比较大。它显示的画面是在半空中。面是在半空中。 光学扫描全息涉及两个部分。1. 光学扫描光学扫描2. 光外差法光外差法光学扫描的基本原理 光学扫描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。光外差法n 光外差探测的基本原理是基于两束光的相干。必须采用相干性好的激光器作光源，在接收信号光时同时加入参考光（本地振荡光）。参考光的频率与信号光频率极为接近，使参考光和信号光在光电探测器的光敏面上形成拍频信号。只要光电探测器对拍频信号的响应速度足够高，就能输出电信号检出信号光中的调制信号来全息技术n 全息技术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体