信息光学-第5显示技术

第五

章光显示技术第5章

光显示技术

像全息、反射全息、彩虹全息、模压全息等5.1像全息技术一、何谓像全息像全息是一种可以用宽光源（较大）和白光

（较宽）照明再现原物体的像的全息技术。点物的像——波带板再现光源宽度的影响：1：通常，用点光源照明全息图时，点物的再现像也是点像，若照明光源的线度增加，像的线度也会增加。2:理论研究表明，当物体接近全息记录介质时，再现光源的线度可以增大，再现像的线度不变。3:若来自点光源的一个球面波与一个平面波干涉，所形成的条纹图样称之为波带片干涉图。它由亮暗相间的同心圆环组成，中心条纹间距大，边缘条纹间距小。4:全息图相当于被记录物体上每一点源发出的光波与参考光波之间的干涉所产生的诸多波带片的总和。5:当物(或像)移近记录介质平面时，波带片的横向尺寸逐渐变小，直到物体上的点位于全息记录介质平面上时，波带片即变为物体本身。再现光源宽度的影响像全息可用扩展光源再现的特点，也可给予定量解释。若再现光源在嚣方向上增宽了Δxi再现光源光谱宽度的影响色模糊像全息的制作透镜成像方式先对物体记录一张费涅耳全息图，然后用参考光波的共轭光波照明全息图，再现物体的实像。实像的光波与制作像全息时的参考光波叠加，得到像全息图。因此，这种方法包括二次全息记录和一次再现的过程例：像全息记录光路中，如果改用与参考光相同的单色光波照明，试画图说明再现像的位置和特点。解由记录光路可知，参考光位于yz平面内，即参考点源的坐标为(o，yr，zr)．物也是一个位于yz面的平面物体，故其坐标应为(0，yo，zo)，再现光路如图所示。因再现光波为原参考光波，故有xp=xr=0yp=yr<0zp=zr<0先研究原始像。用(5.5—13)

-(5.5—15)式中第二组，并注意到放大率公式(1．5—16)，将已知条件代入xi=xo=0yi=yozi=zo<0

M=zi/zo=1即再现的原始像是个与原物具有同样的位置和大小的实像现在研究共轭像。用(1．5—13)一(1，5—15)式中的第一组，代入已知条件后得：xi=xo=01/zi=2/zr-1/zoyi/zi=2yr/zr-yo/zo第一式xi＝o可知，共轭像仍位于yz面内。又因故由第二式知zi>o，且很小，故zi也很小，即共轭像是一个位于全息图左边的且很靠近全息图的虚像，若y=0，则表明虚像位于z轴上方5.2彩虹全息技术

二步彩虹全息、一步彩虹全息、象散彩虹全息、多重彩虹全息定义：彩虹全息是用激光记录，白光照明再现单色象的一种新的全息技术特点：在记录光路中适当位置加入一个狭缝限制再现象的光波以降低象的色模糊，因而能用白光再现。优点：与象全息一样，可以用白光再现，得到不同颜色的彩虹象，但比象全息景深大，有视差效应（在狭缝方向）。一、二步彩虹全息

1、

方法的提出

对于一张已拍好的全息图，任何一块碎片亦能再现完整的原物的象则：加一狭缝限制，也应同样可以再现原物的像但：加上狭缝后，可降低象的色模糊（色散），不是可以用白光再现吗？2、

拍摄方法：第一步拍摄一张离轴菲涅耳全息图----原全息图图5.2.1二步彩虹全息的记录和再现(a)第二步：拍摄一张线全息图---彩虹全息图

图5.2.1二步彩虹全息的记录和再现(b)3、

再现：a单色光再现

图5.2.1二步彩虹全息的记录和再现(c)b白光再现

图5.2.2彩虹全息的再现对不同的波长，形成不同的狭缝象，眼睛放在某一狭缝象处就可透过该狭缝看到某一颜色的再现象。眼睛上下移动，看到的再现像的颜色也在变化，就象彩虹一样。4、

特点由图知：

由于物光束受狭缝S的限制，（缝宽为a），投射到上只是一束细光束（y方向）。这样对应于一个物点Q，在的y方向上只占了一小部分，由图得：

（7.2.1）由于一个物点的全息图的大小，在y方向受到限制，在x方向不受限制这样，在y方向失去体视感，在x方向有体视感。所以说：彩虹全息能用白光再现，是以牺牲了y方向的体视感为代价的。

二、一步彩虹全息彩虹全息图的本质：是在观察者与物体再现象之间形成一个狭缝象，使观察者通过狭缝象去看物体的象，以实现白光再现单色象。为此目的，1977年底，美籍华人陈选和杨振寰利用象全息原理进一步提出一步彩虹全息。

一步彩虹图5.2.3一步彩虹全息的记录和再现(b)一步彩虹全息的另一种记录光路图5.2.4一步彩虹全息的另一种记录光路

三、象散彩虹全息彩虹全息--加了一狭缝----带来一定的影响，缝（宽a）的影响：

太宽----象模糊（再现时各色狭缝像重叠）太窄-----光弱，散斑↘→↘→a↘→散斑、光弱不想减小a，但又要满足的要求就要减小——用柱透镜用柱面透镜：减少色模糊

↘↘提高信噪比a↗→光通量大→信噪比高(1)二步像散彩虹全息记录当路

图5.2.5像散二步彩虹全息的记录光路（2）一步像散彩虹全息记录光路

图5.2.6像散一步彩虹全息的记录光路图5.2.7Y方向的光路图5.2.8X方向的光路5.9位相全息平面全息图的复振幅透过率一般是复数，它描述光波通过全息图传播时振幅和位相所受到的调制，它可表示为：位相全息图的制作可分为两种类型。一种是记录物质的厚度改变，折射率不变，称为表面浮雕型。另一种类型是物质厚度不变，折射率改变，称为折射率型分别是两个平面波的空间频率5.3模压全息技术

模压全息---实质上是一种全息复制（copy）方法复制：普通印相法—正负底片激光复制模压复制解决了大批量生产的问题：形成规模，增加效益，经济、商业效益显著。由于全息特性：用于防伪---------如防伪商标一、激光复制透射复制

反射复制

二、模压全息图的制作：第一步

制作原版全息图第二步

金属模的制作第三步

热压1、

制作原版全息图A、

对原版全息图的要求，i)

白光再现：广泛民用、商用、经济效益高ii)

浮雕型：热压成型，生产要求B、

原版全息图的制作方法：采用彩虹全息图的制作方法，假彩色编码的方法i)

两步记录法：视场范围大，光能利用率高ii)

接触曝光法：易制成大面积全息图，但信噪比低iii)

一步记录法：简单、噪声小

C、

用以制作原版全息图的物（目标）i)

三维物ii)

纵向分层透明片2、

金属模的制作母模，用于热压A、

要求:与原版全息图一模一样，耐压，耐磨

B、

工艺：

目的1）原版全息图的表面处理

清洗油污、杂质，保证镀层牢固。

2）原版全息图的敏化处理

表面离子化，保证镀银反应均匀进行。3）化学镀银

镀上一层颗粒极细的银，形成导电层，图象转移4）电铸镍

镀上一层0.1mm的电镍版5）剥离清洗

→

银版（头版）

母模保存，用于翻铸工作版6）银版表面纯化，氧化

使得在翻铸工作模板时容易剥离7）翻铸工作模版直接用于生产，可用100万次以上图5.3.5金属压模工艺流程3、

热压批量生产，出产品A、

准备工作：热压机（设备）材料：聚氯乙烯，厚度工作温度：55～110℃图5.3.8热压设备简图图5.3.7聚氯乙烯透明片温度特性曲线B、

工艺流程①

胶片的准备：聚氧乙烯的干燥处理等②

热压③

真空镀铝（膜）--反射式（镀膜机）④

涂胶⑤

加保护层⑥

切边成型图5.3.9模压全息图的工艺流程示意图5.11体积全息U(x,z)=O0exp[j2π(xξ0+zη0)]+r0exp[j2π(xξr+zηr)]

5.11体积全息t取极大值和极小值条件为：m=整数，Φ角满足在特殊情况下，物光与参考光相对于z轴对称光栅间距为：物光和参考光来自记录材料两侧，近似相反方向，如图所示，那么，这两束光的相干叠加问题，可以作为驻波问题来处理。这时条纹平面垂直于光波传播方向，相邻两平面的间距为λ/2例：试求如图所示对称记录反射全息图干涉条纹间距公式，解：条纹极大值出现在：

5.12平面全息图的衍射效率

1.振幅型平面全息图的衍射效率（1）正弦型全息图(6.3.9)代入式得：得最佳衍射效率为：当，，时，透过率有最大值(6.3.12)（2）矩型全息图其振幅透过率可表示：（是非正弦型的，可用级数展开）而对于（方波）矩型全息图来说（最佳情况）半个（1/2）周期：半个（1/2）周期：(6.3.13)一般情况下，方波可展成傅里叶级数，取前两项（零级和级为）当用振幅为的再现光再现时，其一级象的衍射效率为，可见：矩型全息图的衍射效率比正弦型的为高，在计算机全息中常采用。

(6.3.13)(6.3.14)2.位相全息图的衍射效率（1）什么叫位相全息图全息图：振幅全息图：在记录和重现过程中都是对光的振幅进行调制的全息图

位相全息图：在记录和重现过程中都是对光的位相进行调制的全息图位相全息图：表面浮雕型：折射率不变，厚度随记录光强的大小变化折射率型：厚度不变折射率随记录光强的大小变化

（2）位相全息图