光信息畢業論文：光全息學研究

　　論文最好能建立在平日比較注意探索的問題的基礎上，寫論文主要是反映學生對問題的思考， 詳細內容請看下文光信息畢業論文。

　　一.當代光全息學研究

　　球面透鏡不僅能形成光振幅分布的影象，而且易形成該分布的傅立葉變換圖形。因此，用一個簡單透鏡可使物光在全息平面上成為某原始圖形的傅立葉變換。存儲在全息圖中的變換所具有的特性，在光學圖形識別中有重要的應用。透鏡，作為形成影象的器件，可以在全息術中用來構成像面全息圖。一個透鏡可以形成：a.傅立葉變換和b.輸入復振幅分布的影象

　　由于利用激光光源來制作全息圖片，使得全息學開始成為一門實用的學科。對形成全息圖所用光源提出的要求取決于由于物體和必要的光學部件的安排所決定的參數。

　　從單一光源取得物波和參考波有如下圖所示兩種普通方法：

　　a.分波前法

　　b.分振幅法

　　在光源與全息圖之間(通過物表面或參考鏡的反射)傳播的光線的最大光程差必須小于相干長度。激光的相干性與激光器的振蕩模式有關，就全息術而論，它要求在任一個橫模振蕩的激光器的空間相干的輻射，由于高介模的振蕩較不穩定，并有以兩個或者多個模式同時振蕩的傾向，因此最好的振蕩模式是最底階的模式。

　　激光束的輸出功率必須分成物體照明波和參考波。若物體要求從不止一個角度(以消除陰影)，就需要將激光束分成好幾束，一般采用分振幅法，因分振幅法能產生較均勻的照明，而且對光束的展寬要求小，既可以在分配前也可以在分配后展寬。

　　平面全息圖分析

　　用非散射光記錄的共線全息圖上的條紋間隔與感光乳劑的厚度相比為較寬的。照明這張全息圖的波前中的一條光線在通過全息圖前只和一條記錄條紋相互作用。因此全息圖的響應近似于一個有聚焦特性的平面衍射光柵。加伯在分析這些特性時是把這樣的全息圖嚴格地當作二維的。用對二維模型分析的結果也很符合實驗觀察。

　　在應用利思與烏帕尼克首先采用的離軸技術所得到的全息圖上，其條紋頻率則超過共線全息圖，超過了量正比于物光束與參考光束之間的夾角。條紋間隔的典型值可以考慮由兩平面波的干涉得到。

　　正弦強度分布的周期d可以由下式決定：

　　2dsinθ=λ, θ為波法線與干涉條紋間的夾角，波長λ，條紋間隔d

　　式中當θ=15°，λ=0.5微米(綠光)時，則d=1微米。記錄離軸全息圖的感光乳劑的厚度通常為15微米，實際上，在這樣的乳劑中記錄的全息圖已不能當作是二維的了。因此重要的是要記錄住平面全息圖的分析結果只能準確地應用于使用相當薄的介質所形成的全息圖。

　　體積全息圖衍射

　　基本的體積全息圖對相干照明的響應可以用偶合波理論來描述。

　　假設有兩個在yz平面傳播的并具有單位振幅的平面波，其進入記錄介質并進行干涉的情況，按折射定律，有

　　sin /sin =sin /sin =n

　　n為記錄介質的折射率; 及 分別表示兩個波在空氣中與z軸的夾角; 及 則為兩個波在介質中與z軸的夾角。

　　布拉格定律可以用空氣中的波長 ，全息片介質折射率 寫成如下形式：

　　2dsinθ= /

　　體積全息圖的特性由布拉格定律確定，因此對照明顯示出選擇響應。

　　二.光全息學典型應用

　　高分辨率成像

　　當一張全息圖用與制作全息圖參考光束共軛的光束照明時，在理論上能再現沒有像差沒有畸變的物波，其投影實象的分辨率僅受全息圖邊界衍射的限制。由于分辨率將隨全息圖尺寸的增加而增加。由于全息圖可以做的很大，因此可以指望在現場大到55厘米時空間頻率高到1000線/毫米。顯然此種情況下放大率為1，但1：1的高分辨率投影成像，在集成電路的光刻工藝中有重要的潛在應用。將光刻掩模精密成象在半導體薄片上的工作，目前是用接觸印象法來完成的。但這方法很快就會使模板損壞。用投影方法將影象轉移到薄片上是一理想的可供選擇的方法，但要非常優良和非常昂貴的鏡頭才能使投影的掩模象達到要求的分辨率和視場。

　　當用相干光源照明制作全息圖時，攝影乳劑的收縮，表面變形，非線性及洽談噪聲源的影響就更大了。它們可使圖象產生斑紋，襯度降低和邊緣模糊，這些缺陷又是用光刻法制作集成電路所不允許的。新的，更穩定的材料可能是這些問題的解答。

　　特征識別

　　由空間調制參考波形成的傅立葉變換全息圖的許多特性，曾被范德魯等人用于特征識別。他們采用全息法作成的空間濾波器完成了“匹配濾波”在特征識別中的應用。

　　匹配濾波與概念，形成與應用可由下圖說明

　　當要把形成的空間濾波器作為特征識別時，在輸入平面內z軸上方部分是一個由平面波透明的，在不透明背景上包含m個透明字符的透明片。我們將這一組字符陣列的透過率表示為

　　這里所有字符均圍繞 點對稱分布， 是陣列中的一個典型字符，其中心在 點。另外，在輸入平面內 處，有一光強度為 δ 的明亮的點光源,并在空間頻率面εη面上形成一張傅立葉變換全息圖。這一全息圖可以看作是t 與δ函數形成的平面波干涉的記錄。但是當全息圖完成識別功能時，僅由透過t的一小部分，即通過入射平面內的一個或幾個字符的光所照明，我們將會看到，在輸出平面上我們所關心的再現，是表示識別結果的一個明亮的象點。

　　信息儲存與編碼

　　全息圖既可以存儲二維信息也可以存儲三維信息。信息可以是彩色的或者編碼的，圖象的或者字母數字的;可以存儲在全息圖的表面，或存儲在整個體積中;可以為空間上分離的，或者重疊的;可以是永久記錄或者是可以消象的。記錄的內容可以是彼此無關的或者相互成對的;可以是可辨認的影象或似乎是無意義的圖形。