计算全息实验报告.doc

精品学习资料范文 计算全息实验报告 篇一：计算全息实验二 实验注意事项（必读） 1． 提前预习，没有弄清楚实验内容者，禁止接触 实验仪器。 2． 注意激光安全。绝对不可用眼直视激光束，或 借助有聚光性的光学组件观察激光束，以免损 伤眼睛。 3． 注意用电安全。He-Ne激光器电源有高压输出， 严禁接触电源输出和激光头的输入端，避免触 电。 4． 注意保持卫生。严禁用手或其他物品接触所有 光学元件（透镜、反射镜、分光镜等）的光学 表面；特别是在调整光路中，要避免手指碰到 光学表面。 5． 光学支架上的调整螺丝，只可微量调整。过度 的调整，不仅损坏器材，且使防震功能大减。 6． 实验完成后，将实验所用仪器摆放整齐，清理 一下卫生。 计算全息（二） 修正离轴干涉型与相息图编码 计算全息是利用计算机设计制作全息图或衍射光学元件的技术。从原理上，计算全息和光学全息没有什么本质差别，所不同的是产生全息图的方法。光学全息是直接利用光的干涉特性，通过物波和一束相干参考波的干涉将物波的振幅和位相信息转化成一幅干涉条纹的强度分布图，即全息图。光学全息记录的物体必须是实际存在的。而计算全息则是利用计算机程序对被记录物波的数学描述或离散数据进行处理，形成一种可以光学再现的编码图案，即计算全息图。他不需要被记录物体的实际存在。由于计算全息图编码的多样性和波面变换的灵活性，以及近年来计算机技术的飞速发展，计算全息技术已经在三维显示、图像识别、干涉计量、激光扫描、激光束整形等研究领域得到应用。最近计算全息领域的新进展是利用高分辨位相空间光调制器实现了计算全息图的实时再现，这种实时动态计算全息技术已经在原子光学、光学微操纵、微加工、软物质自组织过程的控制等领域得到成功的应用，显示了计算全息技术的巨大应用发展前景。 计算全息除了其在工业和科学研究方面的应用价值，也是一个非常好的教学工具。要做好一个计算全息图，既要熟悉衍射光学、光全息学等物理知识，还要了解抽样理论、快速傅里叶变换、调制技术和计算机编程方面的知识。这些知识对于物理类和光电信息技术类专业的学生和研究人员都是不可缺少的。 1、实验目的: 1. 通过设计制作一计算全息图、利用高分辨液晶空间光调制器(LCD)实时再现 该计算全息图、观察再现结果、并利用CCD 记录再现像等实验内容； 2. 掌握计算全息图的编码原理，加深对光全息原理， 光的干涉和衍射特性的 认识； 训练使用空间滤波器、空间光调制器（LCD）、CCD图像采集等重要的现代光学实验装置进行数字光学实验的能力。 3. 同时初步了解Matlab 语言在光学中的应用。 2、实验原理 本实验以经典的迂回相位型计算全息图设计制作过程为例，介绍计算全息的基本原理。一般说来，计算全息图的制作大致可分成下述五个步骤： 1.选择物体或波面，给初其数学描述或离散数据。 2.计算物波在全息图面上的光场分布。 3.把上述光场分布编码成全息图的透过率变化。 4.输出：光学缩版或微加工。 5.光学再现。 制作一张傅里叶变换计算全息图的典型流程如图1所示。对于用高分辨空间光调制器实时再现的情况，上述第4步的照相缩版或微加工步骤可以省去。下面我们就对迂回相位型计算全息图的制作过程进行详细地介绍。 图1 2.1 物面和全息图面的抽样 数字计算机通常只能对离散的数字信号进行处理，并以离散的形式输出。因此，制作计算全息图的第一步是对物波函数进行抽样。设待记录的物波函数为 f(x,y)?a(x,y)exp[i?(x,y)], （1） 其傅里叶变换（空间频谱）为 F(u,v)?A(u,v)exp[i?(u,v)], （2） 为满足抽样定理（见附录）的要求，物波函数及其空间频谱函数必须是带限函数，即 f(x,y)?0 F(u,v)?0x?u??x?u,,y?v??y?v.. （3） 在此条件下，根据抽样定理，对物函数及其频谱函数的抽样间隔应为： 11,?y??u?v. 11?u?,?v?.?x?y?x? （4） 取(4)式中的等号，抽样单元总数M?N??x?y?u?v是相同的。 2.2 计算 对于傅里叶变换全息图，全息图上记录的是物波的空间频谱F(u,v)，因此必须对物波函数进行离散傅里叶变换。离散傅里叶变换的公式如下： F(j,k)? m??Mn??N??M?1N?1f(m,n)exp[?i2?(jm