第三章 全息干涉与散斑干涉.ppt

作业： P13 P30 P36 P41 P51;第三章 激光全息测量与散斑测量技术; 全息照相利用物体光波和参考光波之间的干涉效应将物体光波的振幅和相位信息全部记录在全息底片上，全息 底片经过显影和定影后变成全息图（Hologram）,然后用再现光波（一般采用记录全息图时的参考光波）照射全息图，通过全息图的衍射效应使物体光波得到再现，进而得到物体的立体图。因此全息照相与普通照相的不同之处在于全息照相不但能记录物体光波的振幅信息，而且能同时记录物体光波的相位信息。这种能同时记录物体光波振幅和相位信息的技术称为全息照相术。;全息照相是两步成像技术：一是波前记录（Wavefront Recording);二是波前再现（Wavefront Reconstruction).; 由此可见，全息底片所记录的光强分布是按余弦规律变化的干涉条纹（不过干涉条纹很细很密，人眼无法分辨），由此全息图实际上是一块余弦光栅，当用再现光波照射全息图时，全息图将发生衍射进而产生物体像。;2.波前再现;如果用的原来的参考光波，则：;上述三个衍射光波沿不同的方向传播，彼此互相分离，由此当用原来参考光波照射全息图时，透过全息图将有三束光波沿不同方向射出，这就是有Leith和Upatnieks提出的离轴全息照相。; 如果衍射后光波的振幅透射率与位置无关，全息图仅仅改变再现改变的相位，该全息图称为相位全息图。相位全息图分为两类：一类是浮雕相位全息图，该类全息图的记录介质的厚度在变化，但介质的折射率保持不变；另一类是变折射率相位全息图，该类相位全息图的记录介质的折射率发生变化，而厚度保持不变。;平面全息图和立体全息图的主要区别就是平面全息图的干涉条纹是记录在乳胶的表面上，全息图的衍射主要是介质的面效应，其作用类似于平面光栅；而体积全息图的干涉条纹是记录在乳胶的内部，全息图的衍射主要是介质的体效应。;通过计算机模拟和经过光学缩放而得到的全息图，称为（Computer Production Hologram）。计算全息的特点是先用计算机制作全息图，然后用光学衍射方法进行再现。由于计算机技术的发展，目前可对复杂物体通过计算机模拟制作全息图。计算全息利用计算机制作全息图，由此并不需要物体一定存在，由此计算全息具有很大的灵活性。;3.2 全息干涉法;再利用：;2.双曝光全息干涉法;设参考光波复振幅为：;全息底片经显影和定影后，设振幅透射率与曝光量成线性关系，取比例常数为β，则双曝光全息图的振幅透射率为：;第一项是透过全息图后沿参考光波方向的0级衍射光波； 第二项是透过全息图后沿物体光波方向的1级衍射光波； 第三项是物体共轭光波。;通常物体变形前后全息底片的曝光时间相等。即;双曝光法是测量物体位移和变形常采用的方法，它具有简单易行，干涉条纹清晰，可以进行定量分析等优点。;设物体变形前的物体光波和参考光波分别为：;如果此时物体发生变形，则物体变形后的物体光波复振幅可表示为：;通常：; 实时法不易使处理后的全息底片精确复位,为了克服这一问题可设计一个专用装置,在底片支架上进行原位显影和定影等冲洗过程.;3.3 激光散斑干涉测量;基本要求: 1.了解散斑形成、分布和叠加以及散斑照相、散斑干涉； 2.熟悉时间相移和相位展开； 3.掌握面内位移、离面位移测量。;1）散斑形成： 当激光照射表明粗糙物体时，物面就会散射无数相干子波，这些相干子波在物体周围空间相互干涉而形成了无数随机分布的亮点和暗点，这些亮点和暗点就称为散斑。;散斑图： 在特定的截面上记录的散斑分布称为散斑图。散斑图是由激光照射在光学粗糙物面的大量散射子波之间的随机干涉而形成的具有高对比度的颗粒结构图像。;对比度：;;对于圆形散射面，横向平均长度：;;横向平均长度：;散斑场按强度叠加时合成强度为：;当两个光强相等时，对比度为0.707，对比度下降。;;二、散斑计量;如果记录的散斑图是由表面粗糙的物体的随机散射子波之间的干涉效应而形成，则称为散斑照相，有时也称它为单光束散斑干涉。; 传统散斑采用全息底片记录散斑图，因此需要进行显影和定影等冲洗处理。另外，传统散斑的两次曝光记录只能采用相加模式（不能相减），因此需要进行光学滤波，以消除直流分量从而显现干涉条纹。;数字散斑照相;;作业：数字散斑可以采用相加和相减模式，请问相比而言相减模式有什么优点？;数字散斑干涉;物体变形前后 的曝光记录被独立进行处理，通过相减就能去除直流分量，因此数字散斑干涉和数字散斑剪切干涉主要采样相减模式，采样相减模式不需要进行滤波即可以显示干涉条纹。由于物体变形前后的曝光记录被独立进行处理，因此相移技术能方便地应用在数字散斑干涉和数字剪切干涉，从而可以获得连续相