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GLAD應(yīng)用：體全息光柵模擬

概述
 

自從伽伯1948年提出全息術(shù)后，光學(xué)全息術(shù)已經(jīng)被廣泛用于三維光學(xué)成像領(lǐng)域。體全息成像技術(shù)是采用體全息光柵作為成像元件對(duì)物體進(jìn)行三維成像的技術(shù)。
 

1990年,由Barbastathis和Brady提出體全息成像技術(shù)，采用體全息光柵作為選擇成像元件，對(duì)物體進(jìn)行實(shí)時(shí)三維成像。與采用常規(guī)光學(xué)透鏡的成像系統(tǒng)相比，體全息成像技術(shù)僅利用一個(gè)厚型體全息圖(或稱為體全息光柵透鏡)作為對(duì)物場(chǎng)不同深度層進(jìn)行選擇成像的衍射元件，可以使得三維物場(chǎng)信息按照光學(xué)斷層切片方式逐片地重構(gòu)成像，不同的斷層切片對(duì)應(yīng)于三維物空間上軸向的不同位置。因此，采用體全息成像方法既可以研究靜態(tài)物體的高度與外形輪廓的變化，以及半透明物體(具有一定的折射率和吸收系數(shù))的內(nèi)部變化，又可以研究散射微粒的空間動(dòng)態(tài)物場(chǎng)分布。特別值得一提的是體全息成像系統(tǒng)還可以獲取光譜信息，即它能夠?qū)⑽矬w不同顏色的部分像彩虹一樣分開，因而還可以在像面不同位置處分別獲取待測(cè)物體的光譜信息。
 

系統(tǒng)描述
 

通過將干涉圖樣轉(zhuǎn)換為相位屏，GLAD能夠模擬體全息光柵。在本例中，兩束具有一定夾角的準(zhǔn)直光束形成了干涉圖樣。該干涉圖樣對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度分布被轉(zhuǎn)化為相位調(diào)制分布。從而用于模擬全息記錄介質(zhì)中形成的梯度折射率分布。體全息結(jié)構(gòu)一旦形成，就可以在傳輸過程中將一束入射光波逐漸轉(zhuǎn)換成形成體全息結(jié)構(gòu)的另一束光波。兩束光波之間的能量傳遞轉(zhuǎn)換效率與體全息結(jié)構(gòu)的厚度密切相關(guān)。若厚度很薄，則入射光波轉(zhuǎn)化為另一束的效率很低，隨著厚度逐漸增加，轉(zhuǎn)換效率也隨之增加。到某一厚度時(shí)轉(zhuǎn)換效率最大，入射光束完全轉(zhuǎn)換為另一束。但是隨著厚度的進(jìn)一步增加，能量又會(huì)轉(zhuǎn)換回到入射光束。

模擬結(jié)果

 

圖1.兩束光形成的干涉圖樣

圖2.體全息結(jié)構(gòu)中能量在入射光束和形成體全息結(jié)構(gòu)的另一束光之間的轉(zhuǎn)變過程