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mengjia097
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偷吃月亮

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引言 光全息学是在现代激光的发现之后才迅速发展起来的,本文将就光全息学的一些主要的研究课题进行探讨,并针对一些应用课题进行研究。现代光全息学的起源,发展和人物,新型应用,本文将告诉你. 利用干涉原理,将物体发出的特定光波以干涉条纹的形式记录下来,使物光波前的全部信息都储存在记录介质中,这样记录下来的干涉条纹图样称为“全息图”,而当用光波照射全息图时,由于衍射原理能重现出原始物光波,从而形成与原物体逼真的三维象,这个波前记录和重现过程称为“全息术”或“全息照相” 光束全息照相由盖伯于1948年提出的,而当时没有足够强的相干辐射源全息研究处于萌芽时期。当时的全息照相采用汞灯为光源,且是同轴全息图,它的+/-1级衍射波是分不开的,即存在所谓的“孪生像”问题,不能获得很好的全息像。这是第一代全息图。1960年激光的出现,1962年美国科学家利思和乌帕特尼克斯将通信理论中的射频概念推广到空域中,提出离轴全息术,他用离轴的参考光照射全息图,使全息图产生三个在空间互相分离的衍射分量,其中一个复制出原始物光,第一代全息图的两大难题因此得以解决,产生了激光记录,激光再现的第二代全息图。当代光全息学发展主要课题有:1. 球面透镜光学系统2. 光源和光学技术3. 平面全息图分析4. 体积全息图衍射5. 脉冲激光全息学6. 非线性记录,散斑和底片颗粒噪声7. 信息储存8. 彩色全息学9. 合成全息图10. 计算机产生全息图11. 复制,电视传输和非相干光全息图而伴随光全息学的发展也产生一些光全息技术应用,比如高分辨率成像,漫射介质成像,空间滤波,特征识别,信息储存与编码,精密干涉测量,振动分析,等高线测量,三维图象显示等方面的用途。本论文将就当代光全息学的研究与应用两大课题进行学术研究一. 当代光全息学研究 球面透镜不仅能形成光振幅分布的影象,而且易形成该分布的傅立叶变换图形。因此,用一个简单透镜可使物光在全息平面上成为某原始图形的傅立叶变换。存储在全息图中的变换所具有的特性,在光学图形识别中有重要的应用。透镜,作为形成影象的器件,可以在全息术中用来构成像面全息图。一个透镜可以形成:a.傅立叶变换和b.输入复振幅分布的影象 由于利用激光光源来制作全息图片,使得全息学开始成为一门实用的学科。对形成全息图所用光源提出的要求取决于由于物体和必要的光学部件的安排所决定的参数。从单一光源取得物波和参考波有如下图所示两种普通方法:A. 分波前法B. 分振幅法 在光源与全息图之间(通过物表面或参考镜的反射)传播的光线的最大光程差必须小于相干长度。激光的相干性与激光器的振荡模式有关,就全息术而论,它要求在任一个横模振荡的激光器的空间相干的辐射,由于高介模的振荡较不稳定,并有以两个或者多个模式同时振荡的倾向,因此最好的振荡模式是最底阶的模式。激光束的输出功率必须分成物体照明波和参考波。若物体要求从不止一个角度(以消除阴影),就需要将激光束分成好几束,一般采用分振幅法,因分振幅法能产生较均匀的照明,而且对光束的展宽要求小,既可以在分配前也可以在分配后展宽。平面全息图分析用非散射光记录的共线全息图上的条纹间隔与感光乳剂的厚度相比为较宽的。照明这张全息图的波前中的一条光线在通过全息图前只和一条记录条纹相互作用。因此全息图的响应近似于一个有聚焦特性的平面衍射光栅。加伯在分析这些特性时是把这样的全息图严格地当作二维的。用对二维模型分析的结果也很符合实验观察。在应用利思与乌帕尼克首先采用的离轴技术所得到的全息图上,其条纹频率则超过共线全息图,超过了量正比于物光束与参考光束之间的夹角。条纹间隔的典型值可以考虑由两平面波的干涉得到。正弦强度分布的周期d可以由下式决定:2dsinθ=λ, θ为波法线与干涉条纹间的夹角,波长λ,条纹间隔d式中当θ=15°,λ=微米(绿光)时,则d=1微米。记录离轴全息图的感光乳剂的厚度通常为15微米,实际上,在这样的乳剂中记录的全息图已不能当作是二维的了。因此重要的是要记录住平面全息图的分析结果只能准确地应用于使用相当薄的介质所形成的全息图。体积全息图衍射基本的体积全息图对相干照明的响应可以用偶合波理论来描述。假设有两个在yz平面传播的并具有单位振幅的平面波,其进入记录介质并进行干涉的情况,按折射定律,有sin /sin =sin /sin =nn为记录介质的折射率; 及 分别表示两个波在空气中与z轴的夹角; 及 则为两个波在介质中与z轴的夹角。布拉格定律可以用空气中的波长 ,全息片介质折射率 写成如下形式: 2dsinθ= / 体积全息图的特性由布拉格定律确定,因此对照明显示出选择响应。 二.光全息学典型应用高分辨率成像当一张全息图用与制作全息图参考光束共轭的光束照明时,在理论上能再现没有像差没有畸变的物波,其投影实象的分辨率仅受全息图边界衍射的限制。由于分辨率将随全息图尺寸的增加而增加。由于全息图可以做的很大,因此可以指望在现场大到5×5厘米时空间频率高到1000线/毫米。显然此种情况下放大率为1,但1:1的高分辨率投影成像,在集成电路的光刻工艺中有重要的潜在应用。将光刻掩模精密成象在半导体薄片上的工作,目前是用接触印象法来完成的。但这方法很快就会使模板损坏。用投影方法将影象转移到薄片上是一理想的可供选择的方法,但要非常优良和非常昂贵的镜头才能使投影的掩模象达到要求的分辨率和视场。当用相干光源照明制作全息图时,摄影乳剂的收缩,表面变形,非线性及洽谈噪声源的影响就更大了。它们可使图象产生斑纹,衬度降低和边缘模糊,这些缺陷又是用光刻法制作集成电路所不允许的。新的,更稳定的材料可能是这些问题的解答。特征识别由空间调制参考波形成的傅立叶变换全息图的许多特性,曾被范德鲁等人用于特征识别。他们采用全息法作成的空间滤波器完成了“匹配滤波”在特征识别中的应用。匹配滤波与概念,形成与应用可由下图说明 当要把形成的空间滤波器作为特征识别时,在输入平面内z轴上方部分是一个由平面波透明的,在不透明背景上包含M个透明字符的透明片。我们将这一组字符阵列的透过率表示为 这里所有字符均围绕 点对称分布, 是阵列中的一个典型字符,其中心在 点。另外,在输入平面内 处,有一光强度为 δ 的明亮的点光源,并在空间频率面εη面上形成一张傅立叶变换全息图。这一全息图可以看作是t 与δ函数形成的平面波干涉的记录。但是当全息图完成识别功能时,仅由透过t的一小部分,即通过入射平面内的一个或几个字符的光所照明,我们将会看到,在输出平面上我们所关心的再现,是表示识别结果的一个明亮的象点。信息储存与编码全息图既可以存储二维信息也可以存储三维信息。信息可以是彩色的或者编码的,图象的或者字母数字的;可以存储在全息图的表面,或存储在整个体积中;可以为空间上分离的,或者重叠的;可以是永久记录或者是可以消象的。记录的内容可以是彼此无关的或者相互成对的;可以是可辨认的影象或似乎是无意义的图形。现代光全息学的发展前景十分广阔,而其实用技术必然会实现普及,有识之士当携手共同研究以促进社会进步.

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吃货阿呀

激光雷达laser radar用激光器作为辐射源的雷达。激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物 。由发射机 、天线 、接收机 、跟踪架及信息处理等部分组成。发射机是各种形式的激光器,如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等;天线是光学望远镜;接收机采用各种形式的光电探测器,如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式,探测方法分直接探测与外差探测。激光雷达在军事上可用于对各种飞行目标轨迹的测量。如对导弹和火箭初始段的跟踪与测量,对飞机和巡航导弹的低仰角跟踪测量,对卫星的精密定轨等。激光雷达与红外、电视等光电设备相结合,组成地面、舰载和机载的火力控制系统,对目标进行搜索、识别、跟踪和测量。由于激光雷达可以获取目标的三维图像及速度信息,有利于识别隐身目标。激光雷达可以对大气进行监测,遥测大气中的污染和毒剂,还可测量大气的温度、湿度、风速、能见度及云层高度。 激光雷达的应用●孟敏王学才 激光雷达,采用类似于激光测距机的原理与构造研制,是一种工作在从红外到紫外光谱段的探测系统。通常,把利用激光脉冲进行探测的称作脉冲激光雷达,把利用连续波激光束进行探测的称作连续波激光雷达。目前,世界上已研制出用于火控、侦察、制导、测量、导航等多种功能的激光雷达。 生化战高手:陆用激光雷达 生化战剂的探测与防范,一直是军方关注的重点项目之一。传统的探测方法,主要由士兵携带探测装置,边走边测,速度慢、功效低,并易中毒。据报道,俄罗斯一改传统方式,成功地研制出“KDKhr—1N”远距离地面毒剂激光雷达探测系统,可实时地远距探测并确定毒剂气溶胶云的斜距、中心厚度、离地高度、中心角坐标以及毒剂相关参数等,及时通过有、无线技术向部队控制系统报警,以采取相应的防毒措施。在这方面,德国军方也研制出更加先进的“VTB———1型 ”遥测激光雷达,使用两台9微米—11微米、可在40个频率上调节的连续波C02激光器,利用微分吸收光谱学原理遥测化学战剂,既安全又可靠。 飞行防撞高手:空用激光雷达 飞机尤其是直升机在低空巡逻飞行时,极易与地面小山或建筑物相撞,这是世界许多国家关注并力求解决的一大难题。美国、德国和法国等近年费尽心血研制出了直升机障碍物规避激光雷达,成功地解决了这一难题。美国率先研制的直升机超低空飞行“障碍规避雷达”,使用固体激光二极管发射机和旋转全息扫描器,可探测直升机前方很宽的空域,地面障碍物信息可实时显示在机载平视显示器或头盔显示器上,保障了飞行员的安全飞行。随之,德国研制成功的“Hellas ”激光雷达更胜一筹,它是一种固体微米成像,视场为32度×32度,能探测 300米—500米距离内直径1厘米粗的电线或障碍物,直升机采用之可确保飞行安全。法国和英国合研的吊舱载“CLARA”激光雷达,具有多种功能,采用C02激光器,不但能测得直升机飞行前方如标杆、电缆等微型障碍物,还可进行地形跟踪、目标测距和活动目标指示,保障飞行安全,这种激光雷达也适于飞机使用。 捕获水下目标高手:海用激光雷达 对水中目标进行警戒、搜索、定性和跟踪的传统方式,是采用体大而重的一般在600千克至几十吨重的声纳。自从发展了海洋激光雷达,即机载蓝绿激光器发射和接收设备后,海洋水下目标探测既简单方便,又准确无误。尤其是20世纪90 年代以后研制成功的第三代激光雷达上,增加了GPS定位、定高功能,实现了航线和高度的自动控制。如美国诺斯罗普公司研制的“ALARMS”机载水雷探测激光雷达,可24小时工作,能准确测得水下水雷等可疑目标。美国卡曼航天公司研制的水下成像激光雷达,更具优势,可以显示水下目标的形状等特征,准确捕获目标,以便采取应急措施,确保航行安全。 此外,激光雷达还可以广泛用于对抗电子战、反辐射导弹、超低空突防、导弹与炮弹制导以及陆地扫雷等。

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小小小花花儿

激光全息照相检测是一种全息干涉计量法。物体内部的缺陷在受到外力作用时,例如抽真空(施加负压)、充气加压、加热、振动、弯曲等加载方式的作用下,与缺陷对应的物体表面将产生与周围不同的局部微小变形(位移),采用激光全息照相的方法,将发生变形前后两个光波的波阵面记录下来进行对比观察,从而可以判断并检出物体的内部缺陷。 激光全息照相是利用光的干涉现象,右图为激光全息照相光路系统示意图,由图中所示可见,激光发生器1(如氦-氖激光器、红宝石激光器、氩离子激光器等)发出的激光束一部分经棱镜2反射到反射镜4再经透镜5扩束投射到试件6的表面(加载),试件表面反射的光波投射到照相干板7上(物波),另一部分激光束通过棱镜2再经透镜3扩束投射到反射镜8,然后再反射投射到照相干板7上(参考波),这两束光波将会发生干涉(它们来自同一激光源,有固定的相位关系),干涉的结果是产生干涉条纹:在有的区域两个波的相位相同时,产生相长干涉,形成干涉条纹图像中的明亮条纹,当两个波的相位相反时则产生相消干涉,形成暗条纹,于是构成了明暗相间的干涉条纹图像。当试件内无缺陷时,加载后试件表面的变形是连续规则的,所产生的干涉条纹形状与明暗条纹间距的变化也是连续均匀的,与试件外形轮廓的变化相协调。如果试件内存在 激光全息照相光路系统示意图有缺陷,则加载后对应有内部缺陷的试件表面部位的变形比周围的变形大,则光程出现差异,对应有缺陷的局部区域将会出现有不连续突变的干涉条纹,亦即条纹形状与间距将发生畸变,从而可以根据干涉条纹图形判别试件内部的缺陷。 携带有试件表面微小变形(位移)信息的物波与参考波相干涉形成以干涉条纹的反差、形状和间距变化形式记录试件全部信息的图形,就是全息图。 前面提及的激光-超声全息照相检测就是以超声波为物波,激光束为参考波形成的一种全息图。 激光全息照相检测可用于检测蜂窝结构、叠层胶接结构、复合材料以及薄壁构件的裂纹、脱粘、未粘合等缺陷,其优点是对试件的加工精度要求不高,安装调试方便,能得到物体的三维图像,缺点是对不透光物体没有穿透能力,一般只能用于厚度小的薄材料,设备较昂贵,并且在检测时受机械振动、声振动(如环境噪声)以及环境光等的干扰大等等,因此需要在安静、清洁的暗室中进行检测

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