在相當(dāng)長的一段時(shí)期內(nèi)，如何同時(shí)記錄物波所攜帶的物體的強(qiáng)度信息與相位信息成為困擾
光學(xué)工作者的一大難題。1942 年，F(xiàn). Zernike為解決弱相位物體的光學(xué)顯微成像問題，提出了利用光的衍射特性將物波中不可見的相位信息變換為可見的強(qiáng)度信息的相襯濾波顯微原理，并因此獲得1953 年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，從而開創(chuàng)了光學(xué)波前變換的先河。1949 年，D. Gabor[為消除象差、提高電子
顯微鏡的分辨率提出了利用波的干涉和衍射特性記錄和重現(xiàn)物波波前的原理，即
全息術(shù)原理，并因此獲得了1971 年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。自20 世紀(jì)60年代
激光器出現(xiàn)以后，光全息術(shù)得到了迅速的發(fā)展，成為最有效和應(yīng)用最普遍的一種波前測量方法，在科學(xué)研究、工程技術(shù)的許多領(lǐng)域都得到了成功的應(yīng)用。
PoIl>c1MS nW|wY. 波前變換就是改變?nèi)肷洳ㄇ暗恼穹?或)相位分布，使其滿足特定的需要。在日常生活和科學(xué)研究中廣泛使用的球面
透鏡就是最典型的波前變換器件，用它可以改變?nèi)肷洳ㄇ暗南辔环植�，從而�?shí)現(xiàn)成像功能。隨著科學(xué)研究的深入開展，傳統(tǒng)的基于幾何光學(xué)的波前變換已經(jīng)不能滿足日益復(fù)雜的波前變換需要。如何靈活地改變?nèi)肷涔獠ǖ牟ㄇ�，使其滿足不同領(lǐng)域的特殊需要，成為現(xiàn)代光學(xué)領(lǐng)域重要的研究內(nèi)容之一。
ZR\VCVH\^ _ Ob@ ` 波前測量和波前變換，由于都涉及到對(duì)光波波前振幅和相位信息的記錄和處理，是兩個(gè)密切相關(guān)的問題。例如，一物波和一束參考波相干疊加形成的干涉圖樣，即全息圖，一方面可用來測量分析被記錄物波的波前特性，另一方面，它本身又構(gòu)成了一種特殊的波前變換器件，可以將與參考光相同的入射波前變換成與物波相同的波前。與傳統(tǒng)的幾何光學(xué)變換方式相比，這種基于衍射的波前變換方式具有更大的靈活性。計(jì)算全息(CGH Computer-Generated Hologram)或衍射光學(xué)元件(DOE－Diffractive Optical Element)就是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新的波前變換器件。隨著微加工技術(shù)的成熟，衍射光學(xué)元件已經(jīng)成功應(yīng)用于激光波前整形、X射線顯微成像、光記錄和光存儲(chǔ)設(shè)備等許多領(lǐng)域。波前測量和波前變換研究領(lǐng)域的一個(gè)最新發(fā)展趨勢是數(shù)字、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)。如用
CCD (Charge Coupled Device) 數(shù)碼相機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光學(xué)記錄材料記錄全息圖，并直接輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和波前信息的提取，這種方法通常又稱為數(shù)字全息(Digital Holography)。在波前變換方面，通過計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的計(jì)算全息圖或衍射光學(xué)元件，無需利用昂貴費(fèi)時(shí)的微加工工藝進(jìn)行加工制作，而是直接輸出顯示到計(jì)算機(jī)控制的高分辨空間光調(diào)制器（本課題主要研究扭曲向列型
液晶空間光調(diào)制器 TN-LCSLM），實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地改變?nèi)肷涔獠ǖ牟ㄇ�。這種數(shù)字波前測量和波前變換方法在數(shù)字全息顯微、三維形貌測量、圖像識(shí)別、圖像防偽和加密和醫(yī)學(xué)診斷、三維層析成像(Tomographic)等研究領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
Dk5Zh+ ^ iH.$f /)N 1 數(shù)字全息數(shù)字全息術(shù)(Digital Holography) 采用CCD數(shù)碼相機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光學(xué)記錄材料記錄全息圖，并直接輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和波前信息的提取。由于采用光敏電子元件作記錄介質(zhì)，數(shù)字全息圖不需要顯影、定影等繁瑣的后續(xù)處理，因此曝光時(shí)間可以很短，適合記錄運(yùn)動(dòng)物體的全息圖；由于采用計(jì)算機(jī)數(shù)字再現(xiàn)，不需要光學(xué)元件聚焦就能方便、靈活地再現(xiàn)不同截面上的物波分布；全息圖以數(shù)據(jù)形式存貯在計(jì)算機(jī)中可移植性大大增強(qiáng)，便于通過計(jì)算機(jī)編程來消除各種
像差、噪聲等因素對(duì)再現(xiàn)像的影響，提高再現(xiàn)像的像質(zhì)；更為重要的是數(shù)字全息可以分別定量地得到被記錄物體再現(xiàn)像的振幅和位相信息。
*kIc9 } !yhh8p3 數(shù)字全息與傳統(tǒng)全息的最大區(qū)別是數(shù)字記錄與數(shù)字再現(xiàn).數(shù)字全息采用的光路與傳統(tǒng)全息沒有太大區(qū)別，區(qū)別在于記錄過程，數(shù)字全息采用數(shù)碼相機(jī)（CCD或者 CMOS）進(jìn)行記錄，全息圖以二維數(shù)據(jù)的形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，再現(xiàn)過程是通過算法實(shí)現(xiàn)的.借助于計(jì)算機(jī)軟件（本人常用MATLAB DIGFFRACTIC）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到再現(xiàn)的圖像。
X<R?uI?L (
9]_ HW[ 2 計(jì)算全息隨著數(shù)字計(jì)算機(jī)與計(jì)算技術(shù)的迅速發(fā)展，人們廣泛地使用計(jì)算機(jī)模擬、運(yùn)算、處理各種光學(xué)過程。在計(jì)算機(jī)科學(xué)和光學(xué)相互促進(jìn)和結(jié)合的發(fā)展近程中，1965年在美國IBM公司工作的德國光學(xué)專家羅曼使用計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)控制的
繪圖儀做出了世界上第—個(gè)計(jì)算全息圖。計(jì)算全息圖不僅可以全面地記錄光波的振幅和相位，而且能綜合復(fù)條的�；蛘呤篱g不存在物體的全息圖，因而具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和極大的靈活性。從光學(xué)發(fā)展的歷史上看，計(jì)算全息首次將計(jì)算機(jī)引入光學(xué)處理領(lǐng)域。很多光學(xué)現(xiàn)象都可以用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行仿真。計(jì)算全息圖成為數(shù)字信息和光學(xué)信息之間有效的聯(lián)系環(huán)節(jié)，為光學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的全面配合拉開序幕。
[V
