Buscando un artículo sobre óptica de la información, como el progreso de la investigación de la holografía láser.
Después del descubrimiento de los láseres modernos, la holografía óptica se desarrolló rápidamente. Este artículo discutirá algunos de los principales temas de investigación en holografía óptica y examinará algunas de sus aplicaciones. Este artículo presentará el origen, desarrollo, características y nuevas aplicaciones de la holografía óptica moderna.
Basándose en el principio de interferencia, las ondas de luz específicas emitidas por el objeto se registran en forma de franjas de interferencia, almacenando así toda la información antes de las ondas de luz del objeto en el medio de grabación. El patrón de franjas de interferencia registrado se llama holograma. Cuando un holograma se ilumina con ondas de luz, debido al principio de difracción, se pueden reproducir las ondas de luz originales, formando así una imagen tridimensional realista del objeto original. Este proceso de grabación y reproducción de frente de onda se llama holografía o emisión holográfica.
La holografía fue propuesta por Gabriel en 1948, cuando la investigación holográfica sobre fuentes de radiación coherentes aún estaba en su infancia. La holografía en aquella época utilizaba lámparas de mercurio como fuente de luz y era un holograma coaxial. Las ondas de difracción de orden +/-1 son indivisibles, es decir, existe el llamado problema de "imagen gemela" y no se puede obtener una buena imagen holográfica. Este es el holograma de primera generación.
Con la aparición de los láseres en 1960, en 1962, los científicos estadounidenses Liz y Upatinix extendieron el concepto de radiofrecuencia en la teoría de la comunicación al espacio aéreo y propusieron la holografía fuera del eje. Iluminó el holograma con luz de referencia fuera del eje, lo que provocó que el holograma produjera tres componentes de difracción separados espacialmente, uno de los cuales replicaba la luz original. Esto resolvió los dos problemas principales del holograma de primera generación y produjo el holograma de segunda generación. Grabación láser y duplicación láser.
Los principales temas en el desarrollo de la holografía óptica contemporánea son:
1. Sistema óptico de lentes esféricas
2. Fuente de luz y tecnología óptica
.3. Análisis de hologramas planos
4. Difracción holográfica de volumen
5. Holografía láser de pulso
6. Grabación no lineal, moteado y ruido de partículas negativas <. /p>
7. Almacenamiento de información
8. Holografía en color
9. Holograma sintético
10. p>11. Replicación, transmisión de televisión y hologramas incoherentes
Con el desarrollo de la holografía óptica, han surgido algunas aplicaciones de la holografía óptica, como imágenes de alta resolución, imágenes de medios de difusión, filtrado espacial, reconocimiento de características, almacenamiento y codificación de información, interferometría de precisión, análisis de vibraciones, medición de contornos, visualización de imágenes tridimensionales, etc.
Este artículo realizará una investigación académica sobre dos temas principales de la holografía óptica contemporánea: investigación y aplicación.
1. Investigación en holografía óptica contemporánea
Las lentes esféricas no solo pueden formar una imagen de la distribución de la amplitud de la luz, sino que también pueden formar fácilmente un mapa de transformada de Fourier de esta distribución. Por lo tanto, se puede utilizar una lente simple para transformar la luz del objeto en la transformada de Fourier de un patrón original en el plano holográfico. Las características de transformación almacenadas en hologramas tienen aplicaciones importantes en el reconocimiento de patrones ópticos. En holografía, las lentes sirven como dispositivos de imágenes y pueden usarse para formar hologramas de imágenes. Una lente puede formar: a. Transformada de Fourier b. Imagen de entrada con distribución de amplitud compleja.
La holografía se ha convertido en una disciplina práctica debido al uso de fuentes de luz láser para crear imágenes holográficas. Los requisitos para la fuente de luz utilizada para formar el holograma dependen de parámetros determinados por la disposición del objeto y los elementos ópticos necesarios.
Existen dos métodos comunes para obtener ondas de objeto y ondas de referencia a partir de una única fuente de luz, como se muestra en la siguiente figura:
Método del frente de onda fraccional
La diferencia máxima de trayectoria óptica entre la fuente de luz y el holograma (reflejada por la superficie del objeto o el espejo de referencia) debe ser menor que la longitud de coherencia. La coherencia de la luz láser está relacionada con el modo de oscilación de la luz láser. En el caso de la holografía, se requiere una radiación espacialmente coherente de un láser que oscila en cualquier modo transversal. Debido a que la oscilación del modo dieléctrico alto es inestable y a menudo oscila en dos o más modos al mismo tiempo, el mejor modo de oscilación es el modo más bajo.
La potencia de salida del rayo láser debe dividirse entre la onda de iluminación del objeto y la onda de referencia. Si necesita ver un objeto desde múltiples ángulos (para eliminar sombras), debe dividir el rayo láser en varios haces. El método de amplitud dividida se utiliza generalmente porque puede producir una iluminación más uniforme y no requiere mucho ensanchamiento del haz. Puede ampliarse antes o después de la distribución.
Análisis de hologramas planos
El espaciado de franjas en hologramas colineales registrados con luz no dispersa es más ancho que el espesor de la emulsión.
La luz en el frente de onda que incide en este holograma interactúa con una sola franja de grabación antes de atravesar el holograma. Por tanto, la respuesta del holograma es similar a la de una rejilla de difracción plana con propiedades de enfoque. Al analizar estas propiedades, Garber consideró estos hologramas como estrictamente bidimensionales. Los resultados del análisis del modelo bidimensional también concuerdan bien con las observaciones experimentales.
En el holograma obtenido utilizando la tecnología fuera del eje adoptada por primera vez por Liz y Panic, la frecuencia marginal es mayor que la del holograma colineal, que es proporcional al ángulo entre el haz del objeto y el haz de referencia. . Los valores típicos de separación de franjas se pueden considerar en términos de la interferencia de dos ondas planas.
El período d de la distribución de intensidad sinusoidal se puede determinar mediante la siguiente fórmula:
2dsinθ=λ, θ es el ángulo entre la normal de onda y la franja de interferencia, la longitud de onda λ , y el espacio entre franjas d.
Cuando θ = 15, λ = 0,5 micras (luz verde), d = 1 micra. El espesor del látex para grabar hologramas fuera del eje suele ser de 65.438 ± 05 micras. De hecho, los hologramas grabados en este tipo de fotoemulsiones ya no se consideran bidimensionales. Por lo tanto, es importante dejar constancia de que los resultados del análisis de hologramas planos sólo pueden aplicarse con precisión a hologramas formados utilizando medios relativamente delgados.
Difracción holográfica de volumen
La respuesta de los hologramas de volumen elementales a una iluminación coherente puede describirse mediante la teoría de ondas acopladas.
Supongamos que hay dos ondas planas que se propagan en el plano yz, con amplitud unitaria, ingresan al medio de grabación e interfieren. Según la ley de refracción, hay
Sin, sin<. /p>
n es el índice de refracción del medio de grabación; representa respectivamente el ángulo entre las dos ondas y el eje Z en el aire y es el ángulo entre las dos ondas en el medio y el eje Z.
La ley de Bragg se puede escribir en forma de la longitud de onda en el aire y el índice de refracción del medio holográfico:
2dsinθ= /
Las propiedades del volumen Los hologramas están determinados por la ley de Bragg, por lo que exhibe una respuesta selectiva a la luz.
2. Aplicaciones típicas de la holografía óptica
Imágenes de alta resolución
Cuando un holograma se conjuga con un haz conjugado con el haz de referencia utilizado para realizar el holograma. Cuando se iluminan, las ondas de los objetos se pueden reproducir teóricamente sin aberraciones ni distorsiones, y la resolución de la imagen real proyectada está limitada únicamente por la difracción en el límite del holograma. Porque la resolución aumenta con el tamaño del holograma. Debido a que los hologramas pueden hacerse muy grandes, se puede esperar que cuando tengan un tamaño de hasta 5 × 5 cm en el campo de visión, la frecuencia espacial llegue a 1000 líneas/mm. Obviamente, el aumento es 1 en este caso, pero la proyección de imágenes de alta resolución 1:1 tiene importantes aplicaciones potenciales en procesos de fotolitografía para circuitos integrados. Actualmente, la obtención de imágenes precisas de máscaras fotolitográficas en obleas semiconductoras se logra mediante impresión por contacto. Pero este método dañará rápidamente la plantilla. Transferir la imagen a la película mediante proyección es una alternativa ideal, pero lograr la resolución y el campo de visión requeridos de la imagen de máscara proyectada requiere lentes muy buenos y costosos.
Al producir hologramas utilizando iluminación de fuente de luz coherente, los efectos de la contracción de la emulsión fotográfica, la deformación de la superficie, la no linealidad y las fuentes de ruido negociadas son mayores. Provocan manchas, contraste reducido y bordes borrosos en imágenes que no permiten la fabricación de circuitos integrados mediante fotolitografía. Materiales nuevos y más estables pueden ser la respuesta a estas preguntas.
Reconocimiento de trucos
Van der Rohe et al. han utilizado muchas características de los hologramas de transformada de Fourier formados por ondas de referencia espacialmente moduladas para el reconocimiento de características. Utilizaron filtros espaciales producidos por el método holográfico para completar la aplicación del "filtrado coincidente" en el reconocimiento de características.
La siguiente figura puede ilustrar el concepto, la formación y la aplicación del filtrado coincidente.
Cuando el filtro espacial formado se utiliza para el reconocimiento de características, la parte superior del eje Z en el plano de entrada es una pieza transparente que es transparente a las ondas planas y contiene m caracteres transparentes sobre un fondo opaco. Expresamos la transmitancia de este conjunto de matrices de caracteres como
Aquí todos los caracteres están distribuidos simétricamente alrededor del punto. Este es un carácter típico en la matriz y su centro está en el punto. Además, en el plano de entrada, hay una fuente de luz puntual brillante con una intensidad de luz de δ, que forma un holograma de transformada de Fourier en el plano de frecuencia espacial ε η. Este holograma puede verse como un registro de la interferencia de ondas planas formadas por las funciones t y delta. Cuando el holograma completa la función de reconocimiento, sólo es iluminado por una pequeña parte de T, es decir, uno o varios caracteres en la superficie incidente. Veremos que la reproducción que nos interesa en el plano de salida es el punto brillante de la imagen que representa el resultado del reconocimiento.
Almacenamiento y codificación de información
Los hologramas pueden almacenar información tanto bidimensional como tridimensional. La información puede ser coloreada o codificada, gráfica o alfanumérica; puede almacenarse en la superficie del holograma o en todo su volumen puede estar separada o superpuesta espacialmente; puede grabarse o borrarse permanentemente; El contenido grabado puede no estar relacionado o estar emparejado entre sí; pueden ser imágenes reconocibles o gráficos aparentemente sin sentido.
Las perspectivas de desarrollo de la holografía óptica moderna son muy amplias, pero la tecnología práctica se popularizará y las personas con conocimientos deberían trabajar juntas para promover el progreso social.