GLAD应用：体全息光栅模拟

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概述

自从伽伯1948年提出全息术后，光学全息术已经被广泛用于三维光学成像领域。体全息成像技术是采用体全息光栅作为成像元件对物体进行三维成像的技术。

1990年,由Barbastathis和Brady提出体全息成像技术，采用体全息光栅作为选择成像元件，对物体进行实时三维成像。与采用常规光学透镜的成像系统相比，体全息成像技术仅利用一个厚型体全息图(或称为体全息光栅透镜)作为对物场不同深度层进行选择成像的衍射元件，可以使得三维物场信息按照光学断层切片方式逐片地重构成像，不同的断层切片对应于三维物空间上轴向的不同位置。因此，采用体全息成像方法既可以研究静态物体的高度与外形轮廓的变化，以及半透明物体(具有一定的折射率和吸收系数)的内部变化，又可以研究散射微粒的空间动态物场分布。特别值得一提的是体全息成像系统还可以获取光谱信息，即它能够将物体不同颜色的部分像彩虹一样分开，因而还可以在像面不同位置处分别获取待测物体的光谱信息。

系统描述

通过将干涉图样转换为相位屏，GLAD能够模拟体全息光栅。在本例中，两束具有一定夹角的准直光束形成了干涉图样。该干涉图样对应的强度分布被转化为相位调制分布。从而用于模拟全息记录介质中形成的梯度折射率分布。体全息结构一旦形成，就可以在传输过程中将一束入射光波逐渐转换成形成体全息结构的另一束光波。两束光波之间的能量传递转换效率与体全息结构的厚度密切相关。若厚度很薄，则入射光波转化为另一束的效率很低，随着厚度逐渐增加，转换效率也随之增加。到某一厚度时转换效率最大，入射光束完全转换为另一束。但是随着厚度的进一步增加，能量又会转换回到入射光束。

模拟结果


图1.两束光形成的干涉图样


图2.体全息结构中能量在入射光束和形成体全息结构的另一束光之间的转变过程