数字全息技术在反源问题中的应用

提要：本文从数字全息记录与再现技术特点出发，探讨数字全息技术在反源问题中的应用。分析了用数字全息图探测光波复振幅的方法，讨论了数字全息再现原始像的方法，并将其应用于光源的重构。  

关键词：全息图；数字全息；反源问题；菲涅耳衍射

数字全息112是由 J.W. Goodman 和 R.W. Lawrence 在 1967年提出的,它沿用了 D. Gabor 的全息思想, 但改革了全息图的记录、 存储和再现的手段, 用光敏电子器件代替普通照相的记录介质记录物光与参考光的干涉条纹, 得到数字式的全息图存入计算机,然后用数值计算的方法进行再现, 它拓宽了全息技术的实现方法与应用范围。但由于受当时光敏电子器件及计算机水平的限制, 多年来发展缓慢。近年来,随着计算机性能(运算速度及存储容量) 的大幅提高及高性能电荷藕合器件( CCD)的出现, 数字全息技术及其应用研究得到了广泛的关注。

数字全息由于没有普通全息的湿处理过程, 实现了全息图记录、 存储、 处理和再现过程的数字化, 记录和再现过程都比普通全息方便、 快捷, 所以数字全息是一种很有潜力的光测量方法,目前已被应用于三维物体的形貌测量、 干涉计量、粒子场测量、 数字全息显微镜等领域12- 52。数字全息再现时能重建光波场的复振幅(包括强度及位相的分布) , 这一特点使数字全息能用来解决反光学问题中某些问题, 本文探讨数字全息术在反源问题中的应用。

1.反源问题

由前一时刻的光波分布U0 ( r0, t)求光波经传播或衍射后下一时刻到达前方某处的光波分布 U( r, t+ $t) 称作求解光学的直接问题。反过来由后一时刻探测到的光波分布 U( r, t

+ $t) 求解前一时刻的光波分布 U0 ( r0, t) , 称求解反光学问题162。反源问题172是反光学问题的一个分支,由距光源一定距离的位置上探测到的辐射分布反求出光源的分布称为反源问题。解决反源问题的关键有二个: ( 1) 光源辐射复振幅分布的探测, ( 2) 由探测到的辐射分布重构光源分布。1970年E.Wolf 曾成功地将普通全息术用于反散射问题182, 解决此类问题数字全息术比普通全息术更具优势。下面我们用数字全息术来求解反源问题。

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