全息照相
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-10
全息照相的實例教程
簡介
全息照相依托光的干涉與衍射原理，以物光與參考光干涉條紋記錄物體振幅、相位全光波信息，可真實還原三維立體影像與空間景深。核心光路包含激光光源、分束器、照明與參考光路及記錄介質，廣泛用于三維顯示、精密計量、無損檢測、光學防偽等領域。本案例基于 OAS 波動光學模塊，完成全息記錄與再現全流程仿真，為系統設計、優化與評估提供專業工程支撐。
案例設置與操作
模型構建
基于 OAS 軟件三維建模與相干光仿真能力搭建全息光路模型，選用高斯相干光源，經分束元件形成物光與參考光支路。
物光經擴束準直照射物體后攜帶信息抵達記錄面，參考光經角度調控與物光形成穩定干涉場。軟件調用標準元件庫與材料數據庫，精準配置膜層、偏振、光敏介質參數，模型幾何結構與光學特性與實際工程裝置高度一致。
探測器設置
在全息記錄平面部署相干場探測器，同步采集振幅、相位、光強與偏振信息，精準捕獲干涉條紋分布。合理設置采樣分辨率與接收視場，覆蓋有效記錄區域，濾除雜散光與系統噪聲。再現階段加載全息圖，以共軛參考光照明，在成像面部署三維場探測器，獲取再現光場空間分布、景深與成像質量等關鍵數據。
分析優化
采用 OAS 光束追跡與傅里葉衍射算法，快速生成全息干涉圖，量化提取條紋對比度、空間頻率、衍射效率等指標。再現階段精準復現物體三維像，還原景深與細節，支持 PSF、MTF、波前誤差等像質評估。依托參數化優化功能，迭代調整光程、角度、功率等參數，修正光路偏差，提升全息圖質量與再現成像清晰度。
總結
本案例通過 OAS 軟件完成全息照相記錄與再現全流程仿真，驗證了軟件在相干干涉、衍射成像與復雜光場分析中的高精度與高效率。
展開 近年來，隨著激光技術的發展，全息照相在無損檢測領域中的應用范圍迅速擴大，激光全息無損檢測是在全息照相技術的基礎上發展起來的一種檢測技術，解決了許多過去其他方法難以解決的無損檢測問題。
激光全息無損檢測技術
激光全息無損檢測是利用激光全息干涉來檢測和計量物體表面和內部缺陷的，這種技術的原理是在不使物體受損的條件下，向物體施加一定的載荷，物體在外界載荷作用下會產生變形，這種變形與物體是否含有缺陷直接相關，物體內部的缺陷所對應的物體表面在外力作用下產生了與其周圍不相同的微差位移，并且在不同的外界載荷作用下，物體表面變形的程度是不相同的。用激光全息照相的方法來觀察和比較這種變形，并記錄在不同外界載荷作用下的物體表面的變形情況，進行比較和分析，從而判斷物體內部是否存在缺陷，達到評價被檢物體質量的目的。
具體做法是對被檢測物體加載，使其表面發生微小的位移（微差位移），物體表面的輪廓就發生變化，此時獲得的全息圖上的條紋與沒有加載時相比發生了移動。
展開 這種方法，被稱之為Xolography，其中X即“交叉”，Holography即“全息照相術”，意為利用交叉的光線，在液體中“照”出一個固體來。
除了反應速度快，Xolography的優點在于，與紫外線光反應生成的花菁態化合物，還可以被回收并重復利用。
中間生成的花菁態化合物并不穩定，如果一直沒有被第二束可見光擊中，它就會在室溫下以t1/2=6s的熱半衰期，恢復成原來的化合物，如下圖中△T。
然而，直接用兩束光交叉的方法，存在一個缺陷。
下圖是DCPI的初始化合物、與反應后的花菁態化合物，和兩種波長的光反應的吸光率。其中，黑色的曲線是初始化合物，藍色的曲線是花菁態化合物：
從圖中可以看出，花菁態化合物，不僅能與可見光反應生成固體聚合物，也能吸收可見光波長之外的光（包括紫外線光），產生光引發反應。
因此，要保證這種花菁態化合物，只能在紫外線光中暴露一次。
為了實現這一目標，研究人員開發了一種叫做“光片法”的方法，將375nm二極管激光器的高斯光束轉換成發散激光光束，準直并聚焦到打印體積的中心，形成一整個紫外光片。
由于光的衍射，生成的第一種化合物會在液體中呈現“中間窄、兩邊寬”的情況（如圖中藍色部分）：
這時，再從正面將可見光垂直照入，形成固體聚合物。
而中間最窄部分的寬度，就決定了這種3D打印技術的分辨率。
采用這種“在光片上，用另一束光雕刻”的方法，沿光片的激發不均勻性可以保持在13%以下，非常穩定。
目前，研究人員還在優化這種化合物，以提高它的快速聚合能力，同時保證最大的光學透明性和高粘度。
這項神奇的3D打印技術，由勃蘭登堡應用科學大學的物理學家Martin Regehly等多位德國科學家造出。
展開 除了眾所周知的X射線顯微術、透射X射線顯微層析成像和X射線全息照相技術外，用于獲得微米級物體的三維真實空間圖像的分辨率或更好。
根據Liouville定理，除非使用高亮度X射線源，否則無法在如此小的區域實現如此高的光子強度，這就是為什么新型同步輻射源能夠在此類研究中實現量子躍遷。
金屬的凝固組織是由成分控制并影響其性能。準確把握金屬凝固組織的形成機理、控制因素和控制途徑，有利于材料組織結構的精確控制和設計，提高材料的綜合性能，優化金屬的性能。
由于凝固組織不透明以及凝固過程中的高溫環境，傳統的表征技術如金相顯微鏡觀察無法動態、完整地觀察整個凝固過程。凝固過程中的一些關鍵信息很難全面捕捉。
高能X射線的出現和發展為研究合金凝固組織提供了一種新的表征方法。特別是同步輻射原位成像技術的應用，使得實時觀察金屬凝固過程的動態演變成為可能，也成為打開認識金屬結晶之門的鑰匙。
同步輻射高能輻射與可見光和X射線一樣，屬于電磁輻射，但不同的是，它是由電子在磁場中以接近光速的曲線運動在同步輻射中產生的。與傳統光源相比，同步輻射中的高能X射線具有能量強、亮度高、穿透性好等特點，能夠滿足金屬枝晶生長實時動態成像觀測的要求。目前，同步輻射原位成像技術已成為實時動態觀察金屬合金凝固組織生長行為的重要手段。
錫鉍合金凝固行為
低熔點錫鉍和錫鉛合金廣泛應用于機械、航空、汽車和其他工業領域。枝晶是凝固過程中最常見的形態特征。對于低熔點合金，由于凝固溫度相對較低，其微觀結構易于觀察。利用同步輻射原位成像技術對這些合金的結構進行了表征，可以獲得動態枝晶生長、斷裂和轉變等一系列微觀組織演化過程。這些信息對預測合金的力學性能具有重要的指導作用。
展開 衍射光波導主要有利用光刻技術制造的表面浮雕光柵波導(Surface Relief Grating)和基于全息干涉技術制造的全息體光柵波導(Volumetric Holographic Grating)， HoloLens 2，Magic Leap One均屬于前者，全息體光柵光波導則是使用全息體光柵元件代替浮雕光柵，蘋果公司收購的Akonia公司采用的便是全息體光柵，另外致力于這個方向的還有Digilens。這個技術還在發展中，色彩表現比較好，但目前對FOV的限制也比較大。
這里還要區別一下真正的“全息技術”，其實這一直是個誤區，全息光柵只是因為利用了類似于全息照相的原理來制造的，即用兩束激光形成干涉條紋來調制光柵材料的特性以形成“折射率周期”，光柵本身并不能夠全息成像。
幾何光波導的工作原理及優缺點
“幾何光波導”的概念最先由以色列公司Lumus提出并一直致力于優化迭代，至今差不多快二十年了。
圖 4. 光波導的種類:
(a) 幾何式光波導和“半透半反”鏡面陣列的原理示意圖,
(b) 衍射式光波導和表面浮雕光柵的原理示意圖，
(c) 衍射式光波導和全息體光柵的原理示意圖。本圖改編自https://hackernoon.com/fundamentals-of-displaytechnologies-for-augmented-and-virtual-realityc88e4b9b0895
按圖4(a)所示，耦合光進入波導的一般是一個反射面或者棱鏡。在多輪全反射后光到達眼鏡前方時，會遇到一個“半透半反”鏡面陣列，這就是耦合光出波導的結構了，也就是幾何光波導里的“光組合器”。
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總結
本案例通過 OAS 軟件完成全息照相記錄與再現全流程仿真，驗證了軟件在相干干涉、衍射成像與復雜光場分析中的高精度與高效率。OAS 憑借跨尺度仿真、光束追跡與矢量場傳播能力，為全息光學、三維成像提供一體化設計仿真平臺，顯著縮短研發周期、降低實驗成本，支撐全息技術工程化落地與性能升級。
近年來，隨著激光技術的發展，全息照相在無損檢測領域中的應用范圍迅速擴大，激光全息無損檢測是在全息照相技術的基礎上發展起來的一種檢測技術，解決了許多過去其他方法難以解決的無損檢測問題。
這里還要區別一下真正的“全息技術”，其實這一直是個誤區，全息光柵只是因為利用了類似于全息照相的原理來制造的，即用兩束激光形成干涉條紋來調制光柵材料的特性以形成“折射率周期”，光柵本身并不能夠全息成像。
這種方法，被稱之為Xolography，其中X即“交叉”，Holography即“全息照相術”，意為利用交叉的光線，在液體中“照”出一個固體來。
除了反應速度快，Xolography的優點在于，與紫外線光反應生成的花菁態化合物，還可以被回收并重復利用。
除了眾所周知的X射線顯微術、透射X射線顯微層析成像和X射線全息照相技術外，用于獲得微米級物體的三維真實空間圖像的分辨率或更好。
根據Liouville定理，除非使用高亮度X射線源，否則無法在如此小的區域實現如此高的光子強度，這就是為什么新型同步輻射源能夠在此類研究中實現量子躍遷。
金屬的凝固組織是由成分控制并影響其性能。
