全息光学元件(HOE)及其应用

    引  言

    全息光学元件(HOE)是一种衍射光学元件。它是利用光全息或计算机全皋技术制作的薄膜型光学元件，因而具有重量轻、性能稳定等优点。象普通光学元件那样，对光束具有会聚、发散、偏转、色散等功能而受到广泛的重视。70年代以来，由于重铬酸盐明胶材料处理工艺的发展，用光全息法制备高质量的HOE找到了较为理想的记录材料;使HOE进入了实用阶段。

    国外使用不同类型的HOE已先后研制成功全息单管夜视镜、全息激光防护面界全息平视显示器、全息瞄准具、全息扫描器等新型光学装置。国内已研制成功用于综合孔径雷达数据片处理系统的柱面和锥面相结合的透镜，作为光纤藕合的离轴全息透镜，信息存储物镜，傅里叶变换透镜等[1]。

    特别值得一提的是HOE在红外光谱区域的应用获得了新的进展，采用波长移动技术制作红外全息透镜不仅适用于近红外波段  (1~3µm)，也适用于中远红外波段(8~14µm )，国外已研制成功10.6µm的红外全息透镜[2]，在军事上有极重要的使用价值。应当指出，随着再现波长较大的移动，全息图会引入相当大的几何象差，因此如何减小红外全息图的象差是制作红外全息透镜的关键。

    1  全息术与全息光学元件

    一般地说，以往的许多光学仪器实际上只是光强度(即光波的振幅)的变换器。激光和全息术的出现，才使人们获得同时反映光波的振幅和相位的变换器。全息术是利用干涉原理实现光波的相位变换，因此被记录的对象必须用相干光照明;来自物体的光波与另一束参考光波在记录介质上产生干涉，将这些干涉图样记录下来并经过一定的处理便形成全息图。当再用与参考光相同的光波照明此全息图时，即可重现原来景物的立体图象。因此全息术是两步成象过程，一是记录，二是再现。

    全息术的特征是存储了能使物体恢复原状的相位信息，普通照明只能存储被摄物体光强度的空间分布。当两束光波叠加成一束光波时，其强度不仅依赖于每一束光波各自的强度，同时也依赖于这两束光波之间的相位差，这是全息记录的关键[3]。

    最初是利用景物本身的背景光作为参考光，不能得到理想的重现象。1962年，利思  (E.N.Leith)等人发现波前再现与通讯工程有相似之处，提出了离轴全息图的概念，即记录时两束相干光波与全息图的对称轴不重合。利思等人的这一新概念是全息术的一个重要突破。他们利用激光器作相干光源，使物体的衍射波与从物体旁边倾斜通过的参考光相干涉而制作全息图，并用同样的倾斜光束照明而得到重现的图象。同年丹尼苏克  ( y , N , Denisvuk)提出用参考光从物体的背面照射，将全息干涉条纹在厚的感光材料中作三维记录的方案，然后用白光照明，也能重现出特定波长的象。全息摄影原理示意图如图1所示。