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第1章 体全息概述 1

1.1 全息术发展简史 1

1.1.1 衍射光栅的基本概念和发展 1

1.1.2 拉曼-奈斯衍射和布拉格衍射 3

1.1.3 体全息术的发明 4

1.1.4 全息术的应用概述 5

1.2 光学全息术的基本原理 6

1.2.1 全息图的基本描述 6

1.2.2 基元全息图 8

1.2.3 全息图的分类 9

1.2.4 全息图的衍射效率 11

1.3 体全息图 11

1.3.1 体全息图的记录与布拉格衍射再现 11

1.3.2 体全息图的类型 12

1.3.3 体全息基本分析工具——k矢量圆 14

1.3.4 体光栅选择性的物理解释 15

第2章 体全息的基本理论分析方法 17

2.1 光频电磁波在无源介质中的传播 17

2.1.1 麦克斯韦方程 17

2.1.2 介质的特性 17

2.1.3 有吸收、非均匀、各向同性介质中的波动方程 18

2.1.4 坡印廷定理 18

2.2 一维耦合波理论 19

2.2.1 耦合波方程的推导和求解 20

2.2.2 体光栅的衍射效率和选择性 23

2.3 耦合波理论的其他表述 30

2.3.1 严格的耦合波理论 30

2.3.2 矢量耦合波理论 36

2.4 二维耦合波理论及其数值解法 37

2.4.1 二维受限体光栅的二维耦合波方程及其闭形式解析解 38

2.4.2 基于二维耦合波理论的光栅衍射特性研究 42

2.4.3 二维耦合波方程的数值解法 45

2.5 积分方程理论 48

2.5.1 非均匀介质中的波动方程 48

2.5.2 波动方程的解 49

2.5.3 积分方程解法的应用 50

第3章 体全息记录材料 52

3.1 体全息对记录材料的基本要求 52

3.1.1 体全息图特征及其记录材料厚度 52

3.1.2 记录材料的调制传递函数 53

3.1.3 体全息记录材料的性能 53

3.2 银盐材料和重铬酸盐明胶 56

3.2.1 银盐材料 56

3.2.2 重铬酸盐明胶 58

3.3 光折变材料 59

3.3.1 概述 59

3.3.2 光折变晶体中折射率光栅的建立 61

3.3.3 光折变晶体内的两波耦合和衍射效率 68

3.3.4 全息时间常量和信息记录的易失性 73

3.3.5 热固定技术 75

3.3.6 光固定技术 85

3.3.7 其他无机光折变材料 94

3.4 光致聚合物 98

3.4.1 光致聚合物的组成及记录机理 98

3.4.2 光致聚合物的全息性能评价及测试 102

3.4.3 自由基聚合型光致聚合物的简化模型 105

3.4.4 光折变聚合物 111

3.4.5 聚合物分散液晶 111

3.5 光致变色材料和光致各向异性材料 115

3.5.1 概述 115

3.5.2 光致变色玻璃 117

3.5.3 有机光致变色材料和光致各向异性材料 119

3.6 持续光谱烧孔材料 122

3.6.1 概述 122

3.6.2 在光谱烧孔材料中的全息记录 125

3.7 材料的噪声及其抑制 126

3.7.1 散射噪声的成因及其表征 126

3.7.2 铌酸锂晶体的散射噪声及其抑制 128

第4章 复用技术 131

4.1 基于布拉格选择性的共同体积复用 131

4.1.1 角度复用 132

4.1.2 波长复用 136

4.1.3 电场复用 139

4.2 位相编码复用 143

4.2.1 正交位相编码复用 144

4.2.2 随机位相编码复用 151

4.3 偏振复用 157

4.3.1 普通全息与普通偏振全息 157

4.3.2 各向异性材料中的正交偏振全息 157

4.3.3 光致各向异性材料中的偏振全息 159

4.4 频域复用 163

4.4.1 光谱烧孔和频率选择光存储 163

4.4.2 频率选择的全息复用 164

4.5 混合复用技术 166

4.5.1 共同体积的多维复用 166

4.5.2 与空间复用结合 167

4.6 复用全息图的等衍射效率记录方法 172

4.6.1 共同体积复用 173

4.6.2 部分重叠的情形 180

第5章 体全息信息存储 183

5.1 光学体全息存储技术概述 183

5.2 体全息存储系统的关键器件 185

5.2.1 激光器 186

5.2.2 组页器 186

5.2.3 图像探测器 187

5.2.4 寻址器件 188

5.2.5 傅里叶变换镜头 190

5.3 数字数据的全息存储 196

5.3.1 纠错编码的必要性 197

5.3.2 调制-阵列码 198

5.3.3 其他数据处理技术 202

5.4 快速读出技术 205

5.4.1 数据读出速率基本概念及影响因素 206

5.4.2 盘式体全息存储系统的读出速率分析 208

5.4.3 空角复用的盘式全息存储快速读出系统的设计与实现 210

5.5 页面式体全息存储系统的主要构型 211

5.5.1 同轴／共线的体全息存储系统 212

5.5.2 双光束干涉（离轴型）的体全息存储系统 215

5.5.3 非易失性盘式体全息存储的关键技术及实现 217

5.6 微全息存储 223

5.6.1 微全息存储的机理 223

5.6.2 微全息存储技术的发展 225

第6章 基于体全息复用的光学相关器 228

6.1 光学相关与匹配滤波 228

6.2 体全息图像库 230

6.3 提高识别率的途径 233

6.3.1 光学高通滤波法 233

6.3.2 子波相关法 234

6.3.3 散斑调制法 236

6.3.4 相关系数法 237

6.3.5 多重频谱滤波法 238

6.4 采用体全息的光学相关系统实例 240

6.5 关联存储器 244

第7章 体全息成像技术 246

7.1 体全息成像系统及理论描述 247

7.1.1 体全息成像系统 247

7.1.2 体全息成像系统的点扩散函数 251

7.1.3 体全息光栅成像的基元光栅分析法 252

7.2 体全息系统的选择成像特性 254

7.2.1 体全息成像系统的深度选择性 254

7.2.2 体全息成像系统的横向选择特性 258

7.2.3 辅助光学系统参数对体全息选择成像特性的影响 260

7.3 体全息层析成像系统与方法 263

7.3.1 体全息层析成像基本原理 263

7.3.2 复用体全息透镜系统的分层成像应用 265

7.4 宽带光源的体全息成像特性 267

7.4.1 宽带光源成像基本原理 267

7.4.2 彩虹体全息成像法 268

7.4.3 宽带照明成像的视场和深度分辨率 270

7.4.4 体全息其他成像系统 271

第8章 基于体全息的光子器件 274

8.1 光互连和光交换中的体全息器件 274

8.1.1 光学互连和全息互连 274

8.1.2 光交换中的体全息器件——光开关 283

8.2 体全息波分复用器件 288

8.2.1 体全息波分复用器件的主要类型和性能 288

8.2.2 体全息波分复用器件的TWOR方案 295

8.3 波导全息器件 300

8.3.1 波导全息器件的结构和性质概述 300

8.3.2 波导全息图的典型应用 303

8.4 全息光子晶体 308

8.4.1 光子晶体概述 308

8.4.2 体全息与光子晶体 309

8.4.3 光子晶体的全息制作方法 310

8.5 体全息光栅在激光技术中的应用 316

8.5.1 谐振腔的模式选择原理与方法 316

8.5.2 PTR体光栅横模选择元件 317

8.5.3 PTR体光栅光谱窄化和稳频元件 319

8.6 超短脉冲全息术 322

8.6.1 时域全息 323

8.6.2 光谱全息 326

8.6.3 超短脉冲全息的应用研究 328

8.7 全息显示 331

8.7.1 全息图作为成像元件 332

8.7.2 全息图作为存储元件 334

8.7.3 大视场、真彩色三维显示 337

参考文献 345