1、全息技术中的光波、衍射与干涉原理

全息技术中的光波、衍射与干涉原理

1. 全息技术概述

全息技术由匈牙利物理学家丹尼斯·加博尔（Dennis Gabor）于1947年发明，最初旨在提高电子显微镜的性能。它利用光的干涉和衍射原理，将三维信息记录在二维介质上，形成的记录被称为全息图。当用可见光照射全息图时，能逼真地再现所记录的三维图像，因此被视为终极的3D成像技术。

20世纪60年代，随着高相干性激光的发展，E. Leith和J. Upatnieks展示了离轴全息术可用于获取能以假乱真的3D图像，使全息技术作为一种有前景的3D成像技术受到关注。传统全息技术是一种模拟方法，通过在感光材料上记录全息图实现，后来逐渐发展出电子记录全息图以及利用计算硬件计算全息图的技术。如今，计算全息技术已广泛应用于全息显示、数字全息、计算机生成全息图（CGH）、全息存储和光学加密等领域。

2. 光的表达

光学主要可分为几何光学、波动光学和量子光学三个领域，全息技术基于波动光学，处理光的干涉和衍射等基本现象。下面从波动光学的角度介绍光的数学表达。
- 标量波 ：光作为一种由电场和磁场同步振荡产生的电磁波，其振荡方向与光的传播方向垂直。在标量近似条件下，通常用电场来描述光。标量表示的波动方程为：
[
\frac{\partial^{2}E}{\partial z^{2}} - \frac{1}{c^{2}}\frac{\partial^{2}E}{\partial t^{2}} = 0
]
沿着z方向传播的线偏振光可表示为：
[
E(x, y, z, t) = E(r, t) = A \cos(k \cdot r