[发明专利]一种基于三次曝光技术消色差的系统及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及多光谱成像领域，尤其涉及的是一种基于三次曝光技术消色差的系统及其实现方法。

背景技术

全息波导光栅利用光栅的衍射原理，将衍射光通过全反射原理，使其 进入玻璃基底中形成波导进行传播，当遇到另一块光栅后，则同样通过光 栅的衍射原理，从波导中出射进入人的眼睛。这样人可以透过玻璃观察到 远处的景物，又可以同时观察由波导传输形成的图像。

全息记录按其物理意义可被称为波前的记录和重现，是1948年英国 物理学家丹尼斯·盖伯在1948年提出的。盖伯从理论和实验上证明，用一个参考光波和物体的衍射光波(物光波)干涉，可以完全记录物光波的振幅和相位信息，并且由此干涉图可以对照明光波进行衍射，从而再现原来的物光波，及物体的像。

波前记录从光的干涉基本原理理论可知，双光束干涉的强度分布于两 束光的位相差有关，等强度线即是等相位差线。如果一束相干光为简单光 波(比如平面波或者球面波)，它在记录平面的位相分布为已知，于是干涉强度分布就和另一束的位相分布具有简单的对应关系。利用参考光和物光波的干涉可以实现对物光波位相的编码。

波前的重现是以全息图对再现光波的衍射为基础。为此，用一束相干 光波照射全息图，如果再现光波就是记录是的参考光波，这正是原始物体 光波的重现。对观察者来说，由全息图重现的物光波和从原始物体发出的物光波是没有区别的。

光在传播路径中，遇到不透明或透明的障碍物，绕过障碍物，产生偏离直线传播的现象称为光的衍射。惠更斯提出，媒质上波阵面上的各点， 都可以看成是发射子波的波源，其后任意时刻这些子波的包迹，就是该时刻新的波阵面。惠更斯-菲涅尔原理能定性地描述衍射现象中光的传播问题。菲涅尔充实了惠更斯原理，他提出波前上每个面元都可视为子波的波源，在空间某点P的振动是所有这些子波在该点产生的相干振动的叠加， 称为惠更斯-菲涅尔原理。

根据光栅的标量衍射理论，可得：

其中d为光栅的周期，k为衍射级次，n为波导介质的折射率，为波导中的第k级衍射角，为入射角，为波长。

耦合波理论是从麦克斯韦方程出发，根据记录介质在有调制的情况下 的电学或者光学常数，直接解出方程组，可以求出在各种情况下衍射效率。

耦合波理论假设接近布拉格角的单波长光入射到体积全息光栅中，只 有两束光被假设出现在光栅中，一束为入射的参考光波，另一束为信号光 波。只有满足或者至少近似满足布拉格条件的光波才会被考虑，其他的多 级衍射或者强烈的违背了布拉格条件的将不被考虑。这些假设使得耦合波 理论只对体积全息光栅适用。

物光波和参考光波相干叠加，在三维空间形成了干涉场，如果这些干 涉场被厚的全息记录材料记录下来，则全息图上的干涉条纹则为三维干涉 场的等强度面与记录材料的截面。一般全息记录材料的厚度大于干涉条纹 空间周期，甚至全息材料的厚度超过50个条纹间距。这种情况下，平面全息图的衍射机理将不再适用，必须考虑全息图的三维特性，这种建立在三维模型基础上的全息图称为体积全息图。

当两束光从记录材料的同一侧入射时，再现时在照明光波的透射方向观察，称为透射式体积全息图。如图记录光波分别从介质的两侧入射时，则再现时则从照明光波的反射方向观察，这种全息图称为反射式全息图。对称记录的点基元体积全息图，其等强度面是一组与光轴平行或者垂直的平行等间距的平面条纹。

当照明光波进入体积全息图以后，将在全息光栅的每一个点处发生衍 射，引起入射波和衍射波之间的能量耦合。因此描述照明光波在体积全息 图中的传播，必须应用非均匀介质中的麦克斯韦方程和相应的边界条件。 耦合波理论即是这样一种衍射理论，它通过求解非均匀介质中的麦克斯韦 方程，从而得出不同类型体积全息图衍射效率的解析表达式。

由于全息光学元件有色差，所以用在波导成像中，产生的色差会影响 所成像真实色彩的再现。L.Eisen等人提出了采用渐变折射率材料作玻璃基 底，但此种方法在实现起来很困难。索尼公司的Hiroshi Mukawa等人提出 了利用三层全息乳胶层，每一层乳胶分别对红绿蓝波长敏感，然后制作三 层光栅，对光线耦合，实现消色差。但此种方法对制作工艺的要求极高， 而且耗时，成本也很高。

因此，现有技术有待于进一步的改进。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明采取了以下技术方案：

一种基于三次曝光技术消色差的系统，其特征在于，包括：