全息照相的光路選擇

1、全息照相的光路選擇陳飛（湖州師范學(xué)院工學(xué)院，浙江湖州313000）摘要：理論上只要將物光和參考光的光路設(shè)計得能夠發(fā)生干涉，就可以拍攝出全息照片，因此拍攝全息照片的光路不是唯一的。不同光路拍出的全息照片的效果有所不同，可以根據(jù)不同的被攝物體，選擇不同的光路，以達(dá)到最佳的拍攝效果。關(guān)鍵詞：全息原理,物光,參考光,安排光路ChoiceofHolographyLightPathChenYajun（CollegeofEngineering,HuzhouUniversity,Huzhou,ZhejiangProvince,China）Abstract:Thelightpathtotakephotosofh

2、ologramisnotunique,wecantakeaholographicpictureaslongastheobjectlightpathandthereferencelightpatharetheoreticallydesignedtomakeopticalinterferenceoccur.Differentpathsofraylayoutdifferenteffectsofopticalholographicpictures.Wemaychoosedifferentpathsofrayaccordingtodifferentobjectsinordertoachievethebe

3、stphotographyeffect.Keywords:principleofholography,Lightreflectionobject,referencedlight,arrangelightpath前言：全息照相是近代物理實驗中的一個，它與普通照相的原理完全不同，后者僅僅是在感光底片上將物體發(fā)出的或它散射的光波強度（即振幅）分布記錄下來，而把光波的位相分布這個重要的信息丟失了。因此，在所得到的照片中，物體的三維特征消失了。全息技術(shù)同時記錄下物光的強度分布和位相分布，即全部信息。全息照相在記錄光的相位和強度分布時，利用了光的干涉。在全息照相中就是引進(jìn)一束與物光相干的參考光，使這兩束光

4、在感光底片處發(fā)生干涉疊加，并將與物光有關(guān)的振幅和位相分別以干涉條紋的反差和條紋的間隔形式記錄下來1。通過信息再現(xiàn)，就可以觀察到物體的三維立體圖像。根據(jù)全息照相原理，理論上只要將物光和參考光光路設(shè)計得能夠發(fā)生干涉，就可以拍攝出全息照片，因此說來光路不是唯一的。下面介紹全息照相的光路選擇方法。全息原理單物光束反射、透射全息照相光路實驗裝置如圖1、圖2所示，從激光器S發(fā)出的光波被分束鏡T分成2束，一束經(jīng)M1反射和凸透鏡擴束后照射在被攝物體上，經(jīng)物體反射（圖1）或透射（圖2）的光再照射到全息干板P上，這束光為物光波。另一束經(jīng)M2反射和擴束后直接照射在全息干板P上，這束光為參考光波。由于這2束光是相干的

5、，所以在全息干板上就形成明暗相間的干涉條紋并被記錄。條紋的形狀和疏密反映了物光的位相分布情況，而條紋明暗的反差反映了物光的振幅。感光底片上將物光的信息都記錄下來，經(jīng)過顯影、定影處理后，便形成與光柵相似結(jié)構(gòu)的全息圖，即全息照片3。圖1反射全息圖實驗裝置圖2透射全息圖實驗裝置物光與參考光應(yīng)滿足參考光和物光的光程差的影響:參考光和物光的光程差不能太大,不能大于所用激光的相干長度,否則兩者不能相干,無法在全息干板上獲得干涉條紋。兩束光的光程相等最好,最多不能超過2cm,調(diào)光路時用細(xì)繩量好;兩束光之間的夾角要在30。60。之間，最好在45。左右，因為夾角小,干涉條紋就稀疏,這樣對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和感光材料分

6、辨率的要求較低;兩束光的光強比要適當(dāng),一般要求在1：11：10之間都可以,光強比用硅光電池測出4。參考光和物光的夾角的影響:假如全息干板上干涉條紋間的間距為d,光源波長為K,d與參考光和物光之間的夾角H有關(guān)(d=K/2sinH2),而干板分辨率G與d有關(guān)(G=1d=2sinH2/K),可以看出H角愈大,所記錄的干涉條紋就越細(xì),對干板的分辨率要求越高,故夾角H不能太大5。而夾角H對全息圖再現(xiàn)象時的觀察窗(視角)有影響,夾角大,可在較大范圍內(nèi)從不同角度觀察物象,反之,觀察窗則小,因此夾角H也不能太小2。參考光和物光的光強比的影響:全息照相是物光與參考光的雙光束干涉.對于一般雙光束干涉來說，如果11

7、=12，干涉條紋可得到最大的對比度,即條紋最低強度為零，同位相時最大強度為41,這對一般線性接受元件是合適的6。而對全息照相的記錄介質(zhì)來說曝光量和振幅透過率的特性曲線是非線性的,在曲線兩端發(fā)生奇變(如圖3所示),產(chǎn)生較高階的衍射光,使衍射效率降低。另一方面,當(dāng)物光比參考光強,斑紋比較顯著,產(chǎn)生較大量的暈輪光圍繞零級衍射光,降低了成象的光通量,致使效率降低7。圖3干板的曝光特性安排和調(diào)整光路光路擺放。按圖1所示光路將,各元件大致擺放到各自的相應(yīng)位置上,調(diào)整各元件,使各光束都與臺面平行且與各元件中心重合,開始時不要加擴束鏡。測量光程。測量物光與參考光的光程,從分束鏡開始,沿著光束的前進(jìn)方向量至全息

8、干板為止,按等光程按排光路為好,光程差不得大于1cm。夾角選擇。根據(jù)上面的分析,本實驗中選擇參考光和物光的夾角取20308為宜。調(diào)節(jié)光強比。由上所述可知,要達(dá)到較好的效果,應(yīng)使參考光增強,以避開非線性區(qū),減少斑紋效應(yīng)。但盡管用一束強光做物光,物光照到物體上經(jīng)物體吸收后再反射到干板上的光已比參考光弱得多了,對于功率只有5mW的激光器，參考光和物光的光強比太尢會造成對比度差、象不清楚,所以又必須使物光增強。多次實驗研究表明:被攝物如果是瓷器,應(yīng)與全息干板距離較近(35cm),若拍攝硬幣可與全息干板距離遠(yuǎn)一些(可達(dá)10cm)。放入擴束鏡后，調(diào)節(jié)物體方位,使物體漫反射光的最強部分均勻地落在全息干板上,

9、參考光應(yīng)均勻照明并覆蓋整個全息干板,兩光光強比為35較為合適。綜上所述，不同光路拍出的全息照片的效果有所不同。單物光束反射、透射全息照相光路，照射到物體上的光較強，容易控制物光和參考光的光比，再現(xiàn)照片反差大，輪廓分明，一般的全息照相實驗大多選用該光路。但該方法拍攝的照片清晰度不高，層次較差9。一個好的光路，既要使物光和參考光能夠發(fā)生干涉，還要保證干涉條紋間隔清晰，反差合適。所以要首先調(diào)整好物光和參考光的光程，以保證干涉能夠發(fā)生，然后再調(diào)整物光與參考光束之間的夾角及物光和參考光的光強比，保證全息照片的清晰度和反差10。參考文獻(xiàn)：1賈有權(quán)材料力學(xué)實驗M.2版北京:高等教育出版社,1984.同濟(jì)大學(xué)基礎(chǔ)力學(xué)教研室材料力學(xué)教學(xué)實驗M.2版上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,2002.金保森,盧智先材料力學(xué)實驗M.北京:機械工業(yè)出版社,2003.4CherquiD,HussonE,HammoudR.Laparoscopicliverresections:afeasibilitystudyin30patients.AnnSurg,2000,232:753-76單檳.全息照相實驗條件的探討J.大學(xué)物理實驗1996(03)劉白鴿，何真.全息照相實驗的改進(jìn)J.物理實驗,2002(