激光全息技術(shù)原理.doc

1. 全息照相和普通照相全息照相和普通照相在原理和方法上都有本質(zhì)的差別4。普通照相是以幾何光學(xué)原理為基礎(chǔ)，利用透鏡成像來記錄各點(diǎn)的光強(qiáng)分布，所成像為二維平面圖像，物象間關(guān)系是點(diǎn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的，只要底片破損就不能重現(xiàn)圖像。而且普通照相對(duì)外界環(huán)境要求不高，一般條件都能滿足。全息照相則不同，它以光的干涉、衍射等物理光學(xué)的規(guī)律為基礎(chǔ)，引入適當(dāng)?shù)南喔蓞⒖疾?，不僅記錄了物光的振幅信息，而且也把在普通照相過程丟失的位相信息記錄下來。在感光底板上得到的不是物體的像，而是物光與參考光的干涉條紋，這些條紋的明暗對(duì)比度、條紋的形狀和疏密反映了物光波的振幅和相位分布。經(jīng)過顯影、定影處理后，變得到了一張全息圖。它相當(dāng)于一塊復(fù)雜的光柵，只有在適當(dāng)?shù)墓獠ㄕ彰飨虏拍苤亟ㄔ瓉淼奈锕獠?。全息照相得到的是三維立體的實(shí)像。物象之間的關(guān)系是點(diǎn)面對(duì)應(yīng)的，全息圖上每一點(diǎn)都記錄了所有的物光信息，無論磨損還是殘破，只要得到一小塊兒全息圖，就能把原來的物體真實(shí)再現(xiàn)出來。當(dāng)然，激光全息照相的拍攝要求也要比普通照相嚴(yán)格得多。首先，光源必須是相干光源，全息照相是根據(jù)光的干涉原理,因此要求光源必須具有很好的相干性5。激光的出現(xiàn),為全息照提供了一個(gè)理想的光源。其次，全息照相系統(tǒng)要具有穩(wěn)定性，由于全息底片上記錄的是又細(xì)又密的干涉條紋,所以在照相過程中極小的干擾都會(huì)引起干涉條紋的模糊,甚至使干涉條紋無法記錄，為此,要求全息實(shí)驗(yàn)臺(tái)是防震的，全息臺(tái)上的所有光學(xué)器件都用磁性材料牢固地吸在工作臺(tái)面鋼板上，另外,氣流通過光路,聲波干擾以及溫度變化都會(huì)引起周圍空氣密度的變化，因此,在曝光時(shí)應(yīng)該禁止大聲喧嘩,不能隨意走動(dòng),保證整個(gè)實(shí)驗(yàn)室絕對(duì)安靜。再次，物光和參考光的光程差應(yīng)盡量小,最多不能超過2cm。還有，就是必須使用高分辨率的全息底片，因?yàn)槿⒄障嗟灼嫌涗浀氖怯旨?xì)又密的干涉條紋,所以需要高分辨率的感光材料。普通照相用的感光底片由于銀化物的顆粒較粗,每毫米只能記錄50100個(gè)條紋,激光全息干板其分辨率可達(dá)每毫米3000條,能滿足全息照相的要求6。最后，全息照片的沖洗過程沖洗過程也是很關(guān)鍵的?？偟膩碚f，激光全息照相對(duì)條件的要求還是很苛刻的。2. 菲涅耳全息全息照相分為兩步：波前的干涉記錄和波前的衍射重建7。以菲涅耳全息為例，首先是波前的干涉記錄，如圖1就是菲涅耳全息照相的記錄光路。圖1全息照相的記錄光路如圖，激光束通過快門后經(jīng)過分束板分為兩束：透射的一束經(jīng)平面鏡M2反射、擴(kuò)束鏡L2擴(kuò)束后作為參考光投射到全息干板E上；反射的一束經(jīng)平面鏡M1反射、擴(kuò)束鏡L1擴(kuò)束后照到被攝物上，再經(jīng)過物體的漫反射作為物光束也投射到E上。整個(gè)光路光軸在同一個(gè)水平面上，光束通過各元件中心。物光與參考光夾角在45o左右。黑暗中把全息干板夾在干板架上，使感光乳劑面朝向物光和參考光，靜置一分鐘后啟動(dòng)定時(shí)曝光器。取下干板，在暗室中顯影，水洗后定影一段時(shí)間用水沖洗干凈，最后晾干，全息圖就制作好了。下面說全息圖的再現(xiàn)8，菲涅耳激光全息是用激光再現(xiàn)的。觀察虛像的方法如圖2所示：圖2 虛像的觀察將制作好的全息圖放回拍攝時(shí)原物體的位置，用參考光照射全息圖，在全息圖后面原物所在位置上可以觀察到物體的虛像。若要觀察到原物體的實(shí)像，就要改用參考光的共軛光線來照射全息圖，則可以用光屏在全息圖后面接受到物的實(shí)像，如圖3所示光路。圖3 實(shí)像的觀察3. 彩虹全息彩虹全息術(shù)最初是由S.A.本頓提出的。它是用激光記錄全息圖，用白光透射再現(xiàn)。其基本特點(diǎn)是在記錄系統(tǒng)中的適當(dāng)位置上加入一個(gè)狹縫，限制再現(xiàn)光波，以降低像的色模糊。根據(jù)人眼是水平排列的特點(diǎn)，成像只有在水平方向有視差效應(yīng)。彩虹全息保留了水平方向的物體信息，犧牲垂直方向的物體信息，從而可以降低對(duì)照明光源的時(shí)間相干性的要求。它將不同波長的光沿著垂直方向色散開來，在不同的高度可以看到不同顏色的假彩色立體再現(xiàn)像。 由于狹縫的作用，眼睛在不同位置將會(huì)看到不同顏色的像，特別是當(dāng)觀察點(diǎn)的位置連續(xù)改變時(shí)，就會(huì)看到像的顏色發(fā)生連續(xù)變化，如雨后天空中的彩虹一樣，因而成為彩虹全息。彩虹全息的衍射光有會(huì)聚性能，再現(xiàn)像的亮度較高。采用白光照明光源，可以避免相干散斑紋效應(yīng)引起的噪聲影響。 彩虹全息圖是在物