全息照相的光路選擇

1、全息照相的光路選擇陳飛（湖州師范學院工學院，浙江湖州313000）摘要：理論上只要將物光和參考光的光路設計得能夠發(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，以達到最佳的拍攝效果。關鍵詞：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構的全息圖，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,調光路時用細繩量好;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,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(d=K/2sinH2),而干板分辨率G與d有關(G=1d=2sinH2/K),可以看出H角愈大,所記錄的干涉條紋就越細,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位置上,調整各元件,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。調節(jié)光強比。由上所述可知,要達到較好的效果,應使參考光增強,以避開非線性區(qū),減少斑紋效應。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,應與全息干板距離較近(35cm),若拍攝硬幣可與全息干板距離遠一些(可達10cm)。放入擴束鏡后，調節(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：1賈有權材料力學實驗M.2版北京:高等教育出版社,1984.同濟大學基礎力學教研室材料力學教學實驗M.2版上海:同濟大學出版社,2002.金保森,盧智先材料力學實驗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.大學物理實驗1996(03)劉白鴿，何真.全息照相實驗的改進J.物理實驗,2002(