白光再现激光全息照相的实验研究.pdf

第 21卷 第 4期 大 学 物 理 实 验 Vo1．21No．4 2008年 l2月出版 PHYSICALEXPER ENTOFCOLLEGE Dec． 20o8 文章编号 ：1007—2934f2008)04—0014一O3 白光再现激光全息照相的实验研究 杨 晓梅 (宁夏大学 ，银JlI，750021) 摘 要 以光的干涉和衍射为基础 ，讨论 白光再现激光全息照相的原理，设计拍摄不同 物体 白光再现全息图的光路，探索能成功拍出白光再现反射全息图的条件和方法 ，并通 过实验证明其可行性。 关键词 激光 ；干涉 ；衍射 ；反射全息照相 ；自光再现 中图分类号 ：0438．2 文献标识码 ：A 利用激光既能记录光波振幅的信息，又能记录光波的位相信息。这种记录光波全部 信息的照相称为全息照相。全息照相发展到现在可分为四个阶段：第一阶段是用水银灯 记录同轴全息图，由于没有好的相干光源 ，再现像和共轭像不能分离；第二阶段是用激光 记录、激光再现的全息照相，能够把原始像和共轭像分离；第三阶段是激光记录、白光再现 的全息照相 ；第四阶段是当前所致力的白光记录全息 图。由于第二代全息照相再现时受 光源的限制，难 以走出实验室，制约了学生的实验积极性 。因此，大多数工科院校开设的 “全息照相”都努力实现第三代全息照相，同时，由于白光再现的全息照相，在各个领域都 有较高的应用价值 。基于这一点，我们对 白光再现全息照相进行实验研究，探求拍摄不同 规格物的最佳拍摄光路，扩展全息照相实验 内容，提高教学效果，调动学生的实验积极性。 1 实验原理 1．1 全息照相基本原理 全息照相是一种用光学方法在视觉上再现原物的清晰立体像的典型技术，全息照相 分为两步：波前记录和波前再现。波前记录是指将物体射出(直接或间接)的光波与另外 一 束相干光波(参考光波)相干涉，用照相的方法将干涉条纹记录下来，称为全息图。当用 原始记录时的参考光或其它合适的光波照射全息图时，光通过全息图发生衍射，其衍射光 波与原物体的光波相似 ，于是构成物体的再现，这就是波前再现。 按所用再现光源分类，全息图可分为激光再现全息图与白光再现全息图。由于乳胶 有一定的厚度(一般为几个pm)，同时它是透明的，故在其内部也存在着物光和参考光的 相互干涉，干涉条纹被记录下来，经过处理后得到复杂的三维衍射光栅。普通全息照相 收稿 日期：2008—08—27 基金项 目：宁夏回族 自治区教育厅 2006年教学改革项 目。 ·- — — 14 -·—— 时，参考光与物光波的夹角较小(约 30~～40~)，相互干涉而形成的干涉条纹稀疏，可以忽 略乳胶厚度效应，主要考虑参考光与物光波在乳胶表面形成的二维干涉条纹(等效二维衍 射光栅)。对于这样 的二维衍射光栅，如果用 白光再现全息图像，由于红橙黄绿蓝紫各色 光的衍射角度相差很小，各种颜色的全息像互相混叠，导致整个 图像模糊不清nj，只能看 到一个模糊的彩色光团，所 以，这种普通全息 图是不能用 白光再现的，只能用激光 (单色 光)再现全息图像。 1．2 白光再现全息原理 全息照片分为用薄乳胶制成的平面全息图和厚乳胶制成的体积全息图两类 。平面全 息图和体积全息图都有可能产生 白光再现。对于平面全息-l2J，当物体靠近记录介质或用 成像系统使物体像在记录介质附近时，线模糊量均为零，再现时用扩展光源照明或 白光照 明就能再现出清晰的像。对于体积全息图，从电动力学的观点可以得出：反射全息图角度 灵敏性差些 ，但波长灵敏性却很高。因此可以用单色相干光制作 的全息图片，用普通的自 光照射它实现波前再现。 因此，白光再现全息图片的制作法是物光和参考光分别从全息干版的两面进入乳胶 面，以保证大角度入射(参考光与物光波的夹角约为 180~)，同时银盐乳胶剂感光材料的透 过率约为30～50％，当控制拍摄物体和干版的距离使光程差很小，适合拍摄表面漫反射 强的物体。由于物光波具有复杂 的波前 ，不是平面波 ，所 以参考光和物光波的干涉极大 值，在显影后形成并非是和底版平行的银层面，得到的全息图是复杂的三维光栅。用再