1.全像光栅制作.PDF

1. 全像光柵製作 一、 目的： 本實驗是要以拍攝全像片的技術製作光柵，包括了下列幾項技巧： (1) 為曝光成所設計的光柵所需的理論計算與光路設計 (2) 拍攝全像片所需的光學系統設計、架設、光路校準 (3) 全像拍攝所須的暗室環境製作 (4) 底片的使用與曝光時間的測量 (5) 底片沖洗技術、沖洗所須的暗室環境製作 (6) 光柵的量測 (驗證理論計算結果) 二、原理： 全像術是 D. Gabor 於 1948年所提出的一種新的成像方法，他稱之為波前重 現。[Nature 161 , 777 (1948)] 後經 G. L. Rogers 、H. M. A. El-Sum 、A. Lohmann 、E. N. Leith 、J. Upatnieks 等人繼續努力研究以及雷射光的出現而 在六零年代獲得巨大的發展，並獲得 1971 年的諾貝爾獎。全像術的理論頗 為複雜，在此我們不做詳細討論。波前重現簡單說就是：若一物體的散射光 與一個波前整齊的相干參考光同時存在，則此物體散射出來的表面形狀波前 的振幅與相位就能被同時記錄下來。全像片上任何一個小點都記錄了整個影 像的空間訊息 。 圖一、兩束相干平面光照射到底片時之干涉關係 1 全像光柵的拍攝較全像片拍攝簡單，因其光學設備較簡單、拍攝變因較少、 也不必去考慮參考光與物光的亮度差別。全像光柵的製作只是利用兩束相干 的平面雷射光 (相同的入射角比較好計算) 照射到底片上，底片上會記錄下 亮暗相間的干涉條紋的影像 。兩相干光束必須為頻率相同、偏振態相同、相 位差恆定。底片沖洗出來後亮紋透光暗紋不透光，於是就成為高品質的透射 光柵。因光波長很短，全像光柵可以做到非常的密。 圖一是兩束相干平面光照射到底片時之干涉關係圖，兩光的入射角分別是 α 與 β 。圖中兩波的波前以細的實線表示，可看出底片上C 、D 、E 三點處必 為建設性干涉 ，而兩個建設性干涉點的中央必為破壞性干涉，也因此底片沖 洗出來的光柵條紋間距是 CD 或 DE 的距離。為求光柵條紋間距先算 XY ， 由圖一可看出 l l sin b a Ë XY XY sin b a b a AB b a l b a 又因：cos Ë AB XY cos cos 2 XY 2 sin b a 2 b a cos AB b a l 2 又因： cos Ë CD CD 2 sin b a b a cos 2 l 當 b a q 時： CD 2 sin q 於是得到波長、兩束光入射角與光柵條紋間距的關係式。此式也宣告了全像 方法