像面全息图的制作实验

实验二 像面全息图的制作

一、实验目的

1．掌握像面全息图的记录和再现原理，学会制作像面全息图。

2．观察像面全息图的再现像，比较其与普通三维全息图的不同之处。

3．分析离焦量对像面全息图再现像清晰度的影响。

二、实验原理

像面全息图或称聚焦像全息图。将物体靠近全息记录介质，或利用成像系统将物体成像在记录介质附近，再引入一束与之相干的参考光束，即可制作像全息图。当物体紧贴记录介质或物体的像跨立在记录介质表面上时，得到的全息图称为像面全息图。因此，像面全息图是像全息图的一种特例。

根据菲涅耳点源全息图理论，再现光源宽度的影响:

i i p p

z x x z ∆=∆ （2-1） 式（2-1）中，i x ∆为再现象在x 方向的展宽，p x ∆为再现光源在x 方向的宽度，i p z z 、分别为再现象、再现光源与全息图之间的距离；而再现光源光谱宽度的影响:

0210()r i i r

x x x z z z λλ∆∆=±- （2-2） 式（2-2）中，2λ∆为再现光源光谱宽度，1λ为拍摄全息图时激光的波长，0r x x 、分别为物

体和参考光源与全息图平面在x 方向的距离，

0r z z 、分别为物体和参考光源与全息图平面在Z 方向的距离，当000i z z →⇒→, 此时0i x ∆→i x ∆, 可克服上述二种影响，因此 可用白光再现。

像面全息图的特点是可以用宽光源和白光再现。对于普通的全息图，当用点光源再现时，物上的一个点的再现像仍是一个像点。若照明光源的线度增大，像的线度也随之增大，从而产生线模糊。计算表明，记录时物体愈靠近全息图平面，对再现光源的线度要求就愈低。当物体或物体的像位于全息图平面上时。再现光源的线度将不受限制。这就是像面全息图可以用宽光源再现的原因。

全息图可以看成是很多基元全息图的叠加，具有光栅结构。当用白光照明时，再现光的方向因波长而异，故再现像点的位置也随波长而变化，其变化量取决于物体到全息图平面的距离。可见，各波长的再现像将相互错开又交叠在一起，从而使像变得模糊不清，产生色模糊。当全息干板处于离焦位置(即不在成像面上)时，再现像的清晰度将下降。离焦量越大，再现像就越模糊不清。然而，像面全息图的特征，是物体或物体的像位于全息图平面上，因

而再现像也位于全息图平面上。此时，即使再现照明光的方向改变，像的位置也不发生变化，只是看起来颜色有所变化罢了。这就是像面全息图可以用白光照明再现的原因所在。

应当注意，像面全息图的像不象普通全息图那样冗余地编码，而是局部地编码在全息图上，因此，再现时照明光束必须照到整个全息图才能把像完整地再现出来。此外．由于像面全息图本身的特征限制了物体的三维特性，故它仅具有有限的景深。

如果在本实验中，参考光不是从全息干板的乳剂面入射，而是从全息干板的背面入射，则所得到的全息图既是像面全息图，又是反射全息图，称之为反射像面全息图。反射像面全息图具有反射全息图的特性，当用自光再现时，随着入射角的不同，再现像将呈现不同的颜色。

三、实验光路与内容

像面全息图有多种光路，介绍以下两种常用的光路：

参考光路一：

光路说明：像面全息图的记录光路如图2-1所示。激光器L a发出的激光束经反射镜M1折转后被分束镜BS分成两束：透过BS的光束经反射镜M2反射后被扩束镜L01扩束并照明物体（物体可用硬币或小瓷物），物体被镜头L成像在全息干板上构成物光；被BS反射的一束光经反射镜M3，反射后被扩束镜L02扩束并照明全息干板H，作为参考光。由于全息干板位于像面上，故记录的是像面全息图。

图2-1 像面全息图记录光路一

L a——激光器；M1~M3——反射镜；K——光电开关；BS——分束镜；

L——镜头；L01、L02——扩束镜；H——全息干板

参考光路二：

光路说明：图2-2也是一种像面全息的记录光路．激光束通过曝光定时器的光开半之后，至分束器BS，反射光束又被平面镜M1反射，经过扩束器L01扩束后照亮物体，该物体由透镜L成像在全息感光板H上；而透过BS的光束被平面镜M2反射，再被扩束器L02扩束，作为参考光束到达H，与物光束相干，记录于感光乳胶层。

图2-2 像面全息图记录光路二

L a——激光器；M1、M2——反射镜；K——光电开关；BS——分束镜；

L——镜头；L01、L02——扩束镜；H——全息干板

四、实验仪器

光学平台，He-Ne激光器，溴钨灯，曝光定时器，薄透镜，反射镜，光电开关，分束镜，扩束镜，全息干板，小物品，载物台，安全灯，直尺，细线，小白屏；

五、实验步骤

1．选择元件

根据光路图选择合适的光学元件及镜架。BS最好采用分束比可连续调节的渐变分束镜。成像透镜L选用大相对孔径的照明物镜，以增大物光强度和再现像的清晰范围。

2．调整光路

选择其中一条光路按照光路图拼搭和调整光路。通过移动反射镜调整参考光的光程，使参考光与物光的光程差接近于零。物光与参考光的夹角不要太大，一般在30~40°之间。全息干板H应位于物体的共轭面(即成像面)上。物体像的大小可通过调整物体和全息干板的位置来控制。最好将物体置于两倍焦距处，使之1:1成像。以防止像的失真。

3．调整光束比

根据物体的反射性能，通过调节分束镜BS，使参考光与物光的光束比为2:l~4:l。

4．曝光记录

在暗室中裁片、装架，稳定一分钟后进行曝光。曝光时间10s左右，显影时间与定影时间可根据室温相应调整，即得到吸收型像面全息图。

5．漂白处理

为了提高衍射效率，用R10漂白液(A液、B液l：l配制)进行漂白处理，把黑色部分消除后再稍做浸泡，水洗数分钟后凉干，即得到相位型像面全息图。

6．像全息图再现像的观察

本实验光路采用发散的球面波作为参考光照明记录，再现时可以用一个灯丝稍集中的溴