透射式与反射式全息照相研究

透射式与反射式全息照相研究

摘要：本文在对全息术的特点和原理进行了概括性的阐述基础上，详细介绍了透射式与反射式全息照相的实验原理，并进行了实验研究。

关键词：透射式全息照相反射式全息照相

80年代初，法国全息摄影展在世界各地展览，人们欣赏到了神奇莫测的全息摄影。墙头上，看来明明伸出了一只水龙头，举手前去拧一下，结果是抓了个空；一只境况，里面没有什么图像，可是当一束光射过来，框里就出现一位美丽的姑娘，她缓慢地摘下眼镜，正向人微笑致意；一只玻璃罩，里面空无一物，可是，在光的照射下，罩里马上现出了维纳斯像；在镜框上，玻璃罩内，图像还在不断的变化。这就是利用全息摄像原理拍摄的全息图片

1全息照相特点

全息照相一共有三个特点：(1)能贮存物体光波全部信息，得到物体的立体像，如果从不同角度去观察再现的全息图，就可以看到物体不同的侧面。(2)全息照相不怕擦伤、沾污、破碎，剩下一小片全息片仍然保留着物体光波的全部信息。(3)同一张底片上可贮存许多波面，即可多次曝光，照许多幅像。这个可用两种方式进行:一种是照射光波方向不变，在同一底片上重叠多次曝光，再现时，这多个波面同时再现出来，形成反映物体位相或形状特点的干涉条纹，这是构成全息干涉计量的理论基础。另一种方式是改变照射光角度，拍多幅像，再现时，可转动底片，观察原来被拍摄的各物体[1]。

2全息照相原理

光密度可用下式来表示：K

γ这里γ为干板及显影处理的性质，称

D+

E

=lg

为H-D曲线线性区得斜率，K是常数。

图2.2菲涅尔全息光路图 图2.3坐标系

本文主要针对菲涅尔全息图进行研究和分析。图2.2为一般拍摄菲涅尔全息图的光路图，其中，S 是激光器，P 是分束镜，O 是物体，L 是扩束镜。为了说明全息图的形成过程，我们只取物体上的一个发光点O ，并取全息干板平面Oxy 为坐标平面，如图2.3所示，设物点O 的坐标和参考点R 的坐标分别为(xO ，yO ，zO)和(xR ，yR ，zR)，则在Oxy 平面上物光的复振幅分布为

00(,)(,)exp[(,)]O x y O x y j x y φ=

(1)

在Oxy 平面上参考光的复振幅分布为

0(,)(,)exp[(,)]R R x y R x y j x y φ=

(2)

参考光波和物光波在Oxy 平面上干涉叠加后的光强为

*****2

20

000()()2cos()

R I O R O R OO RR OR RO O R O R φφ=++=+++=++-

(3)

可用作全息记录的感光材料很多，一般最常用的是卤化银乳胶途布得超微粒干板，称为全息干板，按图2.2拍摄的全息图也叫做平面全息图，我们用振幅透射率来表示其特性，一般它是一个复函数，具体形式为

0(,)(,)exp[(,)]H x y x y j x y ττψ=

(4)

在(1)式中，如果ψ与(x ，y)无关，是一个常数，就称为振幅型全息图。如果

0τ与(x ，y)无关，是一个常数，就称为相位型全息图。如果两者都与(x ，y)有关，就称为混合型全息图。

H

H .0.1

图2.4干板特性

全息照相干板的特性可以用图2.4所示的曲线来表示。其中，τ为振幅透射系数，H 为曝光量。因为在τ-H 曲线上，只有中间一段近似为直线，所以对于不同的曝光量，就可以完成不同的记录。一般记录时取曝光量在HO 的位置。在线性记录的条件下有

00H H tI τββββ=+=+ (5)

t 为曝光时间，I 为总光强，0β和β为常数。β等于图3中线性区得斜率。将光强公式带入(5)式中，便可得到拍好的全息图的复振幅透射率。

2200

0000[2cos()]H t R O R O R τββφφ=+++- (6)

设再现用的照相光波在Oxy 平面上的分布为

0(,)(,)e x p [(,)]c C x y C x y j x y φ=

(7)

此再现光波经过全息图后衍射波的复振幅分布为

2200000[2cos()]H t R C C O R O R ττβφφ==++-

(8)

考察(8)式的第二项(由于第一项较小，大多数情况下可以忽略)，可以认为

22**00()CI C O R COR CR O τ∞=+++

(9)

(9)式为全息照相的基本公式，其中第一项代表直射光，第二项代表原始像，第三项代表共轭像。对有许多物点组成的物体，该式中123O O O O =+++Λ，于是有

2*****

01122121323O O O O O O O O O O O =++Λ++++Λ

(10)

从激光器发出的一束光，被分束镜分成频率相同，振动方向相同的两束光，一束照射到物体上由物体漫反射到干板上，称之为物体光束。另一束直接射到干板(或诚底片)上。这两束光形成一定的角度，在干板上相遇，光程差小于激光的相干长度，这就是我们普通讲的干涉原理，经过显影、定影、水洗、凉干…….等处理。干板上得黑白反差，就是物体的振幅信息，干板的干涉花样是物体的位相信息[2]。

3实验研究

实验仪器及用具：激光器(40mw)一台、扩束镜2个、载物台1个、分束镜1个、小物体1个、毛玻璃1块、反射镜2个、干板甲1个、二维整架5个、通用底座8个、米尺1个、量角器1个、一元硬币1枚.

实验内容：