激光全息技术原理.docVIP

1. 全息照相和普通照相 全息照相和普通照相在原理和方法上都有本质的差别[4]。 普通照相是以几何光学原理为基础，利用透镜成像来记录各点的光强分布，所成像为二维平面图像，物象间关系是点点对应的，只要底片破损就不能重现图像。而且普通照相对外界环境要求不高，一般条件都能满足。 全息照相则不同，它以光的干涉、衍射等物理光学的规律为基础，引入适当的相干参考波，不仅记录了物光的振幅信息，而且也把在普通照相过程丢失的位相信息记录下来。在感光底板上得到的不是物体的像，而是物光与参考光的干涉条纹，这些条纹的明暗对比度、条纹的形状和疏密反映了物光波的振幅和相位分布。经过显影、定影处理后，变得到了一张全息图。它相当于一块复杂的光栅，只有在适当的光波照明下才能重建原来的物光波。全息照相得到的是三维立体的实像。物象之间的关系是点面对应的，全息图上每一点都记录了所有的物光信息，无论磨损还是残破，只要得到一小块儿全息图，就能把原来的物体真实再现出来。 当然，激光全息照相的拍摄要求也要比普通照相严格得多。首先，光源必须是相干光源，全息照相是根据光的干涉原理,因此要求光源必须具有很好的相干性[5]。激光的出现,为全息照提供了一个理想的光源。其次，全息照相系统要具有稳定性，由于全息底片上记录的是又细又密的干涉条纹,所以在照相过程中极小的干扰都会引起干涉条纹的模糊,甚至使干涉条纹无法记录，为此,要求全息实验台是防震的，全息台上的所有光学器件都用磁性材料牢固地吸在工作台面钢板上，另外,气流通过光路,声波干扰以及温度变化都会引起周围空气密度的变化，因此,在曝光时应该禁止大声喧哗,不能随意走动,保证整个实验室绝对安静。再次，物光和参考光的光程差应尽量小,最多不能超过2cm。还有，就是必须使用高分辨率的全息底片，因为全息照相底片上记录的是又细又密的干涉条纹,所以需要高分辨率的感光材料。普通照相用的感光底片由于银化物的颗粒较粗,每毫米只能记录50～100个条纹,激光全息干板其分辨率可达每毫米3000条,能满足全息照相的要求[6]。最后，全息照片的冲洗过程冲洗过程也是很关键的。总的来说，激光全息照相对条件的要求还是很苛刻的。 2. 菲涅耳全息 全息照相分为两步：波前的干涉记录和波前的衍射重建[7]。以菲涅耳全息为例，首先是波前的干涉记录，如图1就是菲涅耳全息照相的记录光路。 图1　全息照相的记录光路 如图，激光束通过快门后经过分束板分为两束：透射的一束经平面镜M2反射、扩束镜L2扩束后作为参考光投射到全息干板E上；反射的一束经平面镜M1反射、扩束镜L1扩束后照到被摄物上，再经过物体的漫反射作为物光束也投射到E上。整个光路光轴在同一个水平面上，光束通过各元件中心。物光与参考光夹角在45o左右。 黑暗中把全息干板夹在干板架上，使感光乳剂面朝向物光和参考光，静置一分钟后启动定时曝光器。取下干板，在暗室中显影，水洗后定影一段时间用水冲洗干净，最后晾干，全息图就制作好了。 下面说全息图的再现[8]，菲涅耳激光全息是用激光再现的。观察虚像的方法如图2所示：　 图2 虚像的观察 将制作好的全息图放回拍摄时原物体的位置，用参考光照射全息图，在全息图后面原物所在位置上可以观察到物体的虚像。 若要观察到原物体的实像，就要改用参考光的共轭光线来照射全息图，则可以用光屏在全息图后面接受到物的实像，如图3所示光路。 图3 实像的观察 3. 彩虹全息 彩虹全息术最初是由S.A.本顿提出的。它是用激光记录全息图，用白光透射再现。其基本特点是在记录系统中的适当位置上加入一个狭缝，限制再现光波，以降低像的色模糊。根据人眼是水平排列的特点，成像只有在水平方向有视差效应。彩虹全息保留了水平方向的物体信息，牺牲垂直方向的物体信息，从而可以降低对照明光源的时间相干性的要求。它将不同波长的光沿着垂直方向色散开来，在不同的高度可以看到不同颜色的假彩色立体再现像。 由于狭缝的作用，眼睛在不同位置将会看到不同颜色的像，特别是当观察点的位置连续改变时，就会看到像的颜色发生连续变化，如雨后天空中的彩虹一样，因而成为彩虹全息。彩虹全息的衍射光有会聚性能，再现像的亮度较高。采用白光照明光源，可以避免相干散斑纹效应引起的噪声影响。 彩虹全息图是在物体实像附近记录的。根据产生实像的方法不同可分为一步法彩虹全息术和二步法彩虹全息术。二步法彩虹全息术的实像是由作为母片的一般全息图产生的，而一步法彩虹全息术的实像是由成像透镜产生的。