透射式與反射式全息照相研究

邊偉

【摘 要】本文在對全息術的特點和原理進行了概括性的闡述基礎上，詳細介紹了透射式與反射式全息照相的實驗原理，并進行了實驗研究。

【關鍵詞】透射式全息照相；反射式全息照相；實驗研究

20世紀80年代初，法國全息攝影展在世界各地展覽。墻頭上，明明伸出一只水龍頭，舉手前去擰一下，結果是抓了個空；一只鏡框，里面沒有什么圖像，當一束光射過來，框里就出現(xiàn)一位美麗的姑娘，她緩慢地摘下眼鏡，正向人微笑致意；一只玻璃罩，里面空無一物，在光的照射下，罩里馬上現(xiàn)出了維納斯像；這就是利用全息攝像原理拍攝的全息圖片。

1 全息照相特點

全息照相一共有三個特點：（1）能貯存物體光波全部信息，得到物體的立體像，如果從不同角度去觀察再現(xiàn)的全息圖，就可以看到物體不同的側面；（2）全息照相不怕擦傷、沾污、破碎，剩下一小片全息片仍然保留著物體光波的全部信息；（3）同一張底片上可貯存許多波面，即可多次曝光，照許多幅像。這個可用兩種方式進行：一種是照射光波方向不變，在同一底片上重疊多次曝光，再現(xiàn)時，這多個波面同時再現(xiàn)出來，形成反映物體位相或形狀特點的干涉條紋，這是構成全息干涉計量的理論基礎。另一種方式是改變照射光角度，拍多幅像，再現(xiàn)時，可轉動底片，觀察原來被拍攝的各物體[1]。

2 全息照相原理

光密度：D=γlgE+K，γ為干板及顯影處理的性質。為了說明全息圖的形成過程，我們只取物體上的一個發(fā)光點O，并取全息干板平面Oxy為坐標平面，設物點O的坐標和參考點R的坐標分別為（xO，yO，zO）和（xR，yR，zR），可用作全息記錄的感光材料很多，一般最常用的是鹵化銀乳膠途布得超微粒干板，稱為全息干板，拍攝的全息圖也叫做平面全息圖，我們用振幅透射率來表示其特性，一般它是一個復函數(shù)，如果ψ與（x，y）無關，是一個常數(shù)，就稱為振幅型全息圖。如果τ0與（x，y）無關，是一個常數(shù)，就稱為相位型全息圖。如果兩者都與（x，y）有關，就稱為混合型全息圖。因為在τ-H曲線上，只有中間一段近似為直線，所以對于不同的曝光量，就可以完成不同的記錄。一般記錄時取曝光量在HO的位置。從激光器發(fā)出的一束光，被分束鏡分成頻率相同，振動方向相同的兩束光，一束照射到物體上由物體漫反射到干板上，稱之為物體光束。另一束直接射到干板（或誠底片）上。這兩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長度，這就是我們普通講的干涉原理，經過顯影、定影、水洗、涼干……等處理。干板上得黑白反差，就是物體的振幅信息，干板的干涉花樣是物體的位相信息[2]。

3 實驗研究

實驗儀器及用具：激光器一臺、擴束鏡2個、載物臺1個、分束鏡1個、小物體1個、毛玻璃1塊、反射鏡2個、干板甲1個、二維整架5個、通用底座8個。

3.1 反射式全息照相實驗

激光細光束經擴束鏡L擴束后照射在全息干板上作為參考光，透過干板的光照明物體，經物體漫反射的光成為物光，干板的乳膠面向著物體，由于乳膠感光材料的透過率為30%-50%，若物體的反射率較高，光束比能滿足全息圖的記錄條件。

實驗步驟：（1）選擇合適的目標。由于光束比無法通過光路來調整，故應選擇表面具有較高反射率且具有一定漫射性的物體作為目標；（2）調整光路。物體用橡皮泥固定在載物臺上，全息干板也夾持在載物臺上，為得到較高的衍射效率，物體與干板之間的距離不能太大，一般不大于1cm；（3）將激光器出射的激光遮擋住，裝夾好全息干板，使乳膠面對象目標。穩(wěn)定一分鐘后取消遮擋激光曝光10-20秒；（4）經沖洗吹干的全息干板在白光下反射再現(xiàn)，在一定的角度下可看到綠色的再現(xiàn)像，再現(xiàn)像變成綠色是由于乳膠層收縮所致。

3.2 透射式全息照相實驗

激光器輸出的細激光束經反射鏡反射后被分束鏡分成兩束：反射的一束經反射鏡再次反射并經擴束鏡擴束后，照在全息干板上；透射的一束由反射鏡反射折轉，再經過擴束鏡擴束后照明物體，經物體漫反射形成的物光束也到達全息干板上。

實驗步驟：（1）按實驗光路圖布置各元件并調好光路，注意應使到達全息干板的物光和參考光的光程差盡量小，并且被攝物體與全息干板之間的距離不超過10cm，物光與參考光的夾角控制在30-40度之間；（2）參考光與物光在全息干板處的光強比4：1-10：1的范圍內，可分別遮擋參考光及物光，直接用人眼觀察在光屏上兩者的光強比，當感覺參考光的平均光強稍微超過物光的平均光強而又相差不大時即可；（3）遮擋激光束，安裝全息干板然后進行曝光，曝光時間在5秒左右；（4）將干板沖洗吹干后放回原底版架上，擋去物光，移去原物，便可在原物位置上顯現(xiàn)出與原物同等大小的三維立體像。

4 結束語

在顯影和定影的溶液配制上的略微不精確也會對實驗效果產生微小的影響，這里出現(xiàn)了時間上的影響?；谶@個時間比較難以用估計的方法掌握，所以本次實驗采用計時器來計時，這樣就難免有了一點光亮，不是在絕對的暗室里實驗，這些都是影響實驗后的照片效果的主要因素。

【參考文獻】

[1]周岳明.《光學》自學輔導材料（五）光的偏振[J].大學物理，1986，14（8）：243-261.

[2]楊俊才.大學物理實驗教程[M].國防科技大學出版社，1994，3（3）：207-210.

[責任編輯：丁艷]