激光全息照相實(shí)驗(yàn)的技巧探究

郇梓堉

（中國(guó)人民大學(xué)附屬中學(xué)，北京 100080）

1 激光全息照相實(shí)驗(yàn)分析

在激光全息照相實(shí)驗(yàn)中，我們可以看到光波的所有信息，其中就包括振幅和位相的信息。全息照相跟普通的照相不一樣，通過全息照相，可以獲取到三維的圖像，這種圖像是立體化的而不是平面化的。全息照相實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜻M(jìn)行的一個(gè)重要的原理就是“干涉記錄，衍射再現(xiàn)”。通過對(duì)全息進(jìn)行分析，可知其中的干涉條紋是十分細(xì)密的。在實(shí)驗(yàn)曝光時(shí)，如果實(shí)驗(yàn)儀器發(fā)生非常小的位移或者振動(dòng)，就會(huì)使最后實(shí)驗(yàn)得到的條紋不清晰，有時(shí)難以將條紋全部記錄，更不用說獲得高質(zhì)量的圖像了。所以，為了對(duì)全息照相實(shí)驗(yàn)成功率進(jìn)行提升，就必須對(duì)全息照相實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)。為此，本文特意研究了制作了一個(gè)可以自由控制曝光開關(guān)的定時(shí)器，通過這個(gè)定時(shí)器，再加上下面的幾條措施，可以提高激光全息照相實(shí)驗(yàn)成功率。

圖1 全息照相實(shí)驗(yàn)光路及自動(dòng)控制定時(shí)器連接示意圖

2 提高激光全息照相實(shí)驗(yàn)成功率的詳細(xì)措施

2.1 提高拍攝系統(tǒng)的穩(wěn)定性

在全息實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，為了保障拍攝系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可以使用磁性材料將光學(xué)器件吸附在工作臺(tái)上。不僅如此，還需要使各個(gè)光學(xué)元件的夾持保持非常穩(wěn)定的狀態(tài)。被照射物體有兩種固定方法，一種方法是使用粘膠粘在載物臺(tái)上，另外一種方法將被照物體夾在架子上。曝光定時(shí)器與實(shí)驗(yàn)裝置隔開一段距離，這樣放置才能保障實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性。另外，還有一個(gè)不可忽視的因素就是氣流對(duì)光路的影響。不僅如此，當(dāng)外界有聲音發(fā)出時(shí)，聲波會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)變化產(chǎn)生干擾。除此之外，還必須考慮溫度的改變對(duì)空氣密度造成的影響。所以，我們?cè)跍?zhǔn)備實(shí)驗(yàn)之前，實(shí)驗(yàn)人員要跟全息臺(tái)保持足夠遠(yuǎn)的距離，在保持安靜3分鐘之后，我們可以開曝光定時(shí)器。在實(shí)驗(yàn)期間，所有實(shí)驗(yàn)人員保持安靜，不能隨意走動(dòng)和發(fā)出聲音。在保持安靜狀態(tài)后二十秒，實(shí)驗(yàn)人員就可以取下干板，然后將干板用黑色紙張包裹好，這樣做的目的是避免光線對(duì)干板產(chǎn)生影響。

2.2 調(diào)整光路的技巧

首先，我們需要將各個(gè)元件的光路設(shè)置好。在設(shè)置的過程中，將元件按圖1所示的光路大致擺放在合適的位置，然后再進(jìn)行微調(diào)，最終使各個(gè)光束滿足實(shí)驗(yàn)的要求。其次，測(cè)量好光程，所謂的光程就是指物光和參考光之間的距離，在這個(gè)過程中，需要控制好光程差小于1厘米。再次，選擇好夾角。在本激光全息照相實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)證明，20～30°的夾角是最佳的選擇。最后，最光強(qiáng)比進(jìn)行合理的控制，為了使實(shí)驗(yàn)的效果更好，需要加強(qiáng)參考光的強(qiáng)度。

2.3 拍攝全息圖及再現(xiàn)觀察

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，需要經(jīng)歷這幾個(gè)步驟：第一，上底片拍照。第二，設(shè)置好曝光時(shí)間。第三，設(shè)置好顯影時(shí)間。第四，再現(xiàn)觀察。在上底片拍照這個(gè)步驟中，需要保持室內(nèi)全暗的環(huán)境。需要注意的是，在室內(nèi)全暗之前，我們需要分辨好全息干板的藥膜面和玻璃面，一個(gè)簡(jiǎn)單的辨別方法是用手指摸干板兩個(gè)面，其中較為光滑的一面是玻璃面。然后，將白屏卸下來，將干板的藥膜面朝向被拍攝物體，并將其與干板架子固定在一起。對(duì)于曝光時(shí)間，這個(gè)就需要根據(jù)光源的功率來定了，如果光源的功率較大，那么曝光的時(shí)間就可以適當(dāng)縮短。通過多次實(shí)驗(yàn)表明，三到四分鐘是一個(gè)較為合理的曝光時(shí)間。那么，接下來如何設(shè)置顯影時(shí)間呢，這就需要對(duì)曝光量和顯影液的溫度、濃度等因素進(jìn)行全面考慮了。如果實(shí)驗(yàn)曝光量處于正常狀態(tài)，可以使用D-19顯影液（全息用的高反差強(qiáng)力顯影液），溫度保持在20攝氏度即可，顯影的時(shí)間控制在20秒以內(nèi)即可。如果溫度較高，那么干板很容易變成黑色，但是顯影的時(shí)間最好不要大于三分鐘為宜。在第四個(gè)步驟再現(xiàn)觀察的過程中，務(wù)必使處理好的全息底片放置在光路中觀察，再現(xiàn)觀察的時(shí)候，可以借助強(qiáng)光來照射全息圖，這樣就能夠在更明亮的光線環(huán)境中獲得更好的實(shí)驗(yàn)效果。

3 結(jié)束語(yǔ)

以往，激光全息照相實(shí)驗(yàn)的成功率不到20%。通過以上實(shí)驗(yàn)技巧，現(xiàn)在可以將成功率提高百分之七十左右。因此，研究激光全息照相實(shí)驗(yàn)技巧的意義極大。