離軸全息實驗的Matlab Gui仿真

成純富 歐藝文 方照東 陳嘉軒 陳澤浩 楊張永

【摘要】本文介紹了離軸全息實驗的基本原理，利用Matlab Gui對離軸全息實驗進行了仿真，分析了物光與x，y軸夾角、成像距離和衍射面尺寸對離軸全息再現(xiàn)像質(zhì)量的影響。

【關(guān)鍵詞】離軸全息實驗 Matlab Gui 再現(xiàn)像

【中圖分類號】TB864 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）12-0250-01

一、引言

為了消除同軸全息圖中孿生像的相互干擾，1962年密執(zhí)安大學(xué)雷達實驗室的利思和烏帕特立克斯提出了離軸全息圖。由于離軸全息實現(xiàn)了零級像，原始像和共軛像的分離，從而大大提高了再現(xiàn)像的清晰度。且1960年激光的出現(xiàn)為全息技術(shù)提供了高相干度的光源，這樣一來，全息技術(shù)的兩大難題均已攻克，從而使得全息技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。

在離軸全息記錄與再現(xiàn)的實驗中，所涉及到的實驗器件較多，光路調(diào)整也較麻煩。因此，為了使學(xué)生更加方便地理解實驗原理和觀測實驗現(xiàn)象，許多研究小組對離軸全息開展了Matlab仿真 [1]，并取得了一定的效果。為了實現(xiàn)更加直觀、方便的效果，本文將開展基于Matlab Gui的離軸全息的仿真。

二、離軸全息實驗的基本原理

離軸全息主要包含記錄和再現(xiàn)這兩個步驟。記錄時物光和參考光需以一定的夾角照到記錄介質(zhì)上，為了能使原始像和共軛像從零級像中分離出來，且原始像和共軛像不產(chǎn)生相互干擾，物光與參考光的夾角需滿足公式（1）。

θmin≥arcsin（3Bλ） （1）

式中，B為物光場頻譜的帶寬，λ為記錄激光的波長。為了得到清晰的現(xiàn)象像，通常，夾角選擇30-60度，為了方便調(diào)整光路，一般選擇45度。

再現(xiàn)時通常選擇垂直入射的平面波進行照明再現(xiàn)。由于參考光、物光以一定的夾角照到記錄介質(zhì)上，所以再現(xiàn)時零級像、原始像和共軛像分別在不同方向出現(xiàn)而彼此分離，從而克服了同軸全息中三像重疊問題。

三、離軸全息實驗的Matlab Gui仿真

在離軸全息實驗原理的基礎(chǔ)上，我們利用Matlab Gui實現(xiàn)了離軸全息的記錄與再現(xiàn)的仿真，仿真界面如圖1所示。由圖1可以看出：仿真界面包括視頻介紹、記錄和再現(xiàn)原理示意圖以及3個主要參數(shù)對離軸全息再現(xiàn)像質(zhì)量的影響。視頻介紹主要介紹實驗的基本原理、光路設(shè)計步驟及注意事項、Matlab Gui的仿真步驟和關(guān)鍵技術(shù)細節(jié)等。視頻介紹對于加深學(xué)生理解離軸全息的實驗原理和激發(fā)學(xué)生編程興趣具有積極意義。

仿真結(jié)果表明：當(dāng)衍射面尺寸和成像距離不變時，全息圖隨著物光與x，y軸夾角的增大而越來越大，包含的信息也越來越多，當(dāng)物光垂直照射時，所得到的全息圖的效果最好，基本上包含了物體的所有信息，用此時的全息圖來得到的再現(xiàn)像的質(zhì)量也最好。當(dāng)成像距離和物光與x，y軸夾角不變時，隨著衍射面尺寸的增大，0級像和正負一級像靠得越來越近，影響了再現(xiàn)像的質(zhì)量；當(dāng)衍射面尺寸和物光與x，y軸夾角一定時，隨著成像距離的增大，0級像和±1級像的尺寸反而變小而逐漸變得模糊。

四、結(jié)論

本文在對離軸全息實驗基本原理進行理論分析的基礎(chǔ)上，運用Matlab Gui軟件實現(xiàn)了離軸全息的記錄與再現(xiàn)。通過Matlab Gui仿真能省去了搭建相關(guān)實驗平臺的繁瑣，也能更加精確、直觀的得到實驗結(jié)果，這對于促進學(xué)生理解實驗的基本原理和激發(fā)學(xué)生的編程興趣具有積極意義。

參考文獻：

[1]陳寧.數(shù)字全息技術(shù)研究[D]. 暨南大學(xué)，2004.