透射式與反射式全息照相研究

邊偉

【摘 要】本文在對(duì)全息術(shù)的特點(diǎn)和原理進(jìn)行了概括性的闡述基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了透射式與反射式全息照相的實(shí)驗(yàn)原理，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。

【關(guān)鍵詞】透射式全息照相；反射式全息照相；實(shí)驗(yàn)研究

20世紀(jì)80年代初，法國(guó)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(jié)果是抓了個(gè)空；一只鏡框，里面沒(méi)有什么圖像，當(dāng)一束光射過(guò)來(lái)，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(wú)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(diǎn)

全息照相一共有三個(gè)特點(diǎn)：（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(cè)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(gè)可用兩種方式進(jìn)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(shí)，這多個(gè)波面同時(shí)再現(xiàn)出來(lái)，形成反映物體位相或形狀特點(diǎn)的干涉條紋，這是構(gòu)成全息干涉計(jì)量的理論基礎(chǔ)。另一種方式是改變照射光角度，拍多幅像，再現(xiàn)時(shí)，可轉(zhuǎn)動(dòng)底片，觀察原來(lái)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(zhì)。為了說(shuō)明全息圖的形成過(guò)程，我們只取物體上的一個(gè)發(fā)光點(diǎn)O，并取全息干板平面Oxy為坐標(biāo)平面，設(shè)物點(diǎn)O的坐標(biāo)和參考點(diǎn)R的坐標(biāo)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(chēng)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(lái)表示其特性，一般它是一個(gè)復(fù)函數(shù)，如果ψ與（x，y）無(wú)關(guān)，是一個(gè)常數(shù)，就稱(chēng)為振幅型全息圖。如果τ0與（x，y）無(wú)關(guān)，是一個(gè)常數(shù)，就稱(chēng)為相位型全息圖。如果兩者都與（x，y）有關(guān)，就稱(chēng)為混合型全息圖。因?yàn)樵讦?H曲線上，只有中間一段近似為直線，所以對(duì)于不同的曝光量，就可以完成不同的記錄。一般記錄時(shí)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(dòng)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(chēng)之為物體光束。另一束直接射到干板（或誠(chéng)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(zhǎng)度，這就是我們普通講的干涉原理，經(jīng)過(guò)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(shí)驗(yàn)研究

實(shí)驗(yàn)儀器及用具：激光器一臺(tái)、擴(kuò)束鏡2個(gè)、載物臺(tái)1個(gè)、分束鏡1個(gè)、小物體1個(gè)、毛玻璃1塊、反射鏡2個(gè)、干板甲1個(gè)、二維整架5個(gè)、通用底座8個(gè)。

3.1 反射式全息照相實(shí)驗(yàn)

激光細(xì)光束經(jīng)擴(kuò)束鏡L擴(kuò)束后照射在全息干板上作為參考光，透過(guò)干板的光照明物體，經(jīng)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(guò)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(shí)驗(yàn)步驟：（1）選擇合適的目標(biāo)。由于光束比無(wú)法通過(guò)光路來(lái)調(diào)整，故應(yīng)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(biāo)；（2）調(diào)整光路。物體用橡皮泥固定在載物臺(tái)上，全息干板也夾持在載物臺(tái)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(duì)象目標(biāo)。穩(wěn)定一分鐘后取消遮擋激光曝光10-20秒；（4）經(jīng)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(shí)驗(yàn)

激光器輸出的細(xì)激光束經(jīng)反射鏡反射后被分束鏡分成兩束：反射的一束經(jīng)反射鏡再次反射并經(jīng)擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后，照在全息干板上；透射的一束由反射鏡反射折轉(zhuǎn)，再經(jīng)過(guò)擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后照明物體，經(jīng)物體漫反射形成的物光束也到達(dá)全息干板上。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）按實(shí)驗(yàn)光路圖布置各元件并調(diào)好光路，注意應(yīng)使到達(dá)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(guò)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(qiáng)比4：1-10：1的范圍內(nèi)，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(qiáng)比，當(dāng)感覺(jué)參考光的平均光強(qiáng)稍微超過(guò)物光的平均光強(qiáng)而又相差不大時(shí)即可；（3）遮擋激光束，安裝全息干板然后進(jìn)行曝光，曝光時(shí)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(jié)束語(yǔ)

在顯影和定影的溶液配制上的略微不精確也會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)效果產(chǎn)生微小的影響，這里出現(xiàn)了時(shí)間上的影響。基于這個(gè)時(shí)間比較難以用估計(jì)的方法掌握，所以本次實(shí)驗(yàn)采用計(jì)時(shí)器來(lái)計(jì)時(shí)，這樣就難免有了一點(diǎn)光亮，不是在絕對(duì)的暗室里實(shí)驗(yàn)，這些都是影響實(shí)驗(yàn)后的照片效果的主要因素。

【參考文獻(xiàn)】

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

[2]楊俊才.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教程[M].國(guó)防科技大學(xué)出版社，1994，3（3）：207-210.

[責(zé)任編輯：丁艷]