淺析光纖全息照相技術

摘 要：全息照相是利用光的干涉現象來實現的，它用激光作為光源，通過全息記錄和再現過程實現。全息照相與普通照相相比有著許多顯著的優點，它既記錄光波的振幅，又記錄位相的全部信息。另外還相應的出現了微波全息、X光全息和超聲全息等新技術，全息技術已發展成為亟待光學的一個新領域。本文主要介紹了全息照相的原理及全息照片的獲取方法。

關鍵詞：全息照相；光干涉；激光

中圖分類號：O438.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 24-0000-01

一、全息照相概述

所謂全息照片就是一種記錄被攝物體反射（或透射）光波中全部信息的先進照相技術。光學全息照相是通過三維物體進行全息照相并再現其立體圖像。本文是通過兩支光纖來傳輸激光而實現兩束光進行干涉，從而在干板上形成干涉，而達到感光。全息照片不用一般的照相機，而是用一臺激光器。激光束用分光鏡一分為二，其中一束照到被拍攝的景物上。另一束直接照到感光膠片即全息干板上。當光束被物體反射后，其反射光束也照射在膠片上，就完成了全息照相的攝制全過程。

二、全息照片的獲得

普通的照相方法只能記錄物體表面各點發出的光或反射的光的振幅（強度）分布，不能記錄光波的相位信息，所以只能顯現出被攝物體的平面像，不能反映被攝物體表面凹凸及遠近的差別，所以并沒有立體感。全息照相則是利用光的干涉把光波的振幅和相位信息同時記錄在感光底板上，所以可以再現出被攝物體的立體圖像。全息照相的相干光波可以是平面波，亦可以是球面波。本文以平面波為例淺析說明全息照相的形成原理。這里要提出的是兩列波相干涉必須是同頻率的相干平面單色光波。而同長度的并列的雙路光纖能很好傳輸同一個激光器射出的光波，很容易實現這一干涉條件。

光干涉的理論分析指出，干涉圖像中亮條紋和暗條紋之間亮暗程度的差異（反差），主要取決于參與干涉的兩束光的強度（振幅的平方），而干涉條紋的疏密程度則取決于這兩束光位相的差別（光程差）。全息照相就是采用干涉方法，以干涉條紋的形式記錄物光波的全部信息。由于利用光的干涉進行全息記錄，就要求光源滿足相干的條件。一般使用相干性極好的激光作為光源拍攝全息照片的光路如圖1所示。

圖1 全息照相裝置圖

由圖1可以看出，從激光器出來的光線，經過光纖的固定端進入兩條光纖。一條是作物光，照射在物體上后再反射到干板上；另一條是參考光直接投射到干板上，將在干板上產生干涉。兩根光纖的固定端與激光器耦合，兩根光纖的自由端出射均勻的圓光斑，出射物光與參考光線的光強比，可以通過調節耦合處光纖端面與激光束的相對位置來實現。根據物體反射光的強弱，可以選擇物光與參考光之比大致在4：1至10：1之間。由于兩條光纖長度相同，因此只需要考慮光在空氣中傳播的距離，以控制兩路光線的光程差。曝光時間大約為10秒左右，經過顯影、定影處理后，就成為全息照片。全息照片要在物光纖的出射光束下才能再現，即可看到清晰地全息圖。為了提高觀察效果，這時可以把激光束盡可能耦合進物光纖中射到全息圖上，進行觀察。

三、全息照片的獲取過程分析

首先要強調的是全息照片必須在暗室中進行。除曝光定時器電源外，其他儀器及附件均放在同一個全息臺（或較穩定的桌子）上。接下來打開激光器，出現激光。然后將光快門的連線接到曝光定時器的接線柱上，打開定時器的開關，調節曝光時間并按下復位按鈕；將定時、對焦開關倒向對焦。此時快門打開，調節快門高低及左右使激光很好的穿過快門。然后擺好各支架位置，在干板架放上一毛玻片（相當干板）。再將光纖固定端及底座移至快門處，調節光纖固定端的高低使激光通入光纖，并且使耦合出兩束光的需要比。調節光纖自由端的位向，使參考光投射到毛玻璃中心處。參考光纖自由端到干板處的距離宜控制在10cm～16cm內，物光纖頭到物距離宜控制在8cm～14cm。將開關倒向定時，取掉毛玻璃。接著關掉暗室燈，劃好干板。放入干板架上，待3分鐘后，按曝光定時器啟動按鈕。待曝光結束，將干板放入顯液盤里進行顯影。顯影時間要根據經驗而定（一般控制在3～5分鐘）；將干板從盤中用夾子取出，在清水中清洗后放入定影盤內定影，時間上可以長一些（5分鐘以上），定好后從定影盤中取出放入清水沖洗全息片。最后打開暗室燈，用吹風機吹干全息片。以上就是全息照片的獲取全過程。

四、全息照相的再現方式

將全息片放在干板架上，用物光照射到全息片上，移動干板底座，找到最清晰的全息圖形，如圖2。

圖2 全息照片的再現觀察方式

五、獲取過程中的注意事項

在拿干板時，注意藥面不要用手指抓；放干板時，藥面應向在迎光方向；在使用光纖過程中為防止光纖折斷或拉斷，不能用力折、拉，要注意光纖頭端面的保護，防止劃傷或污染，不用時可以用鏡頭紙封好加以保護。

六、顯影液及定影配方

（一）顯影液配方：D—19高反差強力顯影劑（全息用）、水（800ml t=50℃）、米吐爾（2g）、無水亞硫酸鈉（90g）、對苯二酚（8g）、無水碳酸鈉（48g）、溴化鉀（5g）、加水至1000ml。

（二）定影液配方：F—5酸性堅膜定影液、水（700ml t=60℃～70℃）、結晶硫代硫酸鈉（240g）、無水亞硫酸鈉（15g）、醋酸（30%）（45ml）、硼酸鈉（7.5g）、硫酸鋁鉀（15g）、加水至1000ml。

參考文獻：

[1]龔勇清，何興道.激光原理與全息技術[M].北京：國防工業出版社，2010.

[2]哈珀.科學鬼才：全息技術應用41例[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[作者簡介]賈強（1981-），男，講師，研究方向：電工與電子技術。