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像質量的影響。

【關鍵詞】離軸全息實驗 Matlab Gui 再現像

【中圖分類號】TB864 【文獻標識碼】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年密執安大學雷達實驗室的利思和烏帕特立克斯提出了離軸全息圖。由于離軸全息實現了零級像，原始像和共軛像的分離，從而大大提高了再現像的清晰度。且1960年激光的出現為全息技術提供了高相干度的光源，這樣一來，全息技術的兩大難題均已攻克，從而使得全息技術得到了迅速的發展。

在離軸全息記錄與再現的實驗中，所涉及到的實驗器件較多，光路調整也較麻煩。因此，為了使學生更加方便地理解實驗原理和觀測實驗現象，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。為了得到清晰的現象像，通常，夾角選擇30-60度，為了方便調整光路，一般選擇45度。

再現時通常選擇垂直入射的平面波進行照明再現。由于參考光、物光以一定的夾角照到記錄介質上，所以再現時零級像、原始像和共軛像分別在不同方向出現而彼此分離，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上，我們利用Matlab Gui實現了離軸全息的記錄與再現的仿真，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、記錄和再現原理示意圖以及3個主要參數對離軸全息再現像質量的影響。視頻介紹主要介紹實驗的基本原理、光路設計步驟及注意事項、Matlab Gui的仿真步驟和關鍵技術細節等。視頻介紹對于加深學生理解離軸全息的實驗原理和激發學生編程興趣具有積極意義。

仿真結果表明：當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像的質量也最好。當成像距離和物光與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，影響了再現像的質量；當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、結論

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

參考文獻：

[1]陳寧.數字全息技術研究[D]. 暨南大學，2004.