透射式与反射式全息照相研究

【摘 要】本文在对全息术的特点和原理进行了概括性的阐述基础上，详细介绍了透射式与反射式全息照相的实验原理，并进行了实验研究。

【关键词】透射式全息照相；反射式全息照相；实验研究

20世纪80年代初，法国全息摄影展在世界各地展览。墙头上，明明伸出一只水龙头，举手前去拧一下，结果是抓了个空；一只镜框，里面没有什么图像，当一束光射过来，框里就出现一位美丽的姑娘，她缓慢地摘下眼镜，正向人微笑致意；一只玻璃罩，里面空无一物，在光的照射下，罩里马上现出了维纳斯像；这就是利用全息摄像原理拍摄的全息图片。

1 全息照相特点

全息照相一共有三个特点：（1）能贮存物体光波全部信息，得到物体的立体像，如果从不同角度去观察再现的全息图，就可以看到物体不同的侧面；（2）全息照相不怕擦伤、沾污、破碎，剩下一小片全息片仍然保留着物体光波的全部信息；（3）同一张底片上可贮存许多波面，即可多次曝光，照许多幅像。这个可用两种方式进行：一种是照射光波方向不变，在同一底片上重叠多次曝光，再现时，这多个波面同时再现出来，形成反映物体位相或形状特点的干涉条纹，这是构成全息干涉计量的理论基础。另一种方式是改变照射光角度，拍多幅像，再现时，可转动底片，观察原来被拍摄的各物体[1]。

2 全息照相原理

光密度：D=γlgE+K，γ为干板及显影处理的性质。为了说明全息图的形成过程，我们只取物体上的一个发光点O，并取全息干板平面Oxy为坐标平面，设物点O的坐标和参考点R的坐标分别为（xO，yO，zO）和（xR，yR，zR），可用作全息记录的感光材料很多，一般最常用的是卤化银乳胶途布得超微粒干板，称为全息干板，拍摄的全息图也叫做平面全息图，我们用振幅透射率来表示其特性，一般它是一个复函数，如果ψ与（x，y）无关，是一个常数，就称为振幅型全息图。如果τ0与（x，y）无关，是一个常数，就称为相位型全息图。如果两者都与（x，y）有关，就称为混合型全息图。因为在τ-H曲线上，只有中间一段近似为直线，所以对于不同的曝光量，就可以完成不同的记录。一般记录时取曝光量在HO的位置。从激光器发出的一束光，被分束镜分成频率相同，振动方向相同的两束光，一束照射到物体上由物体漫反射到干板上，称之为物体光束。另一束直接射到干板（或诚底片）上。这两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长度，这就是我们普通讲的干涉原理，经过显影、定影、水洗、凉干……等处理。干板上得黑白反差，就是物体的振幅信息，干板的干涉花样是物体的位相信息[2]。

3 实验研究

实验仪器及用具：激光器一台、扩束镜2个、载物台1个、分束镜1个、小物体1个、毛玻璃1块、反射镜2个、干板甲1个、二维整架5个、通用底座8个。

3.1 反射式全息照相实验

激光细光束经扩束镜L扩束后照射在全息干板上作为参考光，透过干板的光照明物体，经物体漫反射的光成为物光，干板的乳胶面向着物体，由于乳胶感光材料的透过率为30%-50%，若物体的反射率较高，光束比能满足全息图的记录条件。

实验步骤：（1）选择合适的目标。由于光束比无法通过光路来调整，故应选择表面具有较高反射率且具有一定漫射性的物体作为目标；（2）调整光路。物体用橡皮泥固定在载物台上，全息干板也夹持在载物台上，为得到较高的衍射效率，物体与干板之间的距离不能太大，一般不大于1cm；（3）将激光器出射的激光遮挡住，装夹好全息干板，使乳胶面对象目标。稳定一分钟后取消遮挡激光曝光10-20秒；（4）经冲洗吹干的全息干板在白光下反射再现，在一定的角度下可看到绿色的再现像，再现像变成绿色是由于乳胶层收缩所致。

3.2 透射式全息照相实验

激光器输出的细激光束经反射镜反射后被分束镜分成两束：反射的一束经反射镜再次反射并经扩束镜扩束后，照在全息干板上；透射的一束由反射镜反射折转，再经过扩束镜扩束后照明物体，经物体漫反射形成的物光束也到达全息干板上。

实验步骤：（1）按实验光路图布置各元件并调好光路，注意应使到达全息干板的物光和参考光的光程差尽量小，并且被摄物体与全息干板之间的距离不超过10cm，物光与参考光的夹角控制在30-40度之间；（2）参考光与物光在全息干板处的光强比4：1-10：1的范围内，可分别遮挡参考光及物光，直接用人眼观察在光屏上两者的光强比，当感觉参考光的平均光强稍微超过物光的平均光强而又相差不大时即可；（3）遮挡激光束，安装全息干板然后进行曝光，曝光时间在5秒左右；（4）将干板冲洗吹干后放回原底版架上，挡去物光，移去原物，便可在原物位置上显现出与原物同等大小的三维立体像。

4 结束语

在显影和定影的溶液配制上的略微不精确也会对实验效果产生微小的影响，这里出现了时间上的影响。基于这个时间比较难以用估计的方法掌握，所以本次实验采用计时器来计时，这样就难免有了一点光亮，不是在绝对的暗室里实验，这些都是影响实验后的照片效果的主要因素。

【参考文献】

[1]周岳明.《光学》自学辅导材料（五）光的偏振[J].大学物理，1986，14（8）：243-261.

[2]杨俊才.大学物理实验教程[M].国防科技大学出版社，1994，3（3）：207-210.

[责任编辑：丁艳]

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