像全息图的拍摄

第4期像全息图的拍摄

像全息图的拍摄

赵鹏飞1 邱大庸2

(11湛江师范学院物理系, 广东 湛江 541001;

21重庆大学应用物理系, 重庆市 400044)

摘 要 为丰富近代物理实验教学内容, 就作者设计并已开出的实验之一/像全息图的拍摄0实验

介绍实验原理、典型实验光路及实验步骤.

关键词 白光再现; 像全息

中图分类号:TB87711 文献标识码:A 文章编号:1003-7551(2001) 04-0035-03

1 引言

三维全息图因能记录物体的全部信息, 具有无以伦比的观察效果而被迅速推广应用于科技及国民经济的众多领域。但是必须用激光照明再现而限制了它的进一步发展。为此, 经科学家的辛勤耕耘, 研制成功了用激光记录、白光再现的全息术, 主要有反射全息、像全息、彩虹全息、全成全息。

白光再现全息术的特点是能够在白昼自然环境中或者在白炽灯光下观察到立体图像。精美的白光再现全息图已成为一种高雅的艺术品, 以白光再现全息术为支柱的全息模压复制技术, 现已形成全息印刷产业。

2 实验目的

(1) 了解用白光再现像全息图的原理。

(2) 学习拍摄漫反射物体像全息图的方法。

(3) 熟练掌握像全息图的再现规律, 总结其特点。

3 实验原理

在以前的实验中我们已看到, 如果用白光照明三维全息图, 只能看到一个模糊的彩色光团。这是因为三维全息图实质上是一块特殊的光栅, 用白光照明时由于红、黄、绿, , 各色光的衍射角不同而发生色散, 如图1所示。图中画出了波长最长的红光和波长最短的紫光的两个像, 其它各色光的像在这二者之间, 它们都稍有错开又彼此重迭。所以, 这种全息图是不能用白光再现的。

在图1中, $L 表示红色像与绿色像错开的距离, 称/色模糊量0。我们注意到$L 的大小与再现像离开全息图H 的距离有关。如果像离开全息图(亦即拍摄时目标物离开全息干版的距离) 越远, 则$L 越大; 反之, 色模糊量$L 就越小。倘若目标物就在干版上(即物距Z i y 0) 这种色模糊量便可忽略不计。也就是说各种颜色的像的位置几乎不错开, 看上去是清晰的。但是这时怎样去照明物体? 却发生了困难。* 收稿日期:2001-9-20

西 物 理 Vol. 22No. 4 2001第22卷 第4期 广GUANGXI W ULI

图1

解决的办法之一是用透镜将被照明的物体成像于干版附近; 以这个像作为物, 再引入参考光拍摄全息图, 如图2所示。这种全息图称/像全息图0, 若将物体的像位于干版上时(实际上跨越在干版两边) 称为/像面全息0,

是像全息的一种特例。

图2

像面全息再现的景物跨越在干版的前后两边, 像全息的景物则浮在干版前(或后) , 令人神往; 而距干版较远的部分, 由于不同波长的像会有些错开而使它/镶嵌0上彩色的边缘, 绚丽多姿, 启人暇想。4 几个重要参数(推证从略)

(1) 可能色模糊量D 6i

设D 表示人眼瞳孔大小, Z B 表示观察(再现像的) 距离, Z 表示物距。则有关系式

D X i =Z E Z i (3-1)

上式表明观看像全息图时, 观察者离全息图越远; 像离全息干版越近, 看到再现像的色模糊越小。

(2) 允许景深

像全息图的景深$Z 0主要取决于观察距离Z i 。当拍摄时激光波长K 0确定后

第4期像全息图的拍摄

$Z 0W Z 2E

即景深随观察距离的平方增加。

(3) 像的单色性

单色性指进入人眼的成像光波波带宽。其表达式较复杂。总之, 它与观察距离成反比, 通常只有几十埃。

5 实验光路

如图2所示。输入的氦氖激光经分束镜BS 分光后, 透射光O 经扩束镜L 1扩束后照明目标物O; O 经透镜L 成像为O c 。此时像O c 为拍摄的目标物。全息干版置于像前(或像后一点) , 也可置于像面上, 实验可自行决定; 分束后的反射光R 作为参考光经扩束镜L 2扩束后, 均匀照射到干版H 上。H 的乳胶面在图中用粗线条标明。~~

6 实验仪器

光源:氦氖激光器

仪器:激光全息实验仪; 光强测量仪

记录介质

7 实验步骤

(1) 按照图2布置并调整好光路(这时用白屏代替全息干版H ) , 尽量使物光与参考光的光程相等。物、参光的夹角设在30b -45b 之间。

(2) 根据目标物的漫反射特性选择合适的物、参光光强比。这时是用目标物的像当作物来拍摄, 原物的漫反射光经成像会聚后, 其光强已足够而不需增强参考光束提供偏置曝光量。在此情况下, 参、物光强比可采用1B 1, 甚至物光还可稍强些, 用光强测量仪分别测定。

(3) 取下白屏, 关断输入激光束, 装好全息干版(注意药膜面对成像透镜L ) , 设定光电开关的曝光时间, 稳定1分钟左右, 接下光电开关快门曝光。完后取下干版经线性冲洗、吹干后即得到一张像面(或像) 全息图。

(4) 为提高衍射效率, 可进行漂白处理以转换成位相全息图。

(5) 用白织灯观察拍得的像(或像面) 全息图的特点, 总结其再现方法, 与三维全息图比较。

(6) 测量数据:参、物光夹角H ; 参、物光光强比B =IR /I 0; 衍射效率G =I 1/I K 。

8 问题与思考

(1) 图2中物体通过透镜成等大像, 只是给出了示意图。你能画出完整的成像光路图么?

(2) 像(或像面) 全息图与三维全息图的观察后果有什么区别? 为什么?

参考文献

[1]余美文. 光全息学及其应用[M ]1北京:北京理工大学出版社, 19961

[2]邱大庸等1玻璃器皿全息艺术照片拍摄兼论像面全息图的再现观察[J ]1激光杂志, 1987, (8) 1