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1、激光全息照相技术及其应用前景摘要简述了激光全息照相的技术,总结出拍摄激光全息照片的条件,指出了激光全息照相的注意事项,并给出了激光全息照相的应用前景。关键词:激光全息照相;记录;再现;干涉;光栅;衍射1 引言激光全息照相是利用激光的相干性原理,将物体对光的振幅和位相反射(或透射)情况同时记录在感光板上,也就是把物光的所有信息全部记录下来,形成三维空间的立体图像。这种照相技术与常规的照相方法相比有独特的优点。它对疑难痕迹物证的检验,特别是无反差痕迹的检验、保留痕迹物证的检验具有重要的推广使用价值。在全息照相中,感光片记录的不是图像,而是光波
2、。2 激光全息照相的理论分析2.1 全息照相的记录如图1所示,是漫反射全息照相拍摄(记录)的光路,分束镜将激光光束分成两束,一束激光经平面镜、扩束镜照射到被摄的物体上,经物体的漫反射,照射到全息干板E上,称为物光.另一束激平面镜、扩束镜直接照射到全息干板E上,称为参考光。两束光将在全息干板上产生干涉,形成干涉条纹。图1 全息照相的记录光路设物光波:(1)参考光波:(2)式中,,,分别为物光波参考光波的振幅和初相位。当两光波发生干涉,其合成光波为:(3)合成光强为:(4)式中各项的物理意义:第一项为物光波的光强分布,第二项为参考光波光强分布
3、,第三项、第四项是交叉项,由物光波和参考光波干涉产生。记录下来之后,形成了干涉图像———光栅,它包含有物光波的振幅和相位信息。2.2 物光波的再现记录有物光波全部信息的干板经显影、定影即成为一张全息图片。将其放回拍摄时的原光路图中,仅用参考光将其照明就可以观察到物像的再现。图2 全息干板的曝光特性曲线图2是全息干板的曝光特性曲线。曲线上的a、b段为线性工作区,我们在记录拍摄全息图片时可以适当控制干板的曝光量和显影的时间,使得显影后的全息图振幅的透过率与曝光量成线性关系。即透过率:(5)式中为未曝光干板的振幅透过率,β和T分别为全息干板感光
4、度和曝光时间,I为物光波和参考光波的合光强。用原参考光照射全息图时,经过全息图的衍射后的透射光波为:(6)由(6)式中可以看出透过全息图片的光波由四项内容组成。第一项:是沿再现光方向上的透射光,振幅是再现光的倍,这是零级衍射光。第二项:也是沿再现光方向上的透射光,由于A0不是常数使得项透射光有一定的扩散,但由于一般较小很多,因此这项可以忽略。第三项:是沿原物光波方向的透射光,也就是原来物光波的波前再现光。我们沿着此项光波方向观察,感觉到好像在原物处(原物已取走)依然有一个与原物完全一样的三维物体存在,这是一个没有畸变,放大率为1的一个虚像
5、(若再现不是原来的参考光,此项光波产生的像有畸变,大小也会有变化)。从衍射的角度来看是+1级的衍射光。第四项:=,式中是物光波的共轭光波,它表示的是与原物光传播方向相反的光,是一束会聚光,在全息图前可观察到实象。的作用是使共轭物光波偏离原方向2θ角,θ是物光与参考之间的夹角。所以此光波在偏离原物光2θ角方向上形成一个实像。图3 观察虚像全息图的观察方法如图3所示,原物虚像的观察比较简单,只要将处理后的全息图放在原处用参考光波.照明,沿着原物光波的方向观察即可以看到原物的虚像,若想得到一个没有畸变的实像则用原参考光的共轭光波.来照明全息图,
6、然后用一块毛玻璃在如图4所示被摄物处移动可接收到实像。3 激光全息照相的拍摄要求为了拍出一张满意的全息照片,拍摄系统必须具备以下要求:3.1 光源必须是相干光源通过前面分析知道,全息照相是根据光的干涉原理,因此要求光源必须具有很好的相干性。激光的出现,为全息照相提供了一个理想的光源。这是因为激光具有很好的空间相干性和时间相干性,实验中采用He-Ne激光器,用其拍摄较小的漫散物体,可获得良好的全息图。图4 观察实象3.2 全息照相系统要具有稳定性由于全息底片上记录的是干涉条纹,而且是又细又密的干涉条纹,所以在照相过程中极小的干扰都会引起干涉
7、条纹的模糊,甚至使干涉条纹无法记录。比如,拍摄过程中若底片位移一个微米,则条纹就分辨不清,为此,要求全息实验台是防震的。全息台上的所有光学器件都用磁性材料牢固地吸在工作台面钢板上。另外,气流通过光路,声波干扰以及温度变化都会引起周围空气密度的变化。因此,在曝光时应该禁止大声喧哗,不能随意走动,保证整个实验室绝对安静。我们的经验是,各组都调好光路后,同学们离开实验台,稳定一分钟后,再在同一时间内爆光,得到较好的效果。3.3 物光与参考光应满足物光和参考光的光程差应尽量小,两束光的光程相等最好,最多不能超过2cm,调光路时用细绳量好;两束光之
8、间的夹角要在30°～60°之间,最好在45°左右,因为夹角小,干涉条纹就稀疏,这样对系统的稳定性和感光材料分辨率的要求较低;两束光的光强比要适当,一般要求在1∶1～1∶10之间都可以,光强比用
