影響激光全息成像效果的因素研究

李靜 王曉萌

摘 要：文章初步探討了激光全息照相實(shí)驗(yàn)中成像效果的幾個(gè)影響因素——曝光時(shí)間、顯影時(shí)間、物光和參考光光程差以及物光與參考光光強(qiáng)比;通過調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案，分別研究全息照相實(shí)驗(yàn)中曝光時(shí)間、顯影時(shí)間、物光與參考光光強(qiáng)比和光程差對(duì)成像的影響。針對(duì)激光全息照相實(shí)驗(yàn)較高的要求，實(shí)驗(yàn)選擇同一套儀器進(jìn)行，無其他光路干擾。

關(guān)鍵詞：激光全息照相;影響因素;曝光時(shí)間;顯影時(shí)間;光程差;光強(qiáng)比

中圖分類號(hào)：TB82? ??文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.研究曝光時(shí)間對(duì)成像的影響

室溫24.0℃，顯影時(shí)間20s，定影時(shí)間120s。首先根據(jù)曝光要求選取大致的曝光時(shí)間4s，成像大致清晰;后調(diào)整至5.5s，發(fā)現(xiàn)曝光過度。故確定曝光時(shí)間的范圍為3.5s～5.0s。根據(jù)成像效果分析，曝光時(shí)間在5.0s時(shí)，再現(xiàn)的物像清晰度最高。遂確定該室溫下，相同的顯影時(shí)間，曝光時(shí)間選取5.0s。

2.研究顯影時(shí)間對(duì)成像的影響

（1）考慮到顯影液濃度與溫度對(duì)顯影時(shí)間的影響，實(shí)驗(yàn)顯影溶液與定影溶液不變。室溫依然是24.0℃。

（2）選取最佳曝光時(shí)間5.0s，通過改變顯影時(shí)間得到不同的全息照片。通過各成像效果發(fā)現(xiàn)，顯影時(shí)間在20s時(shí)成像效果最好。以后的實(shí)驗(yàn)研究曝光時(shí)間設(shè)為5.0s，顯影時(shí)間為20s。

3.研究物光與參考光光強(qiáng)比對(duì)成像的影響

選取曝光時(shí)間5.0s曝光，固定其他器件，物光光路保持不變。通過改變擴(kuò)束鏡L1的放置從而改變參考光光強(qiáng)，進(jìn)而得到物光與參考光不同的光強(qiáng)比。通過光電檢流計(jì)分別測(cè)量物光和參考光的光強(qiáng)。表1是物光與參考光光強(qiáng)測(cè)量數(shù)據(jù)表，通過比較成像效果發(fā)現(xiàn)，物光與參考光的光強(qiáng)比為1∶8時(shí)成像效果最好。

4.研究物光與參考光光程差對(duì)成像的影響

選取最佳曝光時(shí)間5.0s，物光光路不變，改變參考光的平面反射鏡位置來改變兩束相干光的光程差，同時(shí)調(diào)整擴(kuò)束鏡L1的位置保證物光和參考光光強(qiáng)比保持在1∶8。顯影溫度24.0℃，顯影時(shí)間20s。

物光和參考光光程差數(shù)據(jù)記錄如表2所示。

改變物光與參考光的光程差對(duì)成像效果并沒有太大的影響，但相比較而言，光程差為5mm時(shí)成像效果最佳。

5.實(shí)驗(yàn)結(jié)論與分析

通過以上實(shí)驗(yàn)不難發(fā)現(xiàn)，相同的光路，同一批次的全息底片，室溫在24.0℃時(shí)，曝光時(shí)間選取5.0s，物光與參考光光強(qiáng)比選取在1∶8、光程差選取在5.0mm時(shí)，可以獲得最佳的成像效果。下面對(duì)其進(jìn)行分析：

（1）曝光時(shí)間的影響。如果曝光時(shí)間太短，底板上條紋太淺甚至沒有，復(fù)雜的衍射光柵無法形成，導(dǎo)致成像不明顯。若曝光時(shí)間太長(zhǎng)，底板可能太黑，光線的透過率降低。

（2）顯影時(shí)間的影響。顯影的程度是否適當(dāng)對(duì)全息圖質(zhì)量影響很大。若顯影時(shí)間太長(zhǎng)，全息底片發(fā)黑，光線的透射率降低，無法再現(xiàn)物像;而顯影時(shí)間太短，底片上條紋不能出現(xiàn)，無法形成復(fù)雜的衍射光柵，甚至只是一塊透明玻璃片，也無法再現(xiàn)物像。

（3）物光與參考光光強(qiáng)比的影響。對(duì)于一般的雙光束干涉來說，兩束光光強(qiáng)相等時(shí)，干涉條紋對(duì)比度最強(qiáng)。而對(duì)全息照相的記錄介質(zhì)來說，曝光量和振幅透過率的特征曲線在兩端發(fā)生變化，產(chǎn)生較高階的衍射光，干涉效率降低。另一方面，當(dāng)物光比參考光過強(qiáng)時(shí)，斑紋比較顯著，產(chǎn)生較大量的暈輪線圍繞零級(jí)衍射光，降低了成像的光通量，致使效率降低。

（4）物光與參考光光程差的影響。參考光和物光的光程差不能過大，不能大于所用激光的相干長(zhǎng)度，否則兩者不能相干，無法在全息干板上獲得干涉條紋。

本文通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案研究了曝光時(shí)間、顯影時(shí)間、物光和參考光光強(qiáng)比和光程差對(duì)全息照相成像效果的影響;通過比較成像效果得出了最佳曝光時(shí)間、顯影時(shí)間、物光與參考光光強(qiáng)比和光程差，可將其應(yīng)用于實(shí)際中，提升拍攝效果。

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