對(duì)全息攝影光路的一種優(yōu)化

梁 霄,田 源，謝瑛珂

(重慶理工大學(xué)，重慶 400054)

對(duì)全息攝影光路的一種優(yōu)化

梁 霄,田 源，謝瑛珂

(重慶理工大學(xué)，重慶 400054)

針對(duì)現(xiàn)有全息攝影拍攝方法的不足，提出通過利用可調(diào)焦距的半導(dǎo)體激光器配合無極分束器實(shí)現(xiàn)對(duì)拍攝光路的優(yōu)化，使實(shí)驗(yàn)的成功率和實(shí)驗(yàn)效果都得到了很大的提高。

全息攝影；半導(dǎo)體激光器；無極分束器；準(zhǔn)直；擴(kuò)束

全息攝影是一種記錄被拍攝物體反射波的振幅和位相等全部信息的攝影技術(shù)，是現(xiàn)代光學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要分支，在生產(chǎn)實(shí)踐與科學(xué)研究領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用[1-2]，因此也是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中一個(gè)常見的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。但是由于拍攝時(shí)所用到的光學(xué)器件較多，且光路擺放又須滿足一些特定的要求，因此很容易受到設(shè)備自身或外界因素的影響，造成拍攝效果不夠理想。本文通過對(duì)全息拍攝光路中普遍存在的問題進(jìn)行分析，提出使用可調(diào)焦距的半導(dǎo)體激光器配合無極分束器實(shí)現(xiàn)對(duì)光路的改進(jìn)，可大大改善拍攝效果。

1 傳統(tǒng)的拍攝光路及其存在的問題

以上4個(gè)條件中，前3個(gè)通常都能快速、準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)，而在調(diào)節(jié)光強(qiáng)比例時(shí)必須通過使用特定分光比例的分光鏡配合兩個(gè)擴(kuò)束鏡來進(jìn)行調(diào)節(jié)。但在實(shí)際操作中，由于兩個(gè)擴(kuò)束鏡的引入造成了以下問題：(1)激光通過擴(kuò)束鏡后造成物光和參考光的光強(qiáng)損失較大；(2)由于擴(kuò)束鏡表面存在灰塵或其他缺陷而造成的衍射影響到全息圖像的拍攝和觀察；(3)在前面三步中已經(jīng)調(diào)好的等高、等光程、夾角等要素難免會(huì)因擴(kuò)束鏡的仰角、位置等而發(fā)生改變；(4)調(diào)節(jié)兩束光光強(qiáng)比例時(shí)需要反復(fù)移動(dòng)兩個(gè)擴(kuò)束鏡的位置，操作比較繁瑣。因此在實(shí)驗(yàn)中學(xué)生相當(dāng)多的時(shí)間都用于調(diào)節(jié)兩個(gè)擴(kuò)束鏡上，且實(shí)驗(yàn)效果也受到擴(kuò)束鏡狀態(tài)的很大影響。

圖1 激光全息光路圖

2 優(yōu)化后的拍攝光路及其特點(diǎn)

針對(duì)這些問題筆者結(jié)合多年的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)提出通過利用可調(diào)焦距的半導(dǎo)體激光器配合無極分束器以取代擴(kuò)束鏡的擴(kuò)束及調(diào)節(jié)光強(qiáng)比例作用，從而優(yōu)化全息光路，改善實(shí)驗(yàn)效果，提高實(shí)驗(yàn)成功率。其光路如圖2所示：

圖2 優(yōu)化光路

該光路與圖1相比的區(qū)別在于：

(1)所使用的光源為可調(diào)焦距的半導(dǎo)體激光器，由于該激光器是利用準(zhǔn)直透鏡對(duì)激光器內(nèi)部的點(diǎn)狀擴(kuò)展光源進(jìn)行準(zhǔn)直，因此能夠通過調(diào)焦方式(即改變準(zhǔn)直透鏡內(nèi)焦點(diǎn)與點(diǎn)狀擴(kuò)展光源的距離)實(shí)現(xiàn)激光的準(zhǔn)直與擴(kuò)束；(2)采用無極分束器獲得兩束相干光(無極分束器為近年來新出現(xiàn)的一種分光裝置，其結(jié)構(gòu)為一長方形的薄玻璃片，沿水平方向鍍有漸進(jìn)加厚的反射膜，因此，當(dāng)激光照射在分束器上獲得反射和投射光束后沿水平方向移動(dòng)分束器即可改變兩束光的光強(qiáng)比例)；(3)取消了兩個(gè)擴(kuò)束鏡。

按圖2光路進(jìn)行光路擺放，首先調(diào)節(jié)半導(dǎo)體激光器前端的調(diào)焦套筒使其發(fā)出經(jīng)過準(zhǔn)直的激光束，依次調(diào)整好整個(gè)光路的等高、等光程、物光和參考光夾角三個(gè)要素；然后再次調(diào)節(jié)激光器調(diào)焦套筒，使照射到被拍攝物上的物光光點(diǎn)逐漸擴(kuò)展為亮斑，其大小以能全部覆蓋被拍攝物為宜，此時(shí)參考光在用以代替全息干板的白屏上也將擴(kuò)展為一均勻亮斑。最后，水平移動(dòng)無極分束器(可直接移動(dòng)底座或通過位移調(diào)節(jié)架實(shí)現(xiàn))即可改變白屏上物光和和參考光的強(qiáng)度比例直至滿足要求。

該光路的設(shè)計(jì)不僅排除了前述擴(kuò)束鏡所引入的干擾，而且形成的光斑均勻、圓潤，激光的光強(qiáng)得到了最大的利用，可以有效地縮短曝光時(shí)間，大大減少外界干擾對(duì)實(shí)驗(yàn)造成的影響；同時(shí)通過平移無極分束器均勻、連續(xù)地改變物、參光的光強(qiáng)比例，也使調(diào)節(jié)更為準(zhǔn)確。

3 結(jié) 論

綜上所述，該優(yōu)化光路的使用在保留了全息攝影實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生擺放拍攝光路的基本訓(xùn)練的同時(shí)，排除了由于擴(kuò)束鏡的使用而引入的干擾。同時(shí)使物、參光比例調(diào)節(jié)更為方便，激光的光強(qiáng)得到最大限度的使用，從2014年開始將該光路用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)之中，經(jīng)過長時(shí)間使用證明，該光路的使用能使學(xué)生快速、準(zhǔn)確地?cái)[放出拍攝光路，并且實(shí)驗(yàn)的成功率和實(shí)驗(yàn)效果都得到了很大的提高。

[1] 吳偉明.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].北京：科學(xué)出版社，2010:222-225.

[2] 朱紅轉(zhuǎn)，羅鍛斌.全息照相實(shí)驗(yàn)中圖像采集數(shù)碼裝置的應(yīng)用[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2014(6)：48-49.

[3] 袁敏.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].北京：科學(xué)出版社，2014:88..

[4] 秦穎.全息照相實(shí)驗(yàn)的技巧[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn),2004,17(1):40-43.

A Method for the Optimization of Holographic Optical Path

LIANG Xiao,TIAN Yuan，XIE YING-ke

(Chongqing University of Technology,Chongqing 400054)

A new method has been introduced to realize the optimization of shooting light path against the deficiency of the holographic photography method in existence by using adjustable focal length of semiconductor laser with infinite beam splitter.The results show that the proposed method can greatly improves the success rate and the effect of the experiment.

holograpy；semiconductor laser；infinite beam splitter；collimate；expand

2016-06-30

1007-2934(2016)06-0083-03

O 436.1

A

10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.006.022