像全息图详解
记录介质不是放在物光波的菲涅耳衍射场内, 也不是放在其频谱面上(即夫琅和费衍射场内),而是物体靠近记录介质,或利用成像系统使物体成像在记录介质附近,或者使一个全息图再现的实像靠近记录介质, 都可以得到像全息图. 采用相干光(激光)记录, 可用非相干光(如白光)再现.
一、像全息的制作
1.1 记录
方式1:利用成像透镜对物体成像,再引入参考光波与像面光场干涉:
方式2:利用全息图的再现像作为像光波.通常先对物体记录一张菲涅耳全息图,然后用参考光波的共轭光波照明全息图,再现物体的实像.实像的光波与制作像全息时的参考光波叠加,得到像全息图.
方式三:单光束反射全息(全息干板紧靠物体).注意要用厚全息记录介质.
再现观察:
1) 用相干光波再现
2) 用白光再现,扩展光源
1.2 再现光源宽度的影响
像点位置公式:
这是不考虑全息图的像差, 且认为全息图尺寸无限大(即不考虑全息图的有限孔径大小引起的衍射)时, 得出的结果.
此时, 点源照明全息图, 点物的再现像也是点像(类似于理想几何成像). (xi , yi , zi )与(xp, yp, zp)有关, 若(xp, yp, zp)变化则 (xi , yi , zi )也变化.
若照明光源的线度增加, 再现像的线度也增加; 即当用一个有一定大小的光源照明全息图时, 相当于用不同位置的多个点源同时再现, 物体的同一物点, 不再成像为一点像, 而是有一定大小的区域, 会造成物体再现像的模糊(线模糊).
理论分析证明: 记录时, 物体越靠近全息记录介质时, 再现光源的线度对再现像造成的模糊越小.
在此只作定性讨论:
(1)由成像公式知, 在λ1,λ2, zr一定时, zo越小, 由(xp, yp, zp) 变化(Δxp,Δyp,Δzp)造成的(xi , yi , zi )的变化(Δxi , Δyi , Δzi )也越小.
当zo→0时
此时, 再现光源空间展宽对再现像的影响小, 造成的像模糊也小.
(2)像面全息, 正是相当于zo→0, 所以, 再现光源的宽度对再现像的质量影响很小, 可用空间扩展光源再现.
1.3 再现光源光谱宽度的影响
(xi , yi , zi )与再现光波的波长λ2有关, 用不同波长的光波再现时, 同一物点的再现像点位置不同;
若再现光源不是单色光, 而是具有光谱展宽, 其波长范围为λ2~λ2+Δλ, 则一个物点的再现像将空间展宽,变成一个像斑, 在(x, y, z)方向的展宽分别为(Δxi , Δyi , Δzi ), 造成色散, 色模糊.
(Δxi , Δyi , Δzi )与Δλ有关, 但当zo→0时, zi →0; 从而有:
所以可用非单色光源(如白光)再现.
二、色模糊
只要|zo|不等于0, zi 就不等于0, 则(Δxi , Δyi , Δzi )就不等于0, 对于位于记录平面以外的点, 总有色散.
对于三维物体, 由于像面全息不可能做到对每一物点的像都满足|zo|=0或zo→0, 会造成色模糊. 即使|zo|很小,当Δλ 相当大时, 仍然会造成不可忽视的色模糊. 当色模糊量大于观测系统(多数情况下是人眼)的最小分辨距离0.07mm 时, 再现像就变得模糊不清了.
考虑眼瞳的光阑作用zi < 9.1mm
要想使再现像清楚, 一方面要进一步减小|zo|, 另一方面就是要限制再现光源的光谱宽度. 像面全息适合于平面物体或近平面物体.
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