对全息摄影光路的一种优化

梁 霄,田 源，谢瑛珂

(重庆理工大学，重庆 400054)

对全息摄影光路的一种优化

梁 霄,田 源，谢瑛珂

(重庆理工大学，重庆 400054)

针对现有全息摄影拍摄方法的不足，提出通过利用可调焦距的半导体激光器配合无极分束器实现对拍摄光路的优化，使实验的成功率和实验效果都得到了很大的提高。

全息摄影；半导体激光器；无极分束器；准直；扩束

全息摄影是一种记录被拍摄物体反射波的振幅和位相等全部信息的摄影技术，是现代光学发展的一个重要分支，在生产实践与科学研究领域有广泛的应用[1-2]，因此也是物理实验教学中一个常见的实验内容。但是由于拍摄时所用到的光学器件较多，且光路摆放又须满足一些特定的要求，因此很容易受到设备自身或外界因素的影响，造成拍摄效果不够理想。本文通过对全息拍摄光路中普遍存在的问题进行分析，提出使用可调焦距的半导体激光器配合无极分束器实现对光路的改进，可大大改善拍摄效果。

1 传统的拍摄光路及其存在的问题

以上4个条件中，前3个通常都能快速、准确的实现，而在调节光强比例时必须通过使用特定分光比例的分光镜配合两个扩束镜来进行调节。但在实际操作中，由于两个扩束镜的引入造成了以下问题：(1)激光通过扩束镜后造成物光和参考光的光强损失较大；(2)由于扩束镜表面存在灰尘或其他缺陷而造成的衍射影响到全息图像的拍摄和观察；(3)在前面三步中已经调好的等高、等光程、夹角等要素难免会因扩束镜的仰角、位置等而发生改变；(4)调节两束光光强比例时需要反复移动两个扩束镜的位置，操作比较繁琐。因此在实验中学生相当多的时间都用于调节两个扩束镜上，且实验效果也受到扩束镜状态的很大影响。

图1 激光全息光路图

2 优化后的拍摄光路及其特点

针对这些问题笔者结合多年的教学和实验经验提出通过利用可调焦距的半导体激光器配合无极分束器以取代扩束镜的扩束及调节光强比例作用，从而优化全息光路，改善实验效果，提高实验成功率。其光路如图2所示：

图2 优化光路

该光路与图1相比的区别在于：

(1)所使用的光源为可调焦距的半导体激光器，由于该激光器是利用准直透镜对激光器内部的点状扩展光源进行准直，因此能够通过调焦方式(即改变准直透镜内焦点与点状扩展光源的距离)实现激光的准直与扩束；(2)采用无极分束器获得两束相干光(无极分束器为近年来新出现的一种分光装置，其结构为一长方形的薄玻璃片，沿水平方向镀有渐进加厚的反射膜，因此，当激光照射在分束器上获得反射和投射光束后沿水平方向移动分束器即可改变两束光的光强比例)；(3)取消了两个扩束镜。

按图2光路进行光路摆放，首先调节半导体激光器前端的调焦套筒使其发出经过准直的激光束，依次调整好整个光路的等高、等光程、物光和参考光夹角三个要素；然后再次调节激光器调焦套筒，使照射到被拍摄物上的物光光点逐渐扩展为亮斑，其大小以能全部覆盖被拍摄物为宜，此时参考光在用以代替全息干板的白屏上也将扩展为一均匀亮斑。最后，水平移动无极分束器(可直接移动底座或通过位移调节架实现)即可改变白屏上物光和和参考光的强度比例直至满足要求。

该光路的设计不仅排除了前述扩束镜所引入的干扰，而且形成的光斑均匀、圆润，激光的光强得到了最大的利用，可以有效地缩短曝光时间，大大减少外界干扰对实验造成的影响；同时通过平移无极分束器均匀、连续地改变物、参光的光强比例，也使调节更为准确。

3 结 论

综上所述，该优化光路的使用在保留了全息摄影实验对学生摆放拍摄光路的基本训练的同时，排除了由于扩束镜的使用而引入的干扰。同时使物、参光比例调节更为方便，激光的光强得到最大限度的使用，从2014年开始将该光路用于实验教学之中，经过长时间使用证明，该光路的使用能使学生快速、准确地摆放出拍摄光路，并且实验的成功率和实验效果都得到了很大的提高。

[1] 吴伟明.大学物理实验[M].北京：科学出版社，2010:222-225.

[2] 朱红转，罗锻斌.全息照相实验中图像采集数码装置的应用[J].大学物理实验，2014(6)：48-49.

[3] 袁敏.大学物理实验[M].北京：科学出版社，2014:88..

[4] 秦颖.全息照相实验的技巧[J].大学物理实验,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