【正文】 份同時(shí)被人眼看到，彩色圖像中缺少了一基色成份。 當(dāng)照明光偏離原參考光或共軛參考光方向時(shí)，各微小反射面元對(duì)入射光的反射方 向不再是生成全息像光線的方向，再現(xiàn)全息像將會(huì)變暗，偏離越大像就越暗，直 至像全部消失““1。但用藍(lán)光從同一方向照明時(shí)所得藍(lán)色像的亮度會(huì) 很低甚至消失。時(shí)，再現(xiàn)狹縫像的亮度對(duì)綠光和藍(lán)光的衰減都不太大，可以看到較明亮的紅、綠、藍(lán)三條狹縫像。如果是用白光照射我們將得到明亮的藍(lán)色和綠色狹縫像，而紅色狹縫像將很暗或不能觀察到。圖3．2是用藍(lán)光照明一彩虹全息圖再現(xiàn)狹縫像光強(qiáng)與照明光角度的關(guān)系的試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果。左右就能從紅光記錄的全息圖得到藍(lán)光再現(xiàn)的明亮藍(lán)色像?！?。下面對(duì)記錄彩色全息圖三狹縫位置和參考光角度作定量計(jì)算。則可把記錄藍(lán)信息的參考光角度取為69．5。于是紅、綠和藍(lán)都能有明亮的像。=440hm，Zo=300ram。以上討論對(duì)于用633nm或442nm的紅光或紫光記錄彩色全息圖是完全必要的。63’“。但是，如果是有細(xì)微結(jié)構(gòu)和灰度變法的彩色圖片用此種方法來制作彩色全息圖，全息像很難把細(xì)微結(jié)構(gòu)和灰度信息保留下來，像的質(zhì)量不能保證，本章提出的白光編碼法能較好地解決上述問題。這對(duì)記錄激光器的功率要求較高，并且由于圖像信噪比降低導(dǎo)致最后合成的彩色全息圖質(zhì)量不佳。下面介紹其設(shè)計(jì)方案、原理及實(shí)驗(yàn)結(jié)論。為了實(shí)現(xiàn)真彩色，彩虹全息圖再現(xiàn)時(shí)，必須在同一位置上可同時(shí)重慶大學(xué)碩士論文 4設(shè)計(jì)與理論分析再現(xiàn)與三原色對(duì)應(yīng)的三條狹縫像，因此，首先要制作三條狹縫的全息片，稱之為分色編碼全息片。、H。deplate 下面分析怎樣使三原色對(duì)應(yīng)的三條狹縫像在同一位置上再現(xiàn)。z。當(dāng)全息圖H。的藍(lán)色狹縫像在某一處重疊，如l型藍(lán)』卜，／圖4．2，由于只是單純狹縫像重疊，沒帶u—U其它信息，在其中一點(diǎn)M合成一個(gè)白色狹圖42三原色狹縫像重疊示意圖縫像，此處再現(xiàn)像的橫向位置坐標(biāo)應(yīng)滿足‘‘21。=y。) (4．4)重慶大學(xué)碩士論文 4設(shè)計(jì)與理論分析壙mosin蹦去一去) (4s)利用(4．2)、(4．4)、(4．5)式，只要選取擇好三原色波長值，根據(jù)光路參數(shù)(Z。和狹縫的橫向 位置坐標(biāo)Y“、Y。(3)彩色全息圖的制作如圖4．4，用低壓球形汞燈作白光光源，汞燈發(fā)出的自光經(jīng)聚光透鏡，帶有小孔的濾光屏游光，再經(jīng)紅色濾光片和準(zhǔn)直透鏡后成為一束紅色平行光射向分色片B。H面上三個(gè)重疊的全息像通過透鏡k成像在全息干板H。7)則編碼全息板的透過率函數(shù)在線性記錄時(shí)可表示為：t(X，Y)=to+B(oR++O‘R)(4．8)設(shè)分色片的透過率函數(shù)為A(x，y)，A b，y)可看成是振幅受信息強(qiáng)弱調(diào)制的平面光波，即A(X，Y)為實(shí)函數(shù)，透過分色片的光波通過全息編碼片后出射光場(chǎng)為：U(X，Y)=t(x，Y)．A(x，Y)即：U(x，Y)=t。B 2{ol 2}R＼2+2 8 t167。B：為常數(shù)，令k，：8，t?，kz=2 8，8 2，ka=2167。+(k。(02R*2+O”R2)A2(x，Y) (4．12)再與記錄分色編碼全息片時(shí)的參考光共軛的光束脅照射此全息片，再現(xiàn)光場(chǎng)為：E(x，y)=T(x，y)R’即：E(X，Y)=It?？疹l不同的光將沿不同方向傳播，由于04是0的共軛光，因此，第二項(xiàng)的光波將準(zhǔn)確地沿與之相對(duì)應(yīng)的再現(xiàn)狹縫傳播，即當(dāng)0代表紅色編碼狹縫物光時(shí)，第二項(xiàng)表示帶有紅色信息的光束，它會(huì)通過再現(xiàn)紅色狹縫r傳播，同理，當(dāng)0代表綠色編碼狹縫物光時(shí)，第二項(xiàng)表示帶有綠色信息的光束，它會(huì)通過再現(xiàn)綠色狹縫g傳播，當(dāng)0代表藍(lán)色編碼狹縫物光時(shí)，第二項(xiàng)表示帶有藍(lán)色信息的光束，它 會(huì)通過再現(xiàn)狹縫b傳播，而A2(X，Y)表示分色片透過光強(qiáng)度，即編碼彩虹像各部分 顏色的灰度。這樣帶紅色 信息的紅色像，帶綠色信息的綠色像，帶藍(lán)色信息的藍(lán)色像三者會(huì)在三條狹縫像 重疊處重合，在此處可以看到一個(gè)色彩與原物幾乎一模一樣的真彩色像。濾光片的透過峰值及光密度是很重要的，它涉及圖像的色飽和度， 我們所用的濾光片是根據(jù)理論計(jì)算，并進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，選擇組合的，因而其分色 效果很好。按圖4．4記錄彩色編碼信息是關(guān)鍵的一步。這里用白光而不用激光是相當(dāng)必要的。在按圖4．5記錄彩色全息圖時(shí)，這一步的關(guān)鍵是選好物參光夾角和經(jīng)過各狹縫光束的光強(qiáng)，各狹縫聞的間距是在按圖4．I制作編碼片時(shí)已考慮好的問題，它應(yīng)和這里選擇的物參光夾角相匹配。為了得到滿意的彩色全息像，通過在圖4．5中狹縫位置放置不同光密度的玻璃片，可以調(diào)節(jié)物光中各基色像的強(qiáng)弱，以便控制彩色全息像的色彩。稀釋過量，顯影速度太慢，不但不能明顯地提高衍射效率，反而增加了再現(xiàn)像的噪聲；稀釋不足，又不能達(dá)到預(yù)期的效果。3．本方法對(duì)激光光能的利用率明顯高于其它方法，這很適應(yīng)于在光刻膠上制作模壓彩色全息圖。4．2散射參考光制作真彩色全息圖本方法采用平面物光和數(shù)射參考光制作2n真彩色全息圖，通過景物透明片的物光不再是散射光，并且物光也不受狹縫的限制，因此消除了一般方法中的散射物和狹縫對(duì)像的影響，在全息干板上將記錄下一個(gè)十分清晰的景物像，然后由三個(gè)清晰的彩虹像最后合成一個(gè)清晰的真彩色像。用分色儀可咀得到這三種分色片，也可以用一張彩色負(fù)片分別對(duì)紅、綠、藍(lán)三色光復(fù)制出三張分色正片。(x，Y)j 2，藍(lán)光光強(qiáng)分布為jA。從HeNe激光器L發(fā)了出的光束經(jīng)重慶大學(xué)碩士論文 4設(shè)計(jì)與理論分析分束器K分為1，2二光束，光束l經(jīng)過反射鏡Ml、擴(kuò)束鏡e。和H構(gòu)成一個(gè)4f濾波成像系統(tǒng)，也是一個(gè)共焦系統(tǒng)。通過改變光束2的方向和位置可以使通過柱面鏡Lc后的光束達(dá)到不同的散射狹縫的位置，在彩色全息記錄時(shí)，在P處分別放上紅、綠、藍(lán)三個(gè)分色片，相應(yīng)地把散射狹縫分別調(diào)到三個(gè)不同位置，分三次曝光記錄下彩色圖像的三色信息。上的平行光振幅為l，在P．后面的光場(chǎng)分布為～(x，Y)，這里先假設(shè)為紅色分色片，這光場(chǎng)分布經(jīng)過一個(gè)4f系統(tǒng)到達(dá)全息片H的光場(chǎng)復(fù)振幅分布為：FTFT Ar(X，Y)=A，(一X，一Y)(4．14)如果不考慮像的倒和正，可把H上的物光場(chǎng)仍表為Ar(X，Y)，由于物光波面未受分割，又采用了濾波器F濾掉由于透明片乳膠產(chǎn)生的雜散光，因此，H上將得到一個(gè)很清晰的像。由于散射光分布均勻可近似看作為：l舀}O是常數(shù)。如果用單位振幅的平面波垂直。t。它是從一狹縫射出的散射光，彩色全息圖要求此狹縫寬為6—10mm。為了更清楚地說明本方法的原理，下面作詳細(xì)的討論。擴(kuò)束鏡e。后成像在全息記錄片H上，這里P、L。下面介紹怎樣用這些分色片來制作真彩色全息圖。(x，Y)，A。這三種分色片都是黑白片，其透過率指的是全息記錄單色光的透過率。由此可見，本方法在實(shí)際操作上較其它方法更容易實(shí)現(xiàn)。干板處理過程如下：(注：各溶液溫度為19L一210c)1．顯影 8—10min2．流水清洗 1 min3．停顯 30sec4．流水清洗 2mill5．定影 5min6．流水清洗 3min7．漂白 5—7min8．流水清洗 5min9．50％醇浸泡沫 3min10．醇脫水II．空氣中晾干(2)結(jié)論重慶大學(xué)碩士論文 4設(shè)計(jì)與理論分析采用白光編碼記錄彩色信息來制作真彩色全息圖有如下優(yōu)點(diǎn)：1．白光編碼是把圖像信息疊加在全息再現(xiàn)的漫射光波前上用白光記錄，極大地減少光衍射效應(yīng)和雜散光對(duì)信息的影響，與菲涅爾分區(qū)記錄相比，明顯地提高了彩色再現(xiàn)像的清晰度。這里采用的記錄介質(zhì)是天津I型全息記錄干板，這種干板具有很高的曝光靈敏度和分辯率，實(shí)驗(yàn)時(shí)采用D一19稀釋顯影液進(jìn)行顯影處理，這樣處理可使在顯影過程中產(chǎn)生的銀顆粒小，從而對(duì)再現(xiàn)光的作用處于小顆粒散射范圍，降低了全息圖的噪聲使它具有較高的信噪比。解決的辦法是把全息干板背面涂成黑色。實(shí)驗(yàn)表明，如果改用激光則像的質(zhì)量明顯變壞。記錄中，要注意讓Hr和H的乳膠面相對(duì)并壓緊在一起，否則記錄將失敗。在多次實(shí) 驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們確定對(duì)通過紅、綠、藍(lán)三種濾光片分別曝光0．5秒，1．5秒，O．3 秒。以便有較高的衍射效率， 再現(xiàn)光為參考光的共軛白光，紅、綠、藍(lán)三原色主波長值取為632．8nm(紅)、546nm(綠)、488nm(藍(lán))(下面各實(shí)驗(yàn)中的三種顏色的濾光片透光峰值分別為以上數(shù)值)； 透過狹縫照到全息片上的漫射物光應(yīng)分布均勻，每次曝光時(shí)間為3秒。處，讓另一束平行參考光R也射到H：上，當(dāng)用R的共軛自光照明 H。十k，f0 2 JRf 2)A2(x，Y)]R++k出2(x，Y)I RI 20’+[k．02 R”+k。lol 2lRI勺A2(x，y)+(k。k。t。2+2B J0 2fRI 2+2 Bto(oR4+o+R)+B 2(02心2+0．2R2)) (4．10)經(jīng)處理后全息片的振幅透過率函數(shù)為：T=t；+B，I 即：T=t，+A2(x，Y)(167。4．1．2理論分析設(shè)記錄編碼全息板時(shí)的狹縫光波及參考光波分別為0(x，y)及R(x，Y)：0(X，Y)=o(X，Y)exp[一jllr。、B“，并對(duì)應(yīng)將編碼片更換為也、H。(2)分色片的制作 如圖4．3，白光光源S采用低壓球形汞燈，s發(fā)出的白光經(jīng)聚光透鏡Lj，帶有小孔的濾光屏K，濾光片F(xiàn)和準(zhǔn)直透鏡k后成為～束準(zhǔn)平行光射向緊密接觸的彩色透明負(fù)片c和黑白膠片B，記錄時(shí)分三次曝光，將濾光片F(xiàn)依次更換為紅圖4．3／+色光路圖 色濾光片、綠色濾光片、藍(lán)色濾光片，fig．4．3 00lor—separate分別曝光記錄在三張黑白膠片B，、B。、Z。=y∞=y。y。”。0紅1I! ／選取三狹縫的橫向位置坐標(biāo)y，、y。(4．2)／L其中e。z。Fig 4．1 the priciple。的平行參考光入射到全息干板上。下面作詳細(xì)介紹。4．1白光編碼法制作真彩色全息圖本方法的特點(diǎn)是把記錄菲涅爾全息術(shù)分區(qū)記錄三基色信息改成了白光記錄，消除了狹縫衍射產(chǎn)生的激光斑紋影響和全息記錄中相干噪聲的影響。主要原因是用漫射光通過透明片來制作彩虹全息圖的散斑噪聲大，這種噪聲來源于彩虹全息狹縫對(duì)物散射光的限制而使有用信息大量減少，信噪比降低。他們的文章中介紹的方法都是通過分區(qū)記錄彩色圖像三基色信息的菲涅爾全息圖，也就是由三個(gè)不同狹縫位置的二步彩虹全息圖合成一張彩色全息圖。但感光材料對(duì)540nm的敏感度很差成為現(xiàn)實(shí)問題，也許今后會(huì)有這個(gè)波長的感光材料出現(xiàn)，另外采用514nm激光波長可克服感光材料問題，但這種波長離紅光較遠(yuǎn)，紅色成份衰減仍然很大，使合成彩色全息圖的色彩偏藍(lán)。從像的亮度出發(fā)引入的修正方法使得彩色全息圖的曝光時(shí)間從1次變成2次，曝光次數(shù)的增加會(huì)影響再現(xiàn)像的整體衍射效率。440 sln69．5。對(duì)應(yīng)于紅、綠的共軛參考光照明，則對(duì)藍(lán)光來說是用了與共軛參光偏離9．5。只考慮藍(lán)信息狹縫位置的修正?！甧dw；女狹$，J縫—用一個(gè)角度betw．e”一：heI，IJ^這要求我們?cè)谟涗浫畔D3．2再現(xiàn)像亮度與再現(xiàn)光偏轉(zhuǎn)角度韻關(guān)系時(shí)對(duì)紅、綠信息的’ig‘3度，圖中n為相對(duì)光強(qiáng)，△e為再現(xiàn)照明光與共軛參考光偏離的角度。由于乳膠層中小面元結(jié)構(gòu)描述的復(fù)雜性，定量分析不容易，特別是全息片經(jīng) 過漂白或刻蝕處理后情況更復(fù)雜。藍(lán)色狹縫像也不是不能明亮地再現(xiàn)出來，只是不能用藍(lán)光沿共軛參考光方向照明來再現(xiàn)。當(dāng)日角為20。各小反射面元的反射光 方向?qū)⑵x再現(xiàn)像光束的方向。作為一種簡單模型，可認(rèn)為全息片被曝 光和處理后在有限厚的介質(zhì)層中將產(chǎn)生一些微小的反射面元。從這組數(shù)據(jù)看出z坐標(biāo)的差別很大，必須加以考慮，這對(duì)全息記錄提出了一定的要求。=zl+zl sinS(1一孚)=x2+z2 sin0(1一≠)=x3+z3 sinS(1一拿) (3．13)1“2^五五^zo=_z1=_z2=7z3(3．14)^ ^2幾3上兩式就是確定記錄狹縫位置的公式。)，(x。全息記錄時(shí)與三基色信息對(duì)應(yīng)的狹縫位置分別為(x。一般文獻(xiàn)上認(rèn)為只選擇三狹縫間距就行了，實(shí)際上三狹縫位置是由X，Z兩個(gè)坐標(biāo)確定的，只注意狹縫間距是不夠的，下面由(3．8)(3．10)式討論此問題。^7=620nm，日=600，A x=7．5mm，zo=300mm，則由(3．12)式可以算出A x 7=21nm。當(dāng)用藍(lán)光記錄彩虹全息圖時(shí)這個(gè)問題更為嚴(yán)重一些，就只好把狹縫取窄一些，如取A x=5mm左右，來滿足單色性要求。從(3．12)式也可以看出，再現(xiàn)光波的紅光部分(即凡7=620nm附近)的△^7要大些，單色性要差些。 可以通過公式(3．10)來定量討論此問題。由于用白光再現(xiàn)的彩色像只能在三基色狹縫重合的特定位置才能觀察到，其有效觀察范圍就是一條狹縫寬度(人眼在寬度方向的移動(dòng)范圍)，這明顯地小于一般彩虹全息圖的觀察范圍。其中每一幅彩虹全息圖記錄了彩色圖像的紅、綠、藍(lán)三基色信息中的一種基色信息。當(dāng)再現(xiàn)照明光與共軛參光相同時(shí)，A e0，上兩式變?yōu)椋簔扣未‰(3．8)x；=工o+zo sin6t[I一嘗)(3．10)