【正文】 重鉻酸鹽明膠是一種優(yōu)良的相位型記錄材料，雖然存在著曝光時所需的光能量密度大和影像易消退等缺點，但因其成像質量好，感光度高，因此有不少研究工作者從事此項開發(fā)研究，取得不少顯著成果，其中，重鉻酸鹽一三醋酸纖維索 酯(DC—TAT)具有分辨本領高、抗潮能力強、實時衍射效率高等許多優(yōu)良特性。光折變晶體材料通?？勺龀蓭譱nm厚甚至cm量級，記錄的全 息圖的選擇角可以僅有百分之幾度，因而可以在同一體積中記錄大量的全恩圖而 觀察不到顯著的串象噪音“”1”3。)，它的動態(tài)范圍大，存儲持久性長，并且可以固定(定影)，在微細加工方面有可能用它直接作模壓母板，因它經(jīng)熱壓塑之后很少變形“ 。首先發(fā)展利用分離縫與物的兩步制作二維物彩色彩虹全息圖的思想，通過設置編碼板制作參數(shù)及采用白光分色編碼的辦法，設計一種制作真彩色全息圖的方法，我們的研究表明，把記錄菲涅爾全息術分區(qū)記錄三基色信息改成白光記錄，消除狹縫衍射產(chǎn)生的激光斑紋影響和全息記錄中相干噪聲的影響，可以獲得高質量的彩色全息圖。同對，分析了在全息復制中出現(xiàn)的黑色粗干涉條紋的原因，并提出解決辦法。任何彩色攝影和再現(xiàn)都基于彩色景物的顏色分解和顏色綜合，一般的彩色圖像是通過光譜吸收(如染料的光譜吸收)，通過基色染料的顏色相減顯示彩色的，而彩色全息圖是通過光柵衍射色光的相加顯示彩色的。(3)y三基色之間的比例，0 g決定了混合色的色調(diào)嚴弋；如D，8和飽和度。色品圖如圖2．2所示，Y值代表了該彩色的相對亮度。三基色原理是研究彩色應用的最基本原理，采用三基色表示彩色，就使彩色影像的攝錄、傳送和復現(xiàn)成為可能。全息圖是物光和參光的干涉條紋圖，因此，只能利用高度相干的單色激光來記錄。最大，綠光e。如果我們讓衍射光束是一束會聚成一狹縫形狀的光柬(這由 記錄全息圖時物光束形狀決定)，則不同波長的再現(xiàn)物光將會聚成不同顏色的狹 縫像在空間分離開，入眼在不同位置將看到不同顏色的單色像。2．3彩虹全息圖攝制彩虹全息分為二步彩虹全息和一步彩虹全息 下面介紹二者的攝制方法1．二步彩虹全息圖的攝制：所謂二步彩虹全息，就是通過兩次制作全息圖，來得到彩虹全息圖。一}蝴體的像在透鏡另一側，物體在焦點以外，則物(a)這時的光路結構，本質圖2．6一步彩虹全息記錄和再現(xiàn)示意圖上與二步彩虹全息圖Fig．2．6 one—step reconding and reconstructingrainbow hologram重慶大學碩士論文 2．彩虹全息原理中第二次記錄時相同，再現(xiàn)時用參考光的共軛光照明，形成狹縫的實像和物體的虛像，眼睛位于狹縫實像處可觀察到再現(xiàn)物體的虛像，再現(xiàn)光路如圖2．6(b)。1．像的單色性彩虹全息圖可以用白光再現(xiàn)單色像，這種單色像和激光再現(xiàn)的單色像是不同的，它包含一個小的波長范圍△^。所以只討論Y方向 的單色性。和I。開口的下端進入人眼瞳孔的上端：波長^7的光 是自△H的上端，經(jīng)S x．開口進入人跟瞳孔的下端，由圖2．7可見，△H對這兩 種波長所產(chǎn)生的色散角為△0。由于物點靠Z軸很近，e。丑’sin0月。y。設記錄時的光波波長為^。因為人眼的瞳孔具有一定大小，所以人眼在觀察全息圖時，不是單一波長進入瞳孔，而是有一個波≮7 長范圍(^。：1．f 7(Y。則狹縫上邊和下邊的坐標 分別為a(yd+W／2，d)和(y。 I。(一A，L) 和B。到達人眼瞳孔的上端B，以及當I’(X，’，Yi’)經(jīng)過該波長 的狹縫像的上端I。．墨型二塑二垡177。由(2．6)，(2．7)和(2．11)式，經(jīng)計算得：，．—A—A：一五W(zo+247。彩虹全息原理合適的位置，就可以在白光下清楚地觀察到彩虹全息圖的再現(xiàn)像。當用空間擴展的再現(xiàn)光源再現(xiàn)彩虹全息圖時，其再現(xiàn)過程與圖2．9類似，在二維情況下，且只考慮再現(xiàn)光源在Y方向的空間擴展時，I(y。7)為位于(yo+A y。)經(jīng)過該再現(xiàn)光源下的狹縫再現(xiàn)像的下端I。由(2．6)，(2．7)，(2．1I)得：矽(％+；三一L魚+三墜)十D(毛+d)^o 7。+d)考慮到z，2。I范圍內(nèi)的再現(xiàn)光源會影響到再現(xiàn)像的模糊?！a(chǎn)己)‘2而且狹縫窄會導致記錄時激光斑紋影響大。3．1彩虹全息圖記錄和再現(xiàn)狹縫位置關系這里討論的彩色全息圖是由三個彩虹全息圖合成的白光顯示全息圖，從討論的嚴謹性出發(fā)，先定量地給出彩虹全息記錄狹縫的位置與白光再現(xiàn)多色狹縫位置之間的定量關系。l(a)是記錄光。圖3．1(b)表示用共軛參考光照明經(jīng)曝光和處理的全息片H，再現(xiàn)出原物光束和原狹縫s。設參考光束垂直于y軸，與z軸夾角為日，與x軸夾角為90。為實常數(shù)，^為光波波長，(xo，Zo)為S點的位置坐標。 ／L如圖3．1(b)所示，用波長為^’的平行光沿接近于共軛參考光的方向照明此曝光和處理后的全息片。 p 十 G 4 8 驢 壘∥ 塒 時 + G 4 口 研一∥ Z “ “ 168。弓刪“剴Ⅵ其中C。z：=等％(3．8)扣xo+zo sin口[，一砉罵筍。) 與記錄時狹縫的位置(‰，Zo)，記錄和再現(xiàn)光波波長^，^7，記錄參考光角度0 和再現(xiàn)光角度e+△8之間的關系3．2三基色像的單色性問題“2”這里討論的彩色全息圖是用單色激光器把三幅彩虹全息圖記錄在同一全息干重慶大學碩士學位論文 3．合成彩色全息圖的理論探討板上得到的。若讓記錄紅色信息的彩虹全息圖的紅色狹縫像，記錄綠色信息的彩虹全息圖的綠色狹縫像，和記錄藍色信息的藍色狹縫像在空間的位置重合在一起，則人眼在此位置將看到一個真彩色全息像，這是合成彩色全息圖成像的基本原理。另外要求白光再現(xiàn)彩色狹縫的各色光譜成份在狹縫寬內(nèi)的波長范圍A^不能太大，從人眼對顏色的感覺考慮，△^應在10nm～20nm范圍之內(nèi)。由(3．12)式看出要提高狹縫像的單色性應增大記錄光波波長^和增大參考光夾角o?？梢娫佻F(xiàn)光中長波部分單色性要差一些。若用氬離子激光器記錄，^=510nm。重慶大學碩士學位論文 3，合成彩色全息圖的理論探討3．3三幅彩虹全息圖記錄狹縫位置關系彩色全息圖對于三基色信息的三幅彩虹全息圖記錄狹縫位置有特定要求。記錄光波長為^。z。)處，于是由(3．2)式應有如下等式J。且讓Xo=O，Zo=300mm則由(3．13)，(3．14)兩式求出記錄三狹縫(x，z)的位置坐標為：(0，300)，(38，257)，(83，210)，單位為[tim。這是由于全息片感光乳膠層或其它感光層有一定厚度而產(chǎn)生的對再現(xiàn)像亮度的影響。采用此模型來分析我們的問題可知，盡管再現(xiàn)照明光的方向是共軛參考光的 方向，但因光波的波長變了，再現(xiàn)像的位置要發(fā)生變化。試驗表明這種改變再現(xiàn)照明光波長引起再現(xiàn)像亮度的變化程度與重慶大學碩士學位論文 3．合成彩色全息圖的理論探討波長變化的多少有關和記錄時參考光的角度0有關。但是在彩色全息圖要求0大于或等于604的條件下，再現(xiàn)狹縫中紅和綠色狹縫像還是較明亮的，但藍色狹縫像衰減得很暗，因此嚴重影響彩色全息像的色彩。用前面談到的有限乳膠層中存在小反射平面 元的模型，可認為改變照明光束方向可以實現(xiàn)讓射向藍色像的光束滿足在反射平 面元的反射光方向的條件，因而藍色像將變得很明亮，相應地紅色像會因照明光 方向偏離共軛參考光方向而不滿足位于反射光方向條件將變暗或消失。彩虹全息圖是用氦氖激光記錄，狹縫位置坐標為(0，300)，參考光夾角為60。應注意真彩色像的再現(xiàn)，要求用自光沿一定方向照明全息圖得到紅、綠、藍三狹縫的明亮像，而不是在一個角度看到紅和綠狹縫的像，在另一個角度得到藍狹縫的明亮像。18‘10nshi3recimage．of．lumstirunanctceand turned angie of recon Struct lngpearlon8t“。由重慶大學碩士學位論文 3．合成彩色全息圖的理論探討實際情況知道，紅和綠信息的狹縫位置不變，仍由(3．13)，(3．14)兩式?jīng)Q定。再現(xiàn)時用60。進而由(3．14)式可以求得記錄藍色信息彩虹全息的狹縫位置：丑：魚“：竺300：210川Ⅲ五：210sin500(旦型』氅一1)：60mm。這里得到的x3=60mm與前面不考慮像亮度結果得出的xa83mm差別較大。但是或許可以通過采用540nm的激光波長來記錄以免去兩次曝光的問題。 。全息記錄中相干光產(chǎn)生的相干噪聲和全息顯示中的光的衍射成像引起的色串擾一直在影響真彩色全息圖的質量。本章提出了用散射參考光制作2D真彩色全息圖的原理，按本原理制作的全息圖解決了上述困難。4．1．1設計方案本制作方法分為三個步驟：1)分色編碼全息片的制作；2)分色片的制作；3)彩色全息圖的制作。用圖4．1的光路制作分色編碼全息片，波長為^的平行激光束入射到漫射屏G上，照亮狹縫作為物光，參物角為e。、H。記錄過程中，若狹縫的位置坐標為(y。)““3為：n=yo—zo(二≥sin見+sinO^)(4．1)^o=(每)：。、也、地用白光再現(xiàn)時，．一每一張都會形成各自的彩虹色散，合適地。41 2。1”81i‘i”8。下標R、G、B分別表示再現(xiàn)狹縫的三色紅、綠、藍，為了討論方便設yf0由(4．1)式得：Y妒=一：(導sinOc+sinO^)(4．3)^G由(4．1)和(4．3)并考慮到y(tǒng)。、e c、^o)就能合理地設置三狹縫到記錄干板的垂直距離Z。、Y，使三編碼片的三原色對應的三條狹縫像準確地重合。將編碼片Hr和待記錄的干板H緊密相疊，分色片的透射光將通過編碼片比記錄在于板H上，這樣彩色透明片的紅色圖像信息就被國4．4蘭基色信息的編碼記錄盂fig．4．4 codlngmcord of tricolor編碼記錄在干板H上，依次將分色片更換為B。上，讓平行參考光也射到全息干板H．上，參物光的夾角應滿足圖4．1中制作編碼全息板的條件，這樣記錄下的全息圖H，就是一張彩色全息圖，用R的共軛白光照明可以看到一個真彩色像。．A(X，Y)+13(0 R++0+R)．A(X，Y)(4．9)于是射到全息片H上的光強分布為：I=U(X，Y)U‘(X，Y)即：2I=曠(x，y)(t。to(OR4+07R)+B．8 2(鏟R12+O+背))(4．11)2其中t。$t。+k。+(k。在再現(xiàn)狹縫后面放置透鏡L2，三個編碼彩虹像就會成像在H，處，將 全息干板放在H。4．1．3實驗及結論(1)實驗操作過程 在分色編碼全息片的制作實驗中，采用He—Ne激光光源，即^o=632．8nm，狹縫寬為6mm，r、g、b三狹縫橫向位置間距分別為33．7mm、29．2ram；z,=300mm，由(2)式計算得z,=258．8mm，z、=231．4mm，參物角為45。白光光源所含各光譜線的強弱會影響曝光時間的確定，應事先用濾光 片對各色光單獨作實驗來確定最佳曝光時間，以便提高分色片的反差。因在圖4．1中用了632．8nm激光，所以在圖4．4中就應該用632．8nm的全息干板來記錄，否則會產(chǎn)生干涉條紋，使編碼失敗。一切雜重慶大學碩士論文 4設計與理論分析散光和多余的衍射光都因白光極短的相干長度而不能記錄下來，因而不會出現(xiàn)在再現(xiàn)光中，像的質量才能保證。因參考光入射角度較大會在全息片背面產(chǎn)生強的反射光，影響記錄的質量。另外，高衍射效率編碼全息片是獲得高質量全息圖的保證，要盡量選用高衍射效率記錄介質以及提高介質處理水平。經(jīng)多次實驗得出：將D一19顯影原液按1：i0稀釋，相應顯影時間增長到9分鐘左右，效果較好。4．只要根據(jù)計算好的光路參數(shù)準確設置光路就能使彩色圖像的三原色像準確重合。4．2．1理論分析根據(jù)色度學原理，一張彩色圖像可以用紅、綠、藍三種基色的三幅單色圖像合成得到，該方法制作的彩色全息圖也是利用自光照射彩虹全息圖來獲得三基色的單色全息像，然后把它們合成為一幅真彩色全息圖，為此要把一張彩色圖片中的三基色信息分別記錄到三張黑白膠片上，這三張黑白膠片叫做分色片，紅分色片的透過率分布與彩色圖片對紅光的透過率分布相一致，綠分色片和藍分色片與彩色圖片對綠光和藍光的透過率分布相～致。設紅、綠、藍三張分色片的透過率分別為A，(x，y)，A。(x，Y)1 2，這平面就應表現(xiàn)出原真彩色景物的圖像。準直鏡k成為一平行光射向分色片P，透過P的光經(jīng)透鏡Ll、濾波器F、透鏡L。光束2經(jīng)過反射鏡M。經(jīng)處理后的全息片用白光照明就能看到真彩色像。再考慮參考光。全息片上一次曝光記錄的曝光量分布為：j 6(x，y)+一，(z，y)f2 At=[02+I Ar(x，y)f2+6+爿，+鋤，]△f(4．16)△t為曝光時間，線性處理后的全息片的透射率t(X，Y)為：t=to+f1【D2+l爿，J2+6’互+石霉】 (4．17)