【正文】 qn口 (3．11)，吐移項后得到：△^’=_二_≮Ax(3．12)兒o$1n 6，(3．12)式中A X為再現(xiàn)實(shí)狹縫像寬，A九7是其中光譜成份的波長差。 可以通過公式(3．10)來定量討論此問題。彩色全息圖則要求狹縫盡量寬一些才好，至少要大于人眼瞳孔尺寸，還要考慮人眼在觀察時頭部的微小上下運(yùn)動，實(shí)驗(yàn)表明狹縫寬應(yīng)在6～10mm才比較合適。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范圍)，這明顯地小于一般彩虹全息圖的觀察范圍。三幅彩虹全息圖一共產(chǎn)生九個實(shí)狹縫像。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。7，z。當(dāng)再現(xiàn)照明光與共軛參光相同時，A e0，上兩式變?yōu)椋簔扣未‰(3．8)x；=工o+zo sin6t[I一嘗)(3．10)公式(3．8)和(3。上式等式右邊表示會聚在z和x處的球面波。7是復(fù)常數(shù)，九7 z?！搿?。上式右邊三項因空間頻率有較大差別在傳播一定距離后可在空間分開，其中第三項代表的就是再現(xiàn)狹縫實(shí)像的光場部分，完全寫出此項的內(nèi)容為：c1爿。此光經(jīng)全息片H后射出的光場分布為：～E = ～B ．( 3 6= G 4P ，專Z 啪 168。照明光在H處的光場分布為：～ 一f蘭匹rsin時+△們馬=A3e z。／L厶。采用了菲涅爾近似的球面波公式。爭吲2∥1(3．1)其中A。一0。如圖3．1建立直角坐標(biāo)系，狹縫與Y軸平行，只需用X，z兩坐標(biāo)表示其位置，可用狹縫上的～個發(fā)光點(diǎn)源來代替狹縫，求出其全息再現(xiàn)像的位置。當(dāng)用臼光沿共軛參光方向照明時，再現(xiàn)的多色狹縫像將分布在s附近，通過不同顏色的狹縫可看到不同顏色的全息像。另一束平行光R作為參圖3．1彩虹全息圈記錄和再現(xiàn)狹縫的關(guān)系考光也射到H上，記錄物光的全息Fi93．1 the slit relationship betweenrecording and reconstructing圖。路，從母全息圖H。圖3。圖3．1是二步彩虹全息圖記錄和再現(xiàn)168。這對于獲得正確的制造方法及質(zhì)量好的彩色全息圖是非常有用和十分必要的。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，為了同時照顧到再現(xiàn)像的清晰度、亮度、信噪比等質(zhì)量指標(biāo)，在狹縫到底片的距離為40ram左右時，狹縫的寬度一般選6mm—lOmm。但由于入眼的立體感主要來自于水平視差，所以可以在普通光源下觀察到彩虹全息圖的立體再現(xiàn)像．但限制狹縫的具體選擇是～個復(fù)雜的過程，減小狹縫的寬度可以減小擴(kuò)展光源對全息圖再現(xiàn)像所造成的像模糊，但又會增加衍射作用造成的像模糊。19)由上面的計算可以得出以下結(jié)論：在拍攝彩虹全息圖時，加入了限制狹縫，使全息圖在再現(xiàn)過程中對光譜擴(kuò)展和空間擴(kuò)展的再現(xiàn)光源進(jìn)行了選擇性的限制，因而減小了擴(kuò)展光源對全息圖再現(xiàn)像所造成的模糊，但由于限制狹縫和觀察孔徑仍有一定的寬度，所以彩虹全息圖的再現(xiàn)像仍有～定的模糊性。由圖2．9可知，彩虹全息圖的再現(xiàn)像經(jīng)過限制狹縫后，像的分辨率為：塒，=參(ZiZai)=—Zo(可zo+一d) (2．18)而眼睛瞳孔觀察再現(xiàn)像時的分辨率為：胡2 2考．(上蝎五)=o(zo+247。因此，彩虹全息圖拍攝過程中加入的限制狹縫，域小了空間擴(kuò)展的再現(xiàn)光源對再現(xiàn)像的模14重慶大學(xué)碩士論文 2．彩虹全息原理糊。+d)乙(2．17)上式表明空間擴(kuò)展的再現(xiàn)光源并非所有的部分都會導(dǎo)致彩虹全息圖再現(xiàn)像的模糊，只是寬度為I A y。d，z。= (2．16)￡訌。0 2r 三。．7到達(dá)人眼瞳孔的下端B2時，人眼接收的再現(xiàn)光源的擴(kuò)展范圍最大。．到達(dá)人眼瞳孔的上端B，以及當(dāng)I‘(Y。當(dāng)I(Y；，z。z。)的再現(xiàn)光源所成的像；I’(y，’，z。2，)為位于(y。14)^通過計算可得到彩虹全息圖的色模糊公式凡zotgOo[W(zo+拿D+域z0+回]母甄嘉萬磊蔫面磊磊 隴㈣3．再現(xiàn)光源空間擴(kuò)展造成的像模糊當(dāng)再現(xiàn)光源為空間擴(kuò)展的單色光源時，由于不同位置的再現(xiàn)光源所成的再現(xiàn)像的位置不同，因而造成再現(xiàn)像變得模糊，下面計算由于這種原因造成的像模糊程度。這種由再現(xiàn)光源光譜擴(kuò)展造成的像模糊稱為色模糊，由色模糊定義知：脯c：婺△五(2．13)似在平行參考光和平行再現(xiàn)光的條件下，由(2，6)，(2．7)式得：y?=每zotga。所以只要限制狹縫取一個重慶大學(xué)碩士論文 2。三)+D(za+d)：生(2．12)；￡【(zo+d)瞎9，強(qiáng)+Y4+孚]+2D(zo+d)+2阮‘^0此式即為自光再現(xiàn)時，瞳孑L直徑為D的入眼所能接收的最大光譜范圍，由此可見，由于拍攝彩虹全息圖時，加入了限制狹縫，因而使得在觀察彩虹全息的臼光再現(xiàn)像時，只能觀察到一小光譜范圍內(nèi)的再現(xiàn)光所成的再現(xiàn)像。=tg 0。型莖二型 (2．11)Zi—zK 【z}+功tyi～Ybl)一yi(zi—zw)假設(shè)記錄時的參考光與再現(xiàn)照明光均為平行光，剛有：z，一一，z。在 這種情況下有：(+A+D)(彳一=：，)=(z；+三)(∥一y：) (2．9)(y，+爿)(zf—zN)；(z，+三)(yf—Y所)(2．10)由上兩式得 生=_益：g177?！竭_(dá)人眼瞳孔的下端amp。)經(jīng)過該波長 的狹縫像的下端I。(一卜D，一L)，因?yàn)閷τ诓ㄩL為滅的再現(xiàn)光所成的像，必須經(jīng)過該波長相應(yīng) 的再現(xiàn)狹縫像才能被眼睛看到，所以由圖2．9可以看出，當(dāng)I(Y。設(shè)瞳孔直徑為D，其離開Z軸的 距離為A，離(x，y)平面的距離為L，則瞳孑L上邊和下邊的坐標(biāo)分別為B。：’和I。為再現(xiàn)光波為^時，再現(xiàn)狹縫像。一W／2，一d)：I。設(shè)狹縫的寬度為W，狹縫中心離z軸的距離為Y?！?，z、7)為波長圖2．9光譜擴(kuò)展的點(diǎn)光源再現(xiàn)示意圖 為九’(^’2^+A919I。^+A^)， 舉蹩) ＼f；． 因而造成再現(xiàn)像的模1—、 一 糊。當(dāng)再現(xiàn)光源為擴(kuò)展的白光源時，不同光源的再現(xiàn)光所成的像所處的位置不2重慶大學(xué)碩士論文 2．彩虹全息原理同。則在波長為x的光波再現(xiàn)時，圖2，8彩虹全息記錄和再現(xiàn)物點(diǎn)與像點(diǎn)的關(guān)系Fig．2．8 the relationship between recorded objectpoint and reconstructed image point由點(diǎn)源全息圖的物像關(guān)系可知其像點(diǎn)和物點(diǎn)之間的關(guān)系為：土：三三一三!+一1(2．6)zik 2口扎z，z cII一+(2．7)咒一≈z一厶 蜘一％五一九 ”一。y Z)分別為會聚的參考光和再現(xiàn)光。Z。2．再現(xiàn)光源光譜擴(kuò)展造成的像模糊彩虹全息圖記錄及再現(xiàn)過程如圖2．8所示，其中 0(X168。￡sin0^在彩虹全息中，△^越小越好，這就要求狹縫窄(a小)，觀察距離遠(yuǎn)(Z。盟：旦(2．5)。很小，可令COS o，=1，sin o。AO，=弘五(2．3)兩式相除得一竺：!!墮：壘旦(2tL．．‘}，4)五sinO， sinO。并有△0 I=(D+a)／z。處，由此可 見，波長^的光是自△H和S。對于^和^7這兩種波長形成的狹縫像，位于S。 瞳孔的直徑為D．這樣人眼所能觀察到的兩個極端波長^和^’所對應(yīng)的像點(diǎn)位 于I。如圖2．7所示，用白光照明全息圖，經(jīng)△H的衍射后對于不同波長的 光形成的像點(diǎn)的位置不同。由于一個物點(diǎn)不是對應(yīng)一個像點(diǎn)，而是一個線段△I，也可以稱一個物點(diǎn)的全息圖是一個線全息圖，其寬度為△H，這個線全息圖在Y方向空間頻率 很高，而在x方向(與狹縫平行的方向)的空間頻率很低。設(shè)在某一固定位置所觀察到的單色像的波長是從x到口 ^7=^+△九，貝0： △A／x稱為像的單色 性。但在白光或空間擴(kuò)展光源下，這種再現(xiàn)像也會變得模糊‘12”，下面從像的單色性出發(fā)討論其模糊量的來源及大小。一步彩虹全息圖記錄時也可以把物體和狹縫放在透鏡焦點(diǎn)以外，使它們在透鏡的另一側(cè)成像，記錄時仍將全息干板置于物體像和狹縫像之間。2．一步彩虹全息攝制：從二步彩虹全息圖的記錄和再現(xiàn)過程可知，彩虹全息圖的本質(zhì)是要在觀察者和物體再現(xiàn)像之間形成一個狹縫像，使觀察者通過狹縫看物體，以實(shí)現(xiàn)自光再現(xiàn)，根據(jù)這一原理，可用一個透鏡對物體分別成像，使全息干板透鏡與像之間的適當(dāng)位置，如圖2．6(a)所示，狹縫位于透鏡的焦點(diǎn)以內(nèi)，在狹縫同側(cè)得隧到其放大正立虛像，若j、。首先，用通常的離軸全息 Hl法，制作一張普通的全息圖H。在彩虹全息術(shù)中，由于在記錄系統(tǒng)中加入狹縫，其狹縫像將在空間沿豎直方向色散成彩虹色，人眼正是通過這一色散觀察窗來觀察全息像的，當(dāng)人眼在豎直方向移動時，將依次重慶大學(xué)碩士論文 2．彩虹全息原理觀察到顏色按彩虹色序變化的單色像。彩虹全息正是利用這一原理，它是用激光記錄、用白光照明再現(xiàn)單色像的一種全息術(shù)。若在適當(dāng)?shù)牡胤椒乓还怅@，只讓某一單色光分量通過就能得到單 色光的一級衍射波。次之，藍(lán)光的夾角e。用一束白光平行照射到空間周期為x的光柵上，根據(jù)光柵方程，一級衍射光波與直射光波的夾角0滿足條件：sin口：—A—(2．1)X式中^是光波的波長，假設(shè)白光由紅、綠、藍(lán)三基色構(gòu)成，由于三色光的波 長不同，因此衍射光波將發(fā)生色散現(xiàn)象：一級衍射光波中，紅光(R)的波長最 長，夾角8。但全息顯示可以用白光來代替激光，其原理如下：全息圖是干涉條紋圖，當(dāng)一束平行光照射時，由于衍射作用，將形成沿不同方向傳播的衍射子波，衍射子波是圖像信息的載體，圖像越復(fù)雜，衍射予波就越豐富，這些衍射子波的重薪組合形成再現(xiàn)像，光柵是一種最簡單的干涉條紋圖。可見，用激光再現(xiàn)全息像雖保存了物光的振幅和位相信息，但丟失了色調(diào)信息。表示一幅含有千差萬別彩色的圖像，只用三幅單色圖像就可以了。要得到某種顏色，可以在色品圖中找出其色品坐標(biāo)(X，Y)，從而可求出三基色的亮度和波長。色品圖是進(jìn)行色度分析與合成的平面圖。不同比例紅、綠、藍(lán)三基色進(jìn)行相加混色可以得至q許多種不同的顏色(二次色)，相加混色的圓圖如圖2．1所示，要得到某一彩色，可以根據(jù)上面的相加混合的圓圖來決定采重慶大學(xué)碩士論文 2．彩虹全息原理用哪幾種基色，一般選取三基色的標(biāo)準(zhǔn)是：由它們混和的色品圖范圍大，亮度透射或反射率大。(4)混合色0 1湖[G王＼so的亮度等于三基色的0，6二Ⅵj陡∞亮度之和。(2)三基色必須是相互獨(dú)立的顏色，即其中任意一種基色都不能由其它兩種基色混合產(chǎn)生。但都是按三基色匹配進(jìn)行彩色分解和再現(xiàn)的。1三基色原理自然界或人工制造的各種彩色是不同波長光波互相混合的結(jié)果。7重慶大學(xué)碩士論文 2．彩虹全息原理2彩虹全息原理我們制作的彩色全息圖是根據(jù)三基色原理，利用彩虹全息術(shù)來制作，本章對三基色原理、彩虹全息原理、彩虹全息圖的攝制、彩虹全息像的模糊進(jìn)行討論。而且能充分利用激光能量，在制作大尺寸彩色全息像方面有良好的應(yīng)用前景。其次，研究了用平面波物光和散射參考光記錄和再現(xiàn)彩虹全息圖的可行性，并設(shè)計了一種能夠保留下細(xì)微結(jié)構(gòu)和亮度層次變法的制作真彩色全息圖的方法。1．7本文的研究工作本文主要是研究設(shè)計兩種新的制作真彩色全息圖的方法。另外，無明膠重鉻酸鹽全息記錄材料NGD。最常用的材料是鈮酸鋰“1’“”(LiNbO。由于光折變材料中存儲的信息可以用光學(xué)方法擦6重慶大學(xué)碩士論文 1緒論除，在多重存儲過程中，每一次全息記錄對于前面已經(jīng)記錄下來的全息圖也有擦除效應(yīng)““1，存儲的全息圖數(shù)目越多，每個全息圖的衍射效率就越低。其中展有希望的是光折變材料，光折 變材料具有光折交效應(yīng)，即當(dāng)受到非均勻的光強(qiáng)度的照射時，局部的折射率變化 與入射光強(qiáng)成正比?！?， 而且此種材料具有正性光刻蝕特性““。即使是超微粒SHG也不能形成較深的浮雕，因此對SHG的浮雕特性研究 近年來已很少見報道。 使銀鹽全息圖(SHGH)的衍射效率(DE)有很大提高。大量 文獻(xiàn)研究了SHG的乳膠特性、全息記錄和處理方法、空間頻率(SF)響應(yīng)等。4．其它有光導(dǎo)熱塑材料；光折變材料；無機(jī)光致變色材料：液晶材料，炭族化合物材料等上述各類材料有許多正處于研究發(fā)展階段，或因感光度過低，衍射效率差而應(yīng)用較少，下面只就常用的銀鹽感光乳膠和重鉻酸鹽明膠，以及近年來迅速發(fā)展的光全息存儲材料，作簡要介紹。目前可應(yīng)用于全息攝影的記錄材料種類 很多，除試驗(yàn)室常用的鹵化銀全息干板外，有使用價值的還有以下幾類。重慶大學(xué)碩士論文 1緒論1．6全息記錄材料全息術(shù)通過全息記錄介質(zhì)來記錄和輸出信息，這一事實(shí)決定了全息記錄介質(zhì)在全息術(shù)中起著重要的作用。若用銀鹽記錄材料的術(shù)語來說，它是一種對比度低，而灰霧度高的材料刪。就材料本身來講，它的