数字像面全息与同轴全息实验研究

刘丽君，封 玲，王喜省，张 驰，张世骧

（深圳大学，广东深圳 518060）

数字像面全息与同轴全息实验研究

刘丽君，封 玲＊，王喜省，张 驰，张世骧

（深圳大学，广东深圳 518060）

通过采用数字像面全息与同轴全息技术拍摄透明物体以及不透明物体的全息图，并在计算机上再现。结果表明，当记录较小物体的全息图像时像面全息技术更加合适。

数字全息；像面全息；同轴全息

全息术是利用光的干涉和衍射原理记录并再现物体光波波前的一种技术。首先利用光波的干涉原理，在场波场中引入一个参考光波，使其与物光波在记录平面相干叠加产生干涉条纹，将干涉条纹记录，即为全息图；然后利用光的衍射原理，同特定的再现光波照射整个全息图，就可以重现原始光波。全息术对比普通照相术的最大特点就是它不仅记录了物体的振幅信息，还记录了物体的相位信息，从而可以再现出原物体的三维图。

数字全息术利用电耦合器件CCD代替传统光学全息的银盐干版，利用计算机编程对CCD记录下的离散数字全息图进行数字再现，实现了全息图记录、存储和再现全过程的数字化。

1 实验部分

1.1 透明物体像面全息光路

JSQ-1型数字全息实验仪：450单模氦氖激光器1；透反镜调节器1；反射镜调节器2；可变光强衰减调节器1；扩束镜调节器（×20）1；扩束镜调节器（×60）1；准直镜调节器2；光束提升器1；试件夹持调节器1；分光棱镜调节台1；全反方镜调节台1；数字摄像头1；计算机1；工作台1；数字全息再现软件、数字摄像头操作软件；被摄物体。

1.2 不透明物体像面全息光路

布置光路图，见图1～2：透明物体的像面全息和同轴全息按实验原理中的图1布置光路，不透明物体的像面全息则按照图2布置光路。

图1 实验装置图

图2 不透明物体像面全息光路系统

1.3 透明物体同轴全息

如图1布置光路，除去成像透镜。

1.4 调节光路要点

将所有的光学元件中心调到等高。将物光调为平行光。将参考光调为平行光。参考光和物光的光强比要合适（参物光强比一般取1∶1～2∶1）。调节分光棱镜BS2和CMOS之间参考光与光敏面法线的夹角调到合适程度，对于同轴数字全息，参考光和物光的夹角为零。

1.5 数字全息图记录和再现

1.5.1 透明物体像面全息

其再现图见图3。

图3 透明物体像面全息图（左）及再现图

1.5.2 透明物体同轴全息

再现图见图4。

图4 透明物体同轴全息图（左）及再现图

1.5.3 不透明物体像面全息

再现图见图5。

图5 不透明物体像面全息图（右）及再现图

2 原理简述

2.1 像面全息记录

图6 数字全息记录系统坐标图

显微像面全息记录光路的分析图见图6。物体经M0放大成像，放大的物光波与参考光波在CMOS光敏面上干涉，并被其记录，形成物体的数字全息图。

记录在CMOS上的光场分布为

2.2 像面全息再现

全息图的数字再现是以数字计算方法来完成表示光学再现的物理过程，即数字模拟光学衍射过程。在数字像面全息中，由于物体聚焦在全息图面上，因此物距为零，再现的像距也为零，再现像不需在空间传播，位于全息图上。

对于二维情况，再现实像面上光场复振幅的数字化表示为

实像再现像面上的光场的光强和相位分布分别为

3 结束语

从实验得到的全息图以及再现图可看出，在其他实验参数一样的情况下，像面全息成像效果和再现效果见图3，比起同轴全息的成像效果和再现效果见图4都要清晰，轮廓线也更加明朗；数字像面全息术可获得物体的数字显微图像，其在微观结构测量领域的应用研究日益备受人们关注［1－2］。尤其不透明的数字像面全息图记录光路系统在微小物体的三维形貌测量上将有着非常重要的应用。

［1］ 吕且妮，葛宝臻，张以谟.数字显微像面全息技术研究光电子［J］.激光，2006，17（4）：475-478.

［2］ 罗鹏，吕晓旭，钟丽云.数字全息技术研究进展及应用［J］.激光杂志，2006，27（6）：8-10.

Experiment Research on Digital Image Plane Holography and Digital In-line Holography

LIU Li-jun，FENG Ling，WANG Xi-Sheng，ZHANG Chi，ZHANG Shi-xiang

（Shenzhen University，Guangdong Shenzhen 518060）

By utilizing digital image plane holography and in-line holography，transparent and opaque object holography is recorded and reconstructed by a computer.The experiment result shows，to smaller objects，digital image plane holography is more suitable.

digital holography；image holography；in-line holograghy

O348.12

A

1007-2934（2011）06-0019-02

2011-10-10

深圳大学教务部探索研究性实验资助项目

＊通讯联系人