一种新型的金花全息制作方法

一种新型的金花全息制作方法

1设定的-工作原理彩虹3d技术的提出，促进了3d技术的应用。彩虹全息图的再现不仅可以用白光再现,而且再现像随垂直方向观察角度的变化而出现彩虹效果,这使艺术显示、商业应用的价值得到了提高。但是,在彩虹全息图的制作过程中,最初使用了狭缝或其它限制物波面的技术,再现像在垂直于狭缝方向的视差完全消失。其后,彩虹全息的制作出现了许多改进型,如用大口径和大相对孔径的非球面反射镜拍摄一步彩虹全息,体视对彩虹全息,多次曝光综合狭缝方法等,这些改进型并没有改变以视差损失为代价获得彩虹效果的局面。另外,彩虹全息图在观察时是通过色散的狭缝像来观察再现像的,因此,观察位置是受到限制的,否则会出现严重的色模糊,或者根本看不到再现像。本文提出一种全新的彩虹全息制作方法,可以完全不受狭缝限制,也不受透镜孔径限制。观察者可以在很大的范围内观察,水平视差和垂直视差都保持完全。2全息图的形成该方法采用两步全息记录法。图1为原物体母全息图记录光路。激光器为30mWHe-Ne激光器;BS为分束镜;M1,M2为反射镜;L1,L2为扩束镜;L3为准直透镜;O为待拍物体;H1为母全息干版;实验中采用天津I型。布置光路时,物体不宜离干版太近。经适当时间曝光后,再经过显影、停显、定影处理,即成为一张母全息图,为下一步制作彩虹全息作好准备。图2为第二步记录过程的光路原理图。激光束经BS分束后,一束作为再现光使母全息图共扼再现,H2放在再现实像附近;另一束作为参考光记录全息图。本实验中H1后并未放置狭缝,因而整个H1版的衍射光波都可以用来成像,这就保证了物波面在垂直方向和水平方向都不受限制。换句话说,这样记录的再现像可以有完整的视差。但在H2前面紧贴放置了一块面积大小相近的正弦全息光栅,光栅面与H2乳剂面要求对贴。这样可以防止因玻璃厚度和折射衍射引起的干扰、畸变。光栅空间频率决定于制作全息光栅时两束平面波的夹角与波长。实际光栅频率可以根据物体大小,干版面积等因素选择一个合适的数值。我们所采用夹角大约在30°左右。经第二步记录的H2再现时呈彩虹效果。这样一张全息图实际上是由复杂的干涉条纹经光栅空间调制而成。3qx,y表征假设我们采用的正弦光栅空间频率为f,则复振幅透过率为t(x)=12[1+sin(2πfx)]‚xt(x)=12[1+sin(2πfx)]‚x为第二步记录时H2平面的坐标。为简便起见,设参考光为xz平面内斜入射平面波UR(x)=exp(i2πsinθ′x/λ0)UR(x)=exp(i2πsinθ′x/λ0)式中λ0为记录波长。物光波为母全息图衍射成像光波,其再现实像成像在H2干版平面附近,设在H2平面复振幅分布为U(x,y)=A(x,y)exp[iϕ(x,y)]U(x,y)=A(x,y)exp[iϕ(x,y)]全息干版上记录到的光强应为I(x,y)=(U2+UR2+URU∗+UR∗U)t(x)Ι(x,y)=(U2+UR2+URU*+UR*U)t(x)处理后全息图的复振幅透过率为τ(x,y)=τ0+βI(x,y)τ(x,y)=τ0+βΙ(x,y)用白光照明再现,设对波长为λ的单色光复振幅为C(x;λ)=a(λ)exp(i2πsinθλx)C(x;λ)=a(λ)exp(i2πsinθλx)透射光复振幅为C(x;λ)τ(x,y)=C(x;λ)[τ0+βt(x)(U2+UR2)]+C(x;λ)βURU*t(x)+C(x;λ)βUR*Ut(x)上式第三项相当于C(x;λ)βUR*U经光栅衍射后的复振幅,令它等于q(x,y;λ),则q(x,y;λ)=βa(λ)exp(i2πsinθλ⋅x)exp(−i2πsinθ′λ0x)⋅A(x,y)exp[iϕ(x,y)]⋅12[1+sin(2πfx)]q(x,y;λ)=βa(λ)exp(i2πsinθλ⋅x)exp(-i2πsinθ′λ0x)⋅A(x,y)exp[iϕ(x,y)]⋅12[1+sin(2πfx)]利用公式sinx=exp(ix)−exp(−ix)2i,i=exp(iπ2)sinx=exp(ix)-exp(-ix)2i,i=exp(iπ2)得到q(x,y;λ)=12βa(λ)exp(i2πsinθλx)exp(−i2πsinθ′λ0x)⋅A(x,y)exp[iϕ(x,y)]+14βa(λ)exp(i2πsinθλx)⋅exp(−i2πsinθ′λ0x)⋅exp[i(2πfx−π2)]A(x,y)⋅exp[iϕ(x,y)]−14βa(λ)exp(i2πsinθλx)⋅exp(−i2πsinθ′λ0x)⋅exp[i(−2πfx−π2)]A(x,y)⋅exp[iϕ(x,y)]λ)=12βa(λ)exp(i2πsinθλx)exp(-i2πsinθ′λ0x)⋅A(x,y)exp[iϕ(x,y)]+14βa(λ)exp(i2πsinθλx)⋅exp(-i2πsinθ′λ0x)⋅exp[i(2πfx-π2)]A(x,y)⋅exp[iϕ(x,y)]-14βa(λ)exp(i2πsinθλx)⋅exp(-i2πsinθ′λ0x)⋅exp[i(-2πfx-π2)]A(x,y)⋅exp[iϕ(x,y)]令上式中第一项,第二项,第三项中复常数分别为U1,U2,U3,并设入射参考光波与再现光波和x轴夹角相等,即θ′=θ,则上式简化为q(x,y;λ)=U1exp[i2πsinθx(1λ−1λ0)]A(x,y)exp[iϕ(x,y)]+U2exp[i2πsinθx(1λ−1λ0)]exp(i2πfx)⋅A(x,y)⋅exp[iϕ(x,y)]−U3exp[i2πsinθx(1λ−1λ0)]exp(−i2πfx)A(x,y)exp[iϕ(x,y)]q(x,y;λ)=U1exp[i2πsinθx(1λ-1λ0)]A(x,y)exp[iϕ(x,y)]+U2exp[i2πsinθx(1λ-1λ0)]exp(i2πfx)⋅A(x,y)⋅exp[iϕ(x,y)]-U3exp[i2πsinθx(1λ-1λ0)]exp(-i2πfx)A(x,y)exp[iϕ(x,y)]上式第一项为相当于物光波经光栅衍射后的零级像,第二项、第三项为物光波经光栅衍射的正负一级像。当用白光再现时,不同波长的光将使零级物光波附加一个不同的位相因子。但相对于第二项、第三项中的位相因子exp[i(±2πfx)]随波长变化要慢,因此,对于z≠0的再现像点将产生色模糊。当z→0时,色模糊消失。对于正负一级像,除了与零级相同的附加位相因子外,还有一个与光栅频率成正比的附加位相因子exp[i(±2πfx)],它相当于一个在xz平面内与z轴夹角为θ=±arcsin(fλ)的单位振幅平面波。显然对于不同波长的再现光,这一附加位相因子取不同值,从而使再现物光波在参考光物光离轴方向上产生色散,即再现物光波因波长不同取不同的传播方向,当光栅频率足够高并且全息图H2尺寸不大时,各色波长的再现物光波可以很好地分开,呈彩虹效果。特别是当眼瞳位置离全息图较远时,进入眼瞳的波长范围Δλ可以较小。所以,虽然由于色散,对离全息图较远的像点(z≠0)将产生比较严重的色模糊,但进入瞳孔的波长范围可以较小,观察到的像仍然比较清晰。该法中由于未使用狭缝,所以观察者不必限制在再现的狭缝像位置观察。对于非离轴方向,由于全息图空频较小,所以色模糊小,这样一来垂直视差和水平视差都保持完全。图3为对一个物点的记录和对一个像点的再现的彩虹全息示意图。4形成全息图的成像我们对用此法制作的全息图再现像进行了观察。图4中(a)、(b)为垂直方向不同角度观察的再现像,可以看到垂直方向没有视差损失。另外,不同于狭缝一步彩虹全息,在成像过程中没有采用透镜,因此有可能使再现像视差大大地扩展。另外,该法制作的全息图,要使正