用于原版全息记录的实验系统一般包括减震全息台、光路转向器、分束器、扩束器、准直器、成像透镜、傅立叶变换透镜、针孔滤波器、干版架、复位架、快门、自动曝光和显定影定时器、多自由度微调器、可变光栏等部件。

    全息工作台

    全息图是参考波和物光波干涉条纹的记录，如果在曝光过程中两光波的光程差有变化，就要影响干涉条纹的调制度。通常要求该光程差的变化小于十分之一。所以，在全息原版制作过程中，特别要注意的是全息工作台的稳定性问题。

    影响稳定性的因素有震动、空气流和热变化等。震动的主要影响来自地基的震动，如果记录系统部件的机构有松动就会把震动放大，所以必须对全息工作台采取减震措施。专用全息气浮工作台是最好的减震台。简单的减震方法可用砂箱、微孔塑料、气垫（用汽车、飞机轮子的内胎）和重100～200kg的铸铁或花岗岩，应安装一个隔离罩。如果不用隔离罩，记录全息图时室内不要通风，工作人员不要大声讲话和距工作台远一些。

    检查工作台稳定性的方法是利用记录系统部件，布置一个长臂迈克尔逊干涉仪系统，调节到只有3～5条干涉条纹，然后观看条纹，如果外部有震动，干涉条纹没有变化则可以认为实现了消震。再把一面或两面反射镜用垫子垫起，如经过一段时间后条纹无变化则认为消震良好。为了进一步确定判明全息台是否消震，可以将反射镜的安放位置和方向作几次变动。如果干涉条纹无变化，就可确定实现了消震。当用脉冲激光作为记录光源时，因为曝光时间极短，就无需设减震及防震的措施。

    光学元件

　　全息原版制作的透镜和反射镜等光学元件与普通用途的光学元件的工作原理相同。

    1．透镜  为了提高光的透射率，防止无用反射所引起的全息图再现噪声，透镜面要镀增透膜。另外，在选用透镜时，要选用没有缺陷和污脏的透镜，因为它们会使全息图在记录和再现时产生噪声。

    2．反射镜  当光一次入射到普通反射镜的玻璃基版上时，要先经过折射再反射，反射光的损失很大。同时玻璃片基的两面会因多次反射引入杂散光。所以全息制版需用表面平整度高和涂有多层反射膜的高反射率反射镜。

    3．分束器  分束器是记录系统的一个重要元件，它的作用是将激光束分为两束或多束，以便作为参考波和物体的照明光波。分束器一般是在长条玻璃板上镀干涉膜。干涉膜有两种：多层介质膜和金属膜。分光比可以连续变化或分段变化。用偏振元件制成的分束器可以连续地调节分束比，有些情况需要将光束分为三束或多束。一种方法是用几个分束器，另一个方法是用全息光栅的多级衍射。位相全息光栅也可以作为连续变化分光比的分束器，只要改变激光器的入射角，分光比即可连续变化。

    4．扩束器  因激光束的发散角很小，需要用一个扩束镜以加大光束的发散角。通常可用20倍、40倍的显微物镜，或焦距很短的单片正透镜或负透镜。有时为了减少光学元件，用凸球面或凹球面反射镜同时进行扩束和改变光束的方向。

    设用焦距为f′的正透镜进行扩束，激光束的光斑直径为2 ，则扩束以后的光束发散角为 。由于激光束的光强分布为高斯型的，扩束以后光强分布仍为高斯型。为了使光强分布均匀，一般在光路中加一个光栏。这样因只利用其中很少的一部分光束，就要损失很多能量。

　  5．针孔滤波器    针孔滤波器的作用是限制光束的大小，消除扩束镜及其在扩束以前光束经过的光学元件所产生的高噪声。针孔滤波器一般是厚度为25的钼片，它要用激光打孔的方法，制成5～30μm的针孔。针孔大小的选择与扩束镜后焦面上的散斑的大小和记录的大小为 。在不考虑像的分辨率的情况下，可参考上式选择针孔。因为扩束镜有一定的像差，实际的光斑较用上式计算的值为大，针孔大小可近似用计算。针孔在使用时要放在扩束镜后焦面上的亮斑处。通常针孔和扩束镜安装在一个支架上，针孔的位置可在三个互相垂直的方向调节。首先将针孔置于扩束镜焦点附近，在针孔后面放置一个光屏。先稍许移动垂直（或水平）方向的调节手轮，用水平（或垂直）方向的手轮进行扫描；如未见屏上有光斑，则继续重复下去，待有光斑出现后，沿光轴方向或垂直方向移动针孔的位置使光斑的亮度逐渐增加，同时微调水平或垂直方向的手轮，使光屏上观察到同心的亮暗衍射环；最后再沿光轴方向微调，使中央亮斑半径不断扩大，亮度逐渐增加，直至最亮为止。

    6．散射器  毛玻璃、石膏、白纸等都可以做为散射器。散射器是用来获得均匀的散射光场。首先，散射器的照度要求均匀，以使散射光均匀。好的散射器在方向的光通量与法线方向的光通量相差很小，满足的关系，这样在 =±20°的范围内的 与 的差别小于6％。

    全息原版记录系统准备事项

    1．被照物体的准备   全息照相常用的摄影物多半是尺寸不大、有光泽和反射率较高的物体。对于由玻璃制成的装饰品等物体，在拍摄前要在表面上涂上薄层润滑脂，使其具有漫散射特性。如果使用的是输出功率为10mW的氦氖激光器时，被照物体的尺寸最大可为20cm×30cm。如果使用经过选模的氩离子激光器，物体最大可为30×50cm。如果使用巨脉冲红宝石激光器，则可拍摄人物像。

    2．选择干版  市场上出售的干版上标有其所适合的激光器。应根据客户对全息商标类型的要求和版面色彩设计要求，选择与记录光源波长和感光度相适应的干版。在价格合适的情况下尽可能地选择分辨率高的干版。

    3．激光器准备与调整  虽然激光束具有较高的相干度，但是在进行全息制版之前仍要对激光器作检查调整，使它们正确配合达到理想的工作状态。对激光器检查的内容主要有五项：

    ①在单横模的情况下是否有杂散光；

    ②振荡输出功率是否达到规定的指标；

    ③是否是单纵模，如果是多纵模输出，则要检查是哪种情况的多纵模；

    ④在振荡输出中是否混有噪声；

    ⑤是否是稳定的连续振荡。

    在上述的五项检查中，尤为重要的是前三项。因为它对全息照片的再现图像质量有较大的影响，故要进行重点检查。经过检查，如果发现不符合要求，则要进行调整。

    （1）横模的选择与调整    全息照相需要空间相干性较好的光源，激光束的空间相干性由其横模所决定。在同一横模中激光束波前的位相差是固定的。作为全息记录用的激光器总是选择单横模的。如果激光发出的不是单横模而是多横模激光束，那么在全息照片上就不能形成均匀的干涉条纹。再现时，就会出现横模图形，在图像上会出现斑纹。

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    产生多横模的原因主要有三种：

    ①光学谐振腔的设计不合理；

    ②在反射镜和布儒斯特窗上附着灰尘；

    ③谐振腔的平行度不好。

    调整的方法如下：首先，接通电源使激光器发出的激光照射到一张白纸上，观察是否是单横模。如果不是单横模，则分析原因。如果属于第①种情况，对外腔式氦氖激光器来讲，可以换上曲率半径与放电管相适应的反射镜。如果不能换，可以通过观察激光输出图形来细微调整反射镜的平行度，直至获得单横模输出为止，然后固定，或者在放电管和反射镜之间，放入直径为2～3mm左右的针孔，使激光束通过针孔射到反射镜上来调整。对于红宝石激光器可在红宝石棒和反射镜间插入2～4mm的针孔，通过观察激光振荡图形来调整和固定孔的位置。针孔材料可用薄金属板。针孔的大小由红宝石棒的直径和振荡的大小来定，因此，其最佳值会有不同。应该准备好直径不同的各类针孔，以备使用。

    如果光斑中出现复杂图案，则多是激光器输出端反射镜的外侧上附有灰尘的缘故。如果属于第②种情况，可以用吹风机向反射镜的镜面上和布儒斯特窗的窗片上吹空气、或者用压缩的氮气，吹掉灰尘。如果灰尘附着在其他污浊物上，可以用棉球或擦镜纸沾上丙酮或者乙醇、乙醚混合液（乙醇、乙醚的比例为6：4或5：5）用力甩去多余的液体后，轻轻擦试镜面，注意千万不要划伤镜面，擦过一次后更换擦镜纸或棉球。

    如果是第③种情况，同第①种情况一样，通过观察激光振荡图形，对谐振腔的反射镜进行细微调整，使两个反射镜平行。在单横模时，激光的输出功率最大。如果两个反射镜仍不平行，可以用下述方法调整它们的平行度。

    ①用适当厚度的纸做成直径为1～2mm左右的小孔，在它上面画出几个间距为1mm左右的同心小孔。

    ②把放电管、ND滤色片、反射镜、电筒和针孔等按图5－9所示的情况进行配置，接通电源，放电管处于放电状态。把针孔放在完全能够看得到放电管中心的位置上，观察反射镜上所映现出的针孔纸板上画的同心圆图像是否清楚。如果看不清楚，可用电筒照射针孔纸板，再调整反射镜，使同心圆的像和放电管同心（即同轴），这时放电管便与反射镜垂直。用同样的方法调整另一面反射镜，就可使谐振腔的平行度调整好。

    注意：由于上述方法是用眼睛观察反射镜的办法来调整谐振腔的平行度的，而在反射镜调整成平行的瞬间，会产生较强的激光输出刺伤眼睛。所以，在接近所要求的平行度时，把眼睛移开并按预想的反射镜移动方向，转动反射镜的调整螺丝进行调整。对于外腔式激光器，可以在布儒斯特窗和反射镜间插入ND滤色片或戴上保护眼镜进行调整。如果是内腔式氦氖激光器，由于热膨胀使放电管发生了变形，使激光束的横模发生变化降低了输出功率，这时可以对放电管的安装状态作微小调整，达到其输出正常功率为止。

    检查谐振腔是否有所需输出激光以外的漏光，则用厚黑布遮光。如果漏光是青白色的，这是放电管放电产生的光，也可以在激光器出口处设一个小孔光栏来把它消除。

    （2）纵模的选择和调整   对于用小型氦氖激光器作为记录光时不必专门进行纵模选择工作。如果使用大型氦氖激光器、氩离子激光器和红宝石激光器作为记录光源，特别是在记录大场景物体需要较长的相干长度时，必须对纵模进行选择和调整，使用单纵模激光束。

    （3）降低噪声   如果：①激光的放电电流不适当；②在反射镜和布儒斯特窗之间有灰尘或空气流；③多模振荡时，在模间产生了拍频。则在激光的输出功率中，会混入随时间变化的噪声，并使激光束的相干性变坏。

    降低噪声方法为：如果噪声产生于第①种原因，对于放电电流可以改变的氦氖激光器而言，可以一边用连接光检流计接收的示波器观察激光输出，一边调整放电电流，直至激光的输出功率达到最大、噪声降低到最小为止。对于放电电流固定的氦氖激光器，则可以激励电流的初级端装上可变电阻调压器，用以调整放电电流。如果属第②种原因（只有外腔式或半外腔式的激光器，才有这种噪声现象），可采用遮断与外部空气对流的方法解决。

    如果属第③种原因，则可通过单纵模选择方法加以解决。

    除了以上三种主要原因外，若激励电源不稳定、激励电源电压不适当、放电管和反射镜等未固定、激光器使用年限已到，也是噪声起因。因此，应该细致地分析产生这类噪声的原因，采用不同方法解决。

    4．光学元件与其他元件

    根据所记录全息原版类型和记录光路的设计要求，先画一个配置图。然后选用分束器、针孔滤波器、凸透镜、全反射镜的个数，准备干版架、秒或1／250s的快门、能测数微瓦至十微瓦的激光功率计各一台。此外准备毛玻璃板等漫射板。

　　5．配置记录光路

　　（1）光束方向与工作台面平行 布置记录光路时，首先应使光束方向与工作平台平行。激光束的高度要适中。如果激光输出的高度不合适，应用升（或降）光镜调节到合适的高度，利用反射镜或升光镜的微调机构和一个可移动的有固定高度标记的支架，把激光束调节到与工作台面平行。
　　（2）分光束分束比的选择 光束平行度调节好后，便要安装分束器。分束器分束比的选择要考虑到记录物体的大小和表面散射能力。记录介质表面处参、物光束强度的比保持在1－10的范围内。
    （3）激光束的偏振方向 干涉条纹的调制度的一般公式为 ，式中是参、物光束比 , 为参、物光束振动方向之间的夹角， τ(t)是参、物光束的时间相干度。上式说明互相垂直的偏振光不能产生亮暗条纹。外腔式激光器因有布鲁斯特窗，激光输出是偏振光，应使偏振方向与光束的入射面垂直；内腔式激光器输出激光束虽然不是偏振光，但是存在某一个振动方向的光强为最大的特点，所以应使这个方向垂直于入射面。
　　（4）激光束应通过扩束镜和准直镜中心的调节 安装扩束镜时，应上、下或左、右调节扩束镜（不加针孔）使射出的光斑中心与激光束重合；使用准直镜时，应在激光束未扩束以前把透镜中心的位置与激光束中心重合。方法是观察透镜两表面反射的一系列光点是否位于同一条线上。
　　（5）各种元件的机械构造的稳定 安装各种光学元件的支架大都有2～4个自由度的调节，在使用时要检查各部分机构是否有松动的地方，各固定螺钉要拧紧，各调节的部分以安装在中间位置为好，支架一般采用磁性表座，记录时要把它和台面固紧。

[时间：2008-09-09  来源：互联网|#]