[科普中国]-参考光束

简介

参考光是由光源发出的光，经反射扩束直接射到干板上，物光是光源发出的光，经过物体反射之后射到干板上，其相位、振幅收物体表面的影响，会和参考光不同，这两束光照到干板上，干涉情况与物体有关，所以条纹可记录物体的相位信息，从而拍出全息照片。

参考光束是用于读取和写入全息图的激光束。它是用于创建全息图的两个激光束之一。为了读取全息图，参考光束的一些（即其入射角和光谱）必须与用于写入全息图时一样精确地传播。 因此，通常参考光束是高斯光束或球面波束（从单点辐射的光束），这些光束易于再现。

用于写全息图的另一根光束是信号光束或物体光束，简称物光。1

全息成像中的参考光束波前记录用干涉法记录物光波：

假定记录介质H位于xy平面上，物光波前在H上产生的复振幅分布为：

引入一相干参考波，该参考波在H上产生的复振幅分布为：

那么，两波相遇叠加的总光场是：

对应的强度分布为

其中， 分别为物光和参考光的强度， 为干涉项。干涉项中包含了物体光波振幅和位相信息。

波前再现用衍射法再现物光波

两个波前的干涉图样通过曝光经显影处理后将全部记录到记录介质上，称为全息图。全息图实际上是一幅干涉图。

记录介质的作用相当于线性变换器，它把曝光时的入射光强线性地变换为显影后负片的复振幅透过率：

若假定参考光强在H表面上是均匀的，则：

用参考波照明和用共轭参考波照明：

用相干光波照射全息图，假定它在全息图平面上的复振幅分布为C(x,y)，全息图的透射光场分布为：

若采用参考光波照射全息图，即C(x,y)=R(x,y)，则：

不考虑常数因子的影响，U3是原始物光波的准确复现，给出物体的一个虚像；O*是物光波前的共轭，若原始物波是发散的，则共轭光波是会聚的，因此U4的传播将给出物体的一个实像。此时，虚像没有变形，而实像有变形。

若采用共轭参考光照明全息图，即C(x,y)=R*(x,y)，则：

U3和U4仍正比于物光波前或其共轭，将分别产生虚像和实像；此时，虚像有变形，实像没有变形。2

分析全息图可看作是很多基元全息图的线性组合，了解基元全息图的结构和作用对于深入理解整个全息图的记录和再现机理非常有益。

空域方法是把物体看作一些相干点源的集合，物光波前是所有点源发出的球面波的线性叠加。每一个点源发出的球面波与参考波干涉，记录的基元全息图称为基元波带片；

频域方法是把物光波看作由很多不同方向传播的平面波分量的线性叠加，每一个平面波分量与参考平面波干涉而记录的基元全息图称为基元光栅。

如右图，参考波是由坐标在 的点源发出的球面波，在傍轴近似下，投射到照相胶片上的波前为：

由于物体是由很多点集合而成的，若考虑一物点(x0,y0,z0)发出的球面波，投射到照相胶片上的波前近似为3 ：