用于原版全息記錄的實驗系統(tǒng)一般包括減震全息臺、光路轉(zhuǎn)向器、分束器、擴(kuò)束器、準(zhǔn)直器、成像透鏡、傅立葉變換透鏡、針孔濾波器、干版架、復(fù)位架、快門、自動曝光和顯定影定時器、多自由度微調(diào)器、可變光欄等部件。
全息工作臺
全息圖是參考波和物光波干涉條紋的記錄，如果在曝光過程中兩光波的光程差有變化，就要影響干涉條紋的調(diào)制度。通常要求該光程差的變化小于十分之一。所以，在全息原版制作過程中，特別要注意的是全息工作臺的穩(wěn)定性問題。
影響穩(wěn)定性的因素有震動、空氣流和熱變化等。震動的主要影響來自地基的震動，如果記錄系統(tǒng)部件的機(jī)構(gòu)有松動就會把震動放大，所以必須對全息工作臺采取減震措施。專用全息氣浮工作臺是最好的減震臺。簡單的減震方法可用砂箱、微孔塑料、氣墊（用汽車、飛機(jī)輪子的內(nèi)胎）和重100～200kg的鑄鐵或花崗巖，應(yīng)安裝一個隔離罩。如果不用隔離罩，記錄全息圖時室內(nèi)不要通風(fēng)，工作人員不要大聲講話和距工作臺遠(yuǎn)一些。
檢查工作臺穩(wěn)定性的方法是利用記錄系統(tǒng)部件，布置一個長臂邁克爾遜干涉儀系統(tǒng)，調(diào)節(jié)到只有3～5條干涉條紋，然后觀看條紋，如果外部有震動，干涉條紋沒有變化則可以認(rèn)為實現(xiàn)了消震。再把一面或兩面反射鏡用墊子墊起，如經(jīng)過一段時間后條紋無變化則認(rèn)為消震良好。為了進(jìn)一步確定判明全息臺是否消震，可以將反射鏡的安放位置和方向作幾次變動。如果干涉條紋無變化，就可確定實現(xiàn)了消震。當(dāng)用脈沖激光作為記錄光源時，因為曝光時間極短，就無需設(shè)減震及防震的措施。
光學(xué)元件
全息原版制作的透鏡和反射鏡等光學(xué)元件與普通用途的光學(xué)元件的工作原理相同。
1．透鏡 為了提高光的透射率，防止無用反射所引起的全息圖再現(xiàn)噪聲，透鏡面要鍍增透膜。另外，在選用透鏡時，要選用沒有缺陷和污臟的透鏡，因為它們會使全息圖在記錄和再現(xiàn)時產(chǎn)生噪聲。
2．反射鏡 當(dāng)光一次入射到普通反射鏡的玻璃基版上時，要先經(jīng)過折射再反射，反射光的損失很大。同時玻璃片基的兩面會因多次反射引入雜散光。所以全息制版需用表面平整度高和涂有多層反射膜的高反射率反射鏡。
3．分束器 分束器是記錄系統(tǒng)的一個重要元件，它的作用是將激光束分為兩束或多束，以便作為參考波和物體的照明光波。分束器一般是在長條玻璃板上鍍干涉膜。干涉膜有兩種：多層介質(zhì)膜和金屬膜。分光比可以連續(xù)變化或分段變化。用偏振元件制成的分束器可以連續(xù)地調(diào)節(jié)分束比，有些情況需要將光束分為三束或多束。一種方法是用幾個分束器，另一個方法是用全息光柵的多級衍射。位相全息光柵也可以作為連續(xù)變化分光比的分束器，只要改變激光器的入射角，分光比即可連續(xù)變化。
4．?dāng)U束器 因激光束的發(fā)散角很小，需要用一個擴(kuò)束鏡以加大光束的發(fā)散角。通常可用20倍、40倍的顯微物鏡，或焦距很短的單片正透鏡或負(fù)透鏡。有時為了減少光學(xué)元件，用凸球面或凹球面反射鏡同時進(jìn)行擴(kuò)束和改變光束的方向。
設(shè)用焦距為f′的正透鏡進(jìn)行擴(kuò)束，激光束的光斑直徑為2 ，則擴(kuò)束以后的光束發(fā)散角為 。由于激光束的光強(qiáng)分布為高斯型的，擴(kuò)束以后光強(qiáng)分布仍為高斯型。為了使光強(qiáng)分布均勻，一般在光路中加一個光欄。這樣因只利用其中很少的一部分光束，就要損失很多能量。
　 5．針孔濾波器 針孔濾波器的作用是限制光束的大小，消除擴(kuò)束鏡及其在擴(kuò)束以前光束經(jīng)過的光學(xué)元件所產(chǎn)生的高噪聲。針孔濾波器一般是厚度為25的鉬片，它要用激光打孔的方法，制成5～30μm的針孔。針孔大小的選擇與擴(kuò)束鏡后焦面上的散斑的大小和記錄的大小為 。在不考慮像的分辨率的情況下，可參考上式選擇針孔。因為擴(kuò)束鏡有一定的像差，實際的光斑較用上式計算的值為大，針孔大小可近似用計算。針孔在使用時要放在擴(kuò)束鏡后焦面上的亮斑處。通常針孔和擴(kuò)束鏡安裝在一個支架上，針孔的位置可在三個互相垂直的方向調(diào)節(jié)。首先將針孔置于擴(kuò)束鏡焦點附近，在針孔后面放置一個光屏。先稍許移動垂直（或水平）方向的調(diào)節(jié)手輪，用水平（或垂直）方向的手輪進(jìn)行掃描；如未見屏上有光斑，則繼續(xù)重復(fù)下去，待有光斑出現(xiàn)后，沿光軸方向或垂直方向移動針孔的位置使光斑的亮度逐漸增加，同時微調(diào)水平或垂直方向的手輪，使光屏上觀察到同心的亮暗衍射環(huán)；最后再沿光軸方向微調(diào)，使中央亮斑半徑不斷擴(kuò)大，亮度逐漸增加，直至最亮為止。
6．散射器 毛玻璃、石膏、白紙等都可以做為散射器。散射器是用來獲得均勻的散射光場。首先，散射器的照度要求均勻，以使散射光均勻。好的散射器在方向的光通量與法線方向的光通量相差很小，滿足的關(guān)系，這樣在 =±20°的范圍內(nèi)的 與 的差別小于6％。
全息原版記錄系統(tǒng)準(zhǔn)備事項
1．被照物體的準(zhǔn)備 全息照相常用的攝影物多半是尺寸不大、有光澤和反射率較高的物體。對于由玻璃制成的裝飾品等物體，在拍攝前要在表面上涂上薄層潤滑脂，使其具有漫散射特性。如果使用的是輸出功率為10mw的氦氖激光器時，被照物體的尺寸最大可為20cm×30cm。如果使用經(jīng)過選模的氬離子激光器，物體最大可為30×50cm。如果使用巨脈沖紅寶石激光器，則可拍攝人物像。
2．選擇干版 市場上出售的干版上標(biāo)有其所適合的激光器。應(yīng)根據(jù)客戶對全息商標(biāo)類型的要求和版面色彩設(shè)計要求，選擇與記錄光源波長和感光度相適應(yīng)的干版。在價格合適的情況下盡可能地選擇分辨率高的干版。
3．激光器準(zhǔn)備與調(diào)整 雖然激光束具有較高的相干度，但是在進(jìn)行全息制版之前仍要對激光器作檢查調(diào)整，使它們正確配合達(dá)到理想的工作狀態(tài)。對激光器檢查的內(nèi)容主要有五項：
①在單橫模的情況下是否有雜散光；
②振蕩輸出功率是否達(dá)到規(guī)定的指標(biāo)；
③是否是單縱模，如果是多縱模輸出，則要檢查是哪種情況的多縱模；
④在振蕩輸出中是否混有噪聲；
⑤是否是穩(wěn)定的連續(xù)振蕩。
在上述的五項檢查中，尤為重要的是前三項。因為它對全息照片的再現(xiàn)圖像質(zhì)量有較大的影響，故要進(jìn)行重點檢查。經(jīng)過檢查，如果發(fā)現(xiàn)不符合要求，則要進(jìn)行調(diào)整。
（1）橫模的選擇與調(diào)整 全息照相需要空間相干性較好的光源，激光束的空間相干性由其橫模所決定。在同一橫模中激光束波前的位相差是固定的。作為全息記錄用的激光器總是選擇單橫模的。如果激光發(fā)出的不是單橫模而是多橫模激光束，那么在全息照片上就不能形成均勻的干涉條紋。再現(xiàn)時，就會出現(xiàn)橫模圖形，在圖像上會出現(xiàn)斑紋。
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產(chǎn)生多橫模的原因主要有三種：
①光學(xué)諧振腔的設(shè)計不合理；
②在反射鏡和布儒斯特窗上附著灰塵；
③諧振腔的平行度不好。
調(diào)整的方法如下：首先，接通電源使激光器發(fā)出的激光照射到一張白紙上，觀察是否是單橫模。如果不是單橫模，則分析原因。如果屬于第①種情況，對外腔式氦氖激光器來講，可以換上曲率半徑與放電管相適應(yīng)的反射鏡。如果不能換，可以通過觀察激光輸出圖形來細(xì)微調(diào)整反射鏡的平行度，直至獲得單橫模輸出為止，然后固定，或者在放電管和反射鏡之間，放入直徑為2～3mm左右的針孔，使激光束通過針孔射到反射鏡上來調(diào)整。對于紅寶石激光器可在紅寶石棒和反射鏡間插入2～4mm的針孔，通過觀察激光振蕩圖形來調(diào)整和固定孔的位置。針孔材料可用薄金屬板。針孔的大小由紅寶石棒的直徑和振蕩的大小來定，因此，其最佳值會有不同。應(yīng)該準(zhǔn)備好直徑不同的各類針孔，以備使用。
如果光斑中出現(xiàn)復(fù)雜圖案，則多是激光器輸出端反射鏡的外側(cè)上附有灰塵的緣故。如果屬于第②種情況，可以用吹風(fēng)機(jī)向反射鏡的鏡面上和布儒斯特窗的窗片上吹空氣、或者用壓縮的氮氣，吹掉灰塵。如果灰塵附著在其他污濁物上，可以用棉球或擦鏡紙沾上丙酮或者乙醇、乙醚混合液（乙醇、乙醚的比例為6：4或5：5）用力甩去多余的液體后，輕輕擦試鏡面，注意千萬不要劃傷鏡面，擦過一次后更換擦鏡紙或棉球。
如果是第③種情況，同第①種情況一樣，通過觀察激光振蕩圖形，對諧振腔的反射鏡進(jìn)行細(xì)微調(diào)整，使兩個反射鏡平行。在單橫模時，激光的輸出功率最大。如果兩個反射鏡仍不平行，可以用下述方法調(diào)整它們的平行度。
①用適當(dāng)厚度的紙做成直徑為1～2mm左右的小孔，在它上面畫出幾個間距為1mm左右的同心小孔。
②把放電管、nd濾色片、反射鏡、電筒和針孔等按圖5－9所示的情況進(jìn)行配置，接通電源，放電管處于放電狀態(tài)。把針孔放在完全能夠看得到放電管中心的位置上，觀察反射鏡上所映現(xiàn)出的針孔紙板上畫的同心圓圖像是否清楚。如果看不清楚，可用電筒照射針孔紙板，再調(diào)整反射鏡，使同心圓的像和放電管同心（即同軸），這時放電管便與反射鏡垂直。用同樣的方法調(diào)整另一面反射鏡，就可使諧振腔的平行度調(diào)整好。
注意：由于上述方法是用眼睛觀察反射鏡的辦法來調(diào)整諧振腔的平行度的，而在反射鏡調(diào)整成平行的瞬間，會產(chǎn)生較強(qiáng)的激光輸出刺傷眼睛。所以，在接近所要求的平行度時，把眼睛移開并按預(yù)想的反射鏡移動方向，轉(zhuǎn)動反射鏡的調(diào)整螺絲進(jìn)行調(diào)整。對于外腔式激光器，可以在布儒斯特窗和反射鏡間插入nd濾色片或戴上保護(hù)眼鏡進(jìn)行調(diào)整。如果是內(nèi)腔式氦氖激光器，由于熱膨脹使放電管發(fā)生了變形，使激光束的橫模發(fā)生變化降低了輸出功率，這時可以對放電管的安裝狀態(tài)作微小調(diào)整，達(dá)到其輸出正常功率為止。
檢查諧振腔是否有所需輸出激光以外的漏光，則用厚黑布遮光。如果漏光是青白色的，這是放電管放電產(chǎn)生的光，也可以在激光器出口處設(shè)一個小孔光欄來把它消除。
（2）縱模的選擇和調(diào)整 對于用小型氦氖激光器作為記錄光時不必專門進(jìn)行縱模選擇工作。如果使用大型氦氖激光器、氬離子激光器和紅寶石激光器作為記錄光源，特別是在記錄大場景物體需要較長的相干長度時，必須對縱模進(jìn)行選擇和調(diào)整，使用單縱模激光束。
（3）降低噪聲 如果：①激光的放電電流不適當(dāng)；②在反射鏡和布儒斯特窗之間有灰塵或空氣流；③多模振蕩時，在模間產(chǎn)生了拍頻。則在激光的輸出功率中，會混入隨時間變化的噪聲，并使激光束的相干性變壞。
降低噪聲方法為：如果噪聲產(chǎn)生于第①種原因，對于放電電流可以改變的氦氖激光器而言，可以一邊用連接光檢流計接收的示波器觀察激光輸出，一邊調(diào)整放電電流，直至激光的輸出功率達(dá)到最大、噪聲降低到最小為止。對于放電電流固定的氦氖激光器，則可以激勵電流的初級端裝上可變電阻調(diào)壓器，用以調(diào)整放電電流。如果屬第②種原因（只有外腔式或半外腔式的激光器，才有這種噪聲現(xiàn)象），可采用遮斷與外部空氣對流的方法解決。
如果屬第③種原因，則可通過單縱模選擇方法加以解決。
除了以上三種主要原因外，若激勵電源不穩(wěn)定、激勵電源電壓不適當(dāng)、放電管和反射鏡等未固定、激光器使用年限已到，也是噪聲起因。因此，應(yīng)該細(xì)致地分析產(chǎn)生這類噪聲的原因，采用不同方法解決。
4．光學(xué)元件與其他元件
根據(jù)所記錄全息原版類型和記錄光路的設(shè)計要求，先畫一個配置圖。然后選用分束器、針孔濾波器、凸透鏡、全反射鏡的個數(shù)，準(zhǔn)備干版架、秒或1／250s的快門、能測數(shù)微瓦至十微瓦的激光功率計各一臺。此外準(zhǔn)備毛玻璃板等漫射板。
5．配置記錄光路
（1）光束方向與工作臺面平行 布置記錄光路時，首先應(yīng)使光束方向與工作平臺平行。激光束的高度要適中。如果激光輸出的高度不合適，應(yīng)用升（或降）光鏡調(diào)節(jié)到合適的高度，利用反射鏡或升光鏡的微調(diào)機(jī)構(gòu)和一個可移動的有固定高度標(biāo)記的支架，把激光束調(diào)節(jié)到與工作臺面平行。
（2）分光束分束比的選擇 光束平行度調(diào)節(jié)好后，便要安裝分束器。分束器分束比的選擇要考慮到記錄物體的大小和表面散射能力。記錄介質(zhì)表面處參、物光束強(qiáng)度的比保持在1－10的范圍內(nèi)。
（3）激光束的偏振方向 干涉條紋的調(diào)制度的一般公式為 ，式中是參、物光束比 , 為參、物光束振動方向之間的夾角， τ(t)是參、物光束的時間相干度。上式說明互相垂直的偏振光不能產(chǎn)生亮暗條紋。外腔式激光器因有布魯斯特窗，激光輸出是偏振光，應(yīng)使偏振方向與光束的入射面垂直；內(nèi)腔式激光器輸出激光束雖然不是偏振光，但是存在某一個振動方向的光強(qiáng)為最大的特點，所以應(yīng)使這個方向垂直于入射面。
（4）激光束應(yīng)通過擴(kuò)束鏡和準(zhǔn)直鏡中心的調(diào)節(jié) 安裝擴(kuò)束鏡時，應(yīng)上、下或左、右調(diào)節(jié)擴(kuò)束鏡（不加針孔）使射出的光斑中心與激光束重合；使用準(zhǔn)直鏡時，應(yīng)在激光束未擴(kuò)束以前把透鏡中心的位置與激光束中心重合。方法是觀察透鏡兩表面反射的一系列光點是否位于同一條線上。
（5）各種元件的機(jī)械構(gòu)造的穩(wěn)定 安裝各種光學(xué)元件的支架大都有2～4個自由度的調(diào)節(jié)，在使用時要檢查各部分機(jī)構(gòu)是否有松動的地方，各固定螺釘要擰緊，各調(diào)節(jié)的部分以安裝在中間位置為好，支架一般采用磁性表座，記錄時要把它和臺面固緊。


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