信息光学理论与应用：反射体积全息图解析

反射体积全息图是由苏联学者Y.Denisyuk（1927—2006年）于1962年首先提出的。普通反射体积全息图的记录光路如图5.7.3所示，采用单光束照明方式，用厚乳胶记录。物体反射一束光到全息底片上作为物光，另一束光作为参考光从相反方向照射到干板上，二者叠加产生干涉，形成驻波，经显影、定影形成全息图。当用白光照明重现时，沿着参考光的反射方向可观察到重现的单色像。

图5.7.3　反射体积全息图的记录和重现

反射体积全息图之所以可用白光重现，是因为由它形成的体积光栅具有波长选择性（Wavelength Selectivity）。特别是当光栅线与光传播方向垂直时，波长敏感性达到最高，而角度敏感性相对不高。参看图5.7.4和图5.7.5可以获得进一步的理解。在图5.7.4中，用虚线表示物波和参考波的波面。由物波与参考波在乳胶层形成的干涉平面银层周期地重复出现，且平行于玻璃片基，银层的间距Λ满足：

图5.7.4　由厚乳胶记录的基元全息图

图5.7.5　布拉格条件

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重现时，为了获得明亮的重现像，要求照明光经各银层反射能同位相叠加，即相邻银层反射的波所经历的光程须刚好差一个光波波长（布拉格条件），由图5.7.5知应有

式中，ψ=得虚像，ψ=得实像。因此，重现时只有满足条件式（5.7.14）的某种波长的光波能被反射回来形成像，其他波长的光波则被透射过去，不会由于各种波长的像的混叠产生色模糊。从式（5.7.13）中还可看出，当=90°时，Λ达到最小，亦即所形成的光栅的周期最小，在此情况下，即使波长λ发生小量变化，对Λ引起的相对变化都很大。因此，反射光栅对波长的变化敏感，而透射光栅则对波长的变化较宽容。在实际显影、定影过程中，乳胶会发生收缩，银层平面之间的距离会减小，会使重现像的色彩向短波长方向移动。为了避免这种情况的发生，需在记录介质后处理中增加防缩处理步骤。由于反射体积全息图对角度的敏感性不如透射体积全息图，因而它是制作白光重现全息图的一种好方法；而它对波长的敏感性却被用于在光纤通信中制成布拉格光纤光栅，具有广泛的用途（见第10章）。

上述普通反射体积全息图有一个特点，即其重现像永远呈现在全息干板后面。这是因为在记录时，被摄物体总是放在参考光束另一侧的缘故。反射体积全息图的重现像是否也能呈现在干板的前方或其上呢？这就需要记录像面反射全息图。这种全息图的特点是：物光波不是由实际的物体直接给出的，而是由事先制作的一个透射母版全息图H1的重现实像给出。如果把记录底片H2放在透射母版全息图的实像前方或实像像面上（如图5.7.6所示），那么，得到的像面反射全息图的重现像就会呈现在干板前方或干板上，且具有很强的立体感。在图5.7.6所示的记录光路中，干板H2挡住了H1的实像光束，这一光束就是H2的物光束，它与参考光R2的方向相反。

图5.7.6　记录像面反射全息图的光路

利用这种全息图制作精美的全息展品，使实像形成于干板H2与观察者之间的空间区域，犹如悬浮在空中一样，这将大大增强艺术效果。