离轴全息实验的Matlab Gui仿真

成纯富 欧艺文 方照东 陈嘉轩 陈泽浩 杨张永

【摘要】本文介绍了离轴全息实验的基本原理，利用Matlab Gui对离轴全息实验进行了仿真，分析了物光与x，y轴夹角、成像距离和衍射面尺寸对离轴全息再现像质量的影响。

【关键词】离轴全息实验 Matlab Gui 再现像

【中图分类号】TB864 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2019）12-0250-01

一、引言

为了消除同轴全息图中孪生像的相互干扰，1962年密执安大学雷达实验室的利思和乌帕特立克斯提出了离轴全息图。由于离轴全息实现了零级像，原始像和共轭像的分离，从而大大提高了再现像的清晰度。且1960年激光的出现为全息技术提供了高相干度的光源，这样一来，全息技术的两大难题均已攻克，从而使得全息技术得到了迅速的发展。

在离轴全息记录与再现的实验中，所涉及到的实验器件较多，光路调整也较麻烦。因此，为了使学生更加方便地理解实验原理和观测实验现象，许多研究小组对离轴全息开展了Matlab仿真 [1]，并取得了一定的效果。为了实现更加直观、方便的效果，本文将开展基于Matlab Gui的离轴全息的仿真。

二、离轴全息实验的基本原理

离轴全息主要包含记录和再现这两个步骤。记录时物光和参考光需以一定的夹角照到记录介质上，为了能使原始像和共轭像从零级像中分离出来，且原始像和共轭像不产生相互干扰，物光与参考光的夹角需满足公式（1）。

θmin≥arcsin（3Bλ） （1）

式中，B为物光场频谱的带宽，λ为记录激光的波长。为了得到清晰的现象像，通常，夹角选择30-60度，为了方便调整光路，一般选择45度。

再现时通常选择垂直入射的平面波进行照明再现。由于参考光、物光以一定的夹角照到记录介质上，所以再现时零级像、原始像和共轭像分别在不同方向出现而彼此分离，从而克服了同轴全息中三像重叠问题。

三、离轴全息实验的Matlab Gui仿真

在离轴全息实验原理的基础上，我们利用Matlab Gui实现了离轴全息的记录与再现的仿真，仿真界面如图1所示。由图1可以看出：仿真界面包括视频介绍、记录和再现原理示意图以及3个主要参数对离轴全息再现像质量的影响。视频介绍主要介绍实验的基本原理、光路设计步骤及注意事项、Matlab Gui的仿真步骤和关键技术细节等。视频介绍对于加深学生理解离轴全息的实验原理和激发学生编程兴趣具有积极意义。

仿真结果表明：当衍射面尺寸和成像距离不变时，全息图随著物光与x，y轴夹角的增大而越来越大，包含的信息也越来越多，当物光垂直照射时，所得到的全息图的效果最好，基本上包含了物体的所有信息，用此时的全息图来得到的再现像的质量也最好。当成像距离和物光与x，y轴夹角不变时，随着衍射面尺寸的增大，0级像和正负一级像靠得越来越近，影响了再现像的质量；当衍射面尺寸和物光与x，y轴夹角一定时，随着成像距离的增大，0级像和±1级像的尺寸反而变小而逐渐变得模糊。

四、结论

本文在对离轴全息实验基本原理进行理论分析的基础上，运用Matlab Gui软件实现了离轴全息的记录与再现。通过Matlab Gui仿真能省去了搭建相关实验平台的繁琐，也能更加精确、直观的得到实验结果，这对于促进学生理解实验的基本原理和激发学生的编程兴趣具有积极意义。

参考文献：

[1]陈宁.数字全息技术研究[D]. 暨南大学，2004.