核心概念
本文探討了在全像術中光源同調長度與記錄物件三維形狀之間的關係,並透過實驗證明,使用非雷射光源(如經過濾光片的 LED 和汞燈)也可以製作全像片,但能記錄的物件深度會受到光源同調長度的限制。
摘要
全像術與光學同調性
全像術的原理與應用
全像術是一種利用光波干涉記錄和重建物體三維圖像的技術。自 1948 年誕生以來,全像術已廣泛應用於成像、顯微鏡、顯示和環境監測等領域。
光學同調性的重要性
光的同調性是影響全像術成像品質的關鍵因素之一。同調長度是指光波保持相位關係的距離,它決定了全像術所能記錄的物體深度。
非雷射光源製作全像片的探索
研究問題
傳統上,製作全像片通常使用雷射光源,因為其具有較長的同調長度。然而,本研究探討了是否可以使用非雷射光源製作全像片,以及光源同調長度對全像片成像深度的影響。
實驗方法
研究人員使用以下光源製作硬幣的全像片:
- 氦氖雷射
- 高壓汞燈 + 綠色濾光片
- 紅色 LED + 1 納米干涉濾光片
- 紅色 LED
同時,他們使用共聚焦顯微鏡測量了硬幣的三維形狀,並根據全像片成像結果估算了不同光源的同調長度。
實驗結果
實驗結果表明,使用非雷射光源也可以製作全像片,但能記錄的物件深度會受到光源同調長度的限制。例如,使用紅色 LED 和干涉濾光片製作的全像片只能記錄硬幣上的肖像,而無法記錄硬幣表面的背景。
結論
本研究為學生提供了一個透過實驗探索光學同調性概念的機會。透過比較不同光源製作的全像片,學生可以直觀地理解光源同調長度對全像片成像深度的影響。
統計資料
氦氖雷射的同調長度約為 30 公分。
高壓汞燈 + 綠色濾光片的同調長度約為 5 毫米。
紅色 LED + 1 納米干涉濾光片的同調長度約為 300-350 微米。
紅色 LED 的同調長度小於 80 微米。
引述
"The coherence length of a light source is classically obtained using interferometric set-ups as Michelson or Mach-Zehnder interferometers."
"Holography is a great tool for pedagogic purposes: the realisation of a hologram is extremely motivating and enables the exploration of some important fundamental principles of optics and several applications."