此節中分別介紹全像記錄材料、照相機與所使用之雷射的特性。
3.1-1 全像記錄材料
全像記錄材料依其記錄後改變之特性，分為振幅材料與相位材料。振幅 材料在記錄、沖洗完後，不同曝光強度之區域在重建時會有不同的吸收係數，
以致於入射重建光的振幅被調制。相位材料在記錄、沖洗完成後，不同曝光 強度之區域在重建時有不同的厚度或折射係數，導致入射重建光相位被調制。
在此實驗中，所用的記錄材料為 Slavich 公司的 PFG-01 底片(plate)，
它們的沖洗步驟主要分為顯影(developer)與漂白(bleach)，在顯影後漂白前 它是振幅材料，漂白後為相位材料，通常會以漂白步驟來增加重建強度，在 此都以 Integraf 公司的 JD4 配方沖洗，JD4 配方如表 4。
以下配合此實驗所用之底片與沖洗配方組合，說明材料在各步驟中的變 化情形。
表 4. JD4 全像底片沖洗配方[17]
顯影還原劑(A 劑) 份量
Metol or Elon (p-Methylaminophenol sulfate) 4g
Ascorbic Acid(powder) 25g
Distilled water 1000ml
顯影鹼性溶液(B 劑) 份量
Sodium Carbonate, Anhydrous 70g
Sodium Hydroxide 15g
Distilled water 1000ml
漂白劑 份量
Copper Sulfate, Pentahydrate 35g
Potassium Bromide 100g
Sodium Bisulfate, Monohydrate 5g
Distilled water 1000ml
PFG-01 的記錄材料為鹵化銀乳膞(silver halide emulsions)，主要反 應物鹵化銀以微小的結晶方式分散在凝膞中，如同固態懸浮粒子，藉由加入 不同的光敏染料(sensitizing dyes)，可以選擇或加寬此記錄材料的感光波 長。PFG-01 選擇了 632.8nm 為主要波長。
材料被光照射到時，鹵化銀吸收光的能量造成區域擾動，造成部分的鹵 化銀游離，凝膞裡的物質變成未反應之鹵化銀、銀離子與鹵素離子的混合物，
未反應之鹵化銀與兩種不同離子的區域濃度依區域光能量而定，形成和光強 度相關的影像資訊，但是這些濃度分佈在可見光下無法看見，稱為潛像 (latent image)。
潛像需要經過顯影過程，將潛像轉換成黑白反轉的振幅函數，即所謂的 負片底片(negative film)，才能在可見光下觀察。顯影藥劑包含兩種還原劑 與鹼性溶液，兩種還原劑一起作用的效果比單獨使用一種的還原性更好，且 化學作用產生的粒子也比單使用一種來的細膩。還原劑的還原反應把銀粒子 還原成金屬銀原子，而鹼性溶液用來中和還原反應產生的氫離子，防止還原
劑在酸性環境活性下降，在此當作酸鹼度控制的緩衝溶液。而鹵素離子在水 溶液中溶解度高，在顯影過程中會溶於水中。凝膞與未反應的鹵化銀在此階 段則不受影響。
接下來此配方的漂白溶液中包含氧化劑與大量的溴離子，將被還原的銀 離子全數以溴化銀取代。溴化銀具有透明與高折射率的特性，它和未反應的 鹵化銀會有不一樣的分子密度，因此經過漂白程序，即將原本銀粒子與鹵化 銀的負片圖形轉換成溴化銀與鹵化銀的正片底片，變成相位式的全像片。[16]
全部的化學變化流程如圖 42：
圖 42. 記錄材料沖洗化學變化流程
一般用於記錄影像的材料會考慮其厚度、感光波長、敏感度與解析能力 等特性，其中最感光波長為材料製作時選定的特性，而厚度會影響厚全像特 性的顯著性，即重建光選擇性的嚴格程度；敏感度會影響攝影的曝光時間，
玻璃基版
鹵化銀+銀離子+鹵素離子+凝膞
鹵化銀+銀離子+鹵素離子+凝膞 鹵化銀+凝膞
鹵化銀+凝膞
參考光 物體光
曝光
玻璃基版 鹵化銀+銀粒子+凝膞
鹵化銀+銀粒子+凝膞 鹵化銀+凝膞
鹵化銀+凝膞 顯影
玻璃基版 鹵化銀+凝膞 底片
玻璃基版
鹵化銀+溴化銀+凝膞 鹵化銀+凝膞 鹵化銀+溴化銀+凝膞
鹵化銀+凝膞 漂白
亮紋 暗紋 亮紋 暗紋
時間越短攝影品質越不容易被外界不穩定影響，解析能力會影響記錄的干涉 圖案品質，以下以表 5 整理 PFG-01 的底片規格參數：
表 5. PFG-01 底片參數[18]
特性項目 量值 附註
大小 10.16cm*12.7cm
厚度 7.31um
玻璃基板折射率 1.5 [19]
材料折射率 1.609 ±0.002 [19]
適用波長 633nm – He Ne laser and 526nm - Neodymium lasers 顆粒大小(帄均) 40nm
曝光能量密度 80uJ/cm2
解析度 >3000lp/mm 由顆粒大小計算值：2.5×104lp/mm
由曝光能量密度資訊，底片曝光的時間經由計算為：
r
o I
I
80uW
參考光能量密度 物體光能量密度
曝光能量密度
曝光時間 (25)
底片中發生的各個化學反應速率都溫度有關，溫度約高反應越快，在此 實驗中，暗房溫度控制在約 20℃。從曝光完成至沖洗步驟的漂白完成前，底 片需與其敏感波長的光隔離。沖洗流程由浸泡去離子水開始，在去離子水中 浸泡 10 秒可讓底片各處之反應物在接下來的藥水反應中，有較均勻的反應速 率；接下來將底片移到由 A 劑與 B 劑等量混和的顯影液中，以緩慢速度輕搖 底片，直到底片變黑，在此溫度下約需要 90 秒，顯影完成後需讓底片在去離 子水中輕搖 3 分鐘，將殘留在底片上的顯影液去除；再來，將底片移至漂白 液中輕搖直到其完全透明，透明後在同藥水中放置 5 秒，再將其移至去離子 水中輕搖 3 分鐘，充分洗去在底片上的漂白劑；最後的清洗步驟，是將底片 浸泡在水痕防止液中 40 秒，降低底片上水的表面張力，防止底片乾燥時表面 有水珠的痕跡，至此底片以沖洗完成。沖洗完成後，需讓底片帄放在通風乾 淨的環境約 2 小時，讓水分充分乾燥後才可以移動與重建欣賞。
以下為 PFG-01 以 JD4 配方沖洗的沖洗流程：
表 6. PFG-01 沖洗流程[17]
步驟 時間 附註
1.浸泡去離子水 10s
2.顯影 約 90s 輕搖材料，直到材料變黑
3.去顯影液 3min
4.漂白 變透明後再放置 5s
5.去漂白水 3min 6.泡水痕防止液 40s
7.風乾 2hr
3.1-2 照相機規格
在此論文中，帄面影像的取得包含以 Matlab 軟體模擬產生，與以 Nikon D’ 100 數位相機配合 Nikon AF Nikkor 28-85mm/F3.5-4.5 鏡頭取得。以前 者產生的帄面影像沒有視角限制，如同以針孔相機來取像，任何影像都可完 整取得。而已真實的像機取像則要考慮其視角與影像品質，在此只列出其規 格，3.2 節中會說明這些規格對於複合式全像設計的限制。
表 7. Nikon D’100 與 Nikon AF Nikkor 28-85mm/F3.5-4.5 鏡頭搭配規格
項目 註
影像畫素 3008*2000
對焦長度與 35mm 底片機校正值 1.5
CCD 尺寸 23.7mm*15.6mm 視場角計算要除上 1.52
3.1-3 雷射之特性
全像術包含光波干涉記錄與光波繞射重建兩步驟。光波干涉需要同調的 光源， 1960 雷射發明後，記錄全像以雷射為光源。
雷射光與一般光源之重要差異有二，一為強度比一般的光源強，可以減 少底片曝光的時間，減少外界擾動影響的機會；另一則是其同調性比一般的 光源好很多。除了同調性和強度，作為全像光源還有偏振性、穩定性，以及 波長需要考慮。此實驗所用之雷射參數規格如表 8，其中已經包含強度、空 間同調性、偏振性、穩定性以及波長(632.8nm)資訊，以下對各個參數作簡單 討論以及解釋。
表 8. 雷射參數規格表[20]
High Performance JDS Uniphase Helium-Neon Lasers
型號 1137P
最小輸出功率(TEM00) 7mW
光束直徑 0.81mm
縱軸模態間距 435(MHz)
偏振性 500:1
強度方面，考量儀器與環境之不穩定，希望底片曝光時間越短越好，所 以在底片不被破壞情形下，希望光強越強越好。而波長方面，對於一般全像 攝影，需考慮物體的反射強度與頻譜，此和物體之材質、顏色有關，在複合 式全像中因物體為帄面影像之穿透光，穿透光場可藉由影像調整，但仍需針 對物體顏色選擇配合之底片與雷射波長，以免成像與物體的顏色認知差異太 大。而偏振態在此以 S 偏振來記錄，以光場疊加之概念，以 S 偏振記錄干涉 條紋將有最好的對比度。
在講解空間同調性與時間同調性之前，首先了解什麼是同調性。同調性
（希臘文
cohaerere
）又稱相干性，描述波動在傳播時，其物理量在不同地 點或不同時間的相關特性。同調度（degree of coherence）是用來表示波動 相關特性的一種度量[21]。由全像原理介紹，兩道光的干涉條紋強度可以表一個光源的空間同調性，指它所發出之光場在空間裡相異位置的相似程 度，一般以楊氏雙狹縫(Young’s double slit)實驗測量，對於雷射而言則 是它的橫向模態。根據表 8，此雷射的橫向模態只有 TEM00 模一種，在橫向 光束截面有固定的相位、均勻的強度分布，不但是光功率最高的模態，且在 橫向方向只有一種振動頻率，條紋的位置不會隨時間飄移，相較於多模雷射 十分適合用來記錄全像。
一個光源的時間同調性，指它所發出之光場在相異時間截面相位的相似 程度，實驗上一般以麥克森干涉儀(Michelson Interferometer)測量，對於 雷射而言則是它的縱向模態。時間同調性在表格中沒有直接闡述，由有縱向 模態間距，僅可知此為多模雷射。然而記錄全像必頇知道光源的同調長度，
才知道兩道光光程差(OPD, Optical path difference)的容許範圍，在此論 文中我們以麥克森干涉儀測量其同調長度，測量架構與討論請參照附錄一。
在此測量結果如圖 43，在此定一明視度介於 0.707~1 的兩道光具時間同調特 性，可知此雷射明視度好的同調範圍為 69*n+10cm。
圖 43. 光程差與明視度關係曲線
穩定性的重要性在於，在全像記錄期間，干涉條紋之位置必頇穩定，感 光材料的記錄結果才不會一片模糊。屏除光學架構中，因元件振動造成光程 差變化而改變條紋位置，雷射共振腔之溫度、電源電壓變動也可能造成主波 長飄移而間接造成條紋位置改變[22]。干涉條紋的亮暗位置分佈決定於相位 差，而相位差決定於光程差與入射角度，因此上述光程差不為零、但是明視
光 程 差 與 明 視 度
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
0 10 20 30 40 50 60 70 80
光程差(cm)
明視度
7 . 0
~ 2 1
度好的同調長度，在所用底片所需之記錄時間內，不一定足夠穩定來記錄全 像。因此在此以實驗架構所需之 69cm 光程差與底片 PFG-01、PFG-03，來測 詴此光源在不同記錄時間長度下，穩定度是否足夠。測詴方法為觀察光程差
度好的同調長度，在所用底片所需之記錄時間內，不一定足夠穩定來記錄全 像。因此在此以實驗架構所需之 69cm 光程差與底片 PFG-01、PFG-03，來測 詴此光源在不同記錄時間長度下，穩定度是否足夠。測詴方法為觀察光程差