三、 記錄光源與重建光源量測
3.1 雷射光的同調性
全像片記錄兩道光的干涉條紋，因此，干涉條紋是否被記錄清楚，就 與全像片拍攝的成功與否非常有關連。為了以實驗結果判斷是否為良好的 干涉條紋，邁克森(Michelson)定義出一個物裡量，條紋的明視度 V (Visibility of fringes)為
V = Imax − Imin
Imax + Imin， ( 43 ) 其中的Imax與Imin分別代表條紋強度的最大值及最小值。因為條紋的明視度 正比於光源的同調性，所以拍攝光源之同調性對於全像片之拍攝是非常重 要的。光源的同調性分析又可以分作空間同調與時間同調，分別以下來做 說明。
3.1.1 空間同調
空間同調是在描述同一時間上，一個光波場上不同的兩個點，它們強 度或振幅的相關性。可以藉由雙狹縫干涉實驗(Young’s Double Slit
Experiment)得到驗證，如圖 17 所示。當光源具有完全同調特性時，干涉條 紋的強度分布會在兩道光的總和平方及零之間震盪；而當部分同調時，條 紋的對比度就會下降。
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圖 17 空間同調示意圖[ 12 ]
雷射在單一橫向模態共振，例如 TEM00，它就具有完全空間同調的特 性；當雷射允許多種橫向模態存在時，此雷射的空間同調特性就會下降，
因為橫向模態會有不同的頻率，也就是說，不同相位會隨著時間作變化[ 12 ]。
本論文拍攝的光源使用 Meredith Instruments 公司所出產之 20mW 波長為 633nm 的氦氖雷射[ 13 ]，該雷射只有 TEM00模態，因此有良好的空間同調 性。
3.1.2 時間同調
在現實的光源中即使是雷射，其發出的光波之相位也無法完全穩定，
我們定義光源相位保持穩定的平均連續時間為同調時間∆tc，Δtc = Δν1，∆tc
是光源頻寬(frequency bandwidth) ∆ν 的倒數。另外，定義光在同調時間內行 進的距離為同調長度 lc，lc = c ∙ Δtc = Δνc，其中 c 為光速。雷射的同調長度 將決定物體光與參考光的光程差之最大值，以及所拍攝物體的大小和景深，
所以，測量拍攝全像片雷射光源之同調長度是非常重要的。
欲觀察時間同調性，就要在空間中固定一個點，但在不同時間上觀察 光波的複數振幅關係。我們使用邁克森干涉儀(Michelson interferometer)來測
完全同調 部分同調 不同調
光強度 I
位置
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量同調長度。
邁克森干涉儀的實驗架構圖，如圖 18 所示：
圖 18 邁克森干涉儀的實驗架構圖
因為 CCD 感光元件無法偵測太強的光，所以，首先在干涉儀前使用半 波板(half wave plate, λ/2) 、衰減片(Neutral Density filter, ND) 以及偏振分光 鏡(Polarizer beam splitter, PBS)和偏振片(Polarizer)來降低光的強度。之後，
光經過空間濾波器(Spatial filter, S.F.)與透鏡(lens)，擴束成為平行光，平行 光經過分光鏡(Beam Splitter, B.S.)分成兩道光，一道向右繼續直進向前，打 到 M4 反射回來，再經過分光鏡反射到 CCD；分光鏡分出的另一道光則是 先反射向上，打到 M3 的鏡子，反射回來，穿過分光鏡而到 CCD，兩道光 在此干涉，干涉條紋將被 CCD 接收後，存入電腦做處理。
CCD 接收到的是灰階的圖案，所以我們先測試 CCD 的灰階與光強的轉 換關係。
M1
M2
M3
M4
He-Ne laser PBS
BS λ/2 N.D.
Polarizer
S.F.
lens
CCD
PC
29
He-Ne laser PBS
Power meter
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