全息技術(shù)及其發(fā)展應(yīng)用

1、陜西理工學(xué)院第頁(yè)共5頁(yè)全息技術(shù)及其發(fā)展應(yīng)用王群（陜理工物電學(xué)院（系）物理學(xué)專業(yè)091班，陜西漢中723001）指導(dǎo)教師：賀雅琦【摘要】全息技術(shù)從其出現(xiàn)至今經(jīng)歷了快速的發(fā)展，隨著理論和技術(shù)的逐漸成熟，全息技術(shù)已經(jīng)越來越多的進(jìn)入我們的生活，本文從全息技術(shù)的原理開始，回顧了全息技術(shù)的發(fā)展過程，并介紹了全息技術(shù)近年來的幾個(gè)重要應(yīng)用?！娟P(guān)鍵詞】全息技術(shù)；全息成像；干涉；全息圖像；激光。全息技術(shù)是一種全新的光學(xué)成像技術(shù)，自1949年英國(guó)科學(xué)家丹尼斯

2、?蓋伯(DennisGab)提出以來，取得了飛速的發(fā)展，目前已經(jīng)應(yīng)用到科學(xué)研究、新技術(shù)的發(fā)展以及工業(yè)生產(chǎn)的許多方面。一、全息影像技術(shù)概念及原理一、全息影像技術(shù)概念及原理所謂“全息（holography）”即“全部信息”，是指用攝影的方法記錄并且再現(xiàn)被拍攝物體發(fā)出的光的全部信息，實(shí)現(xiàn)真實(shí)的三維圖像的記錄和再現(xiàn)。它的基礎(chǔ)和核心是全息照相。一般的三維圖像只是在二維的平面上通過構(gòu)圖及色彩明暗變化實(shí)現(xiàn)人眼的三維感覺，而全息立體攝影產(chǎn)生的全息圖則包

3、含了被記錄物體的尺寸、形狀、亮度和對(duì)比度等信息，能提供“視差”。普通照相是用光學(xué)鏡頭把物體成像在感光膠片上經(jīng)過沖洗印相得到與物體相似的平面像，它記錄的是物體各點(diǎn)的光強(qiáng)分布。全息照相不用鏡頭成像，它的基本方法是把一束激光用分束器分成兩束，一束激光直接照在感光膠片上，稱為參考光束；另一束光照明被攝物體再反射到膠片上.這束光稱為物光。物光與參考光在膠片上疊加起來，形成干涉圖。這樣的膠片經(jīng)過沖洗后就得到全息照片。全息照相底片并沒有物體形象，是一

4、片極細(xì)的各種條紋構(gòu)成的圖案，若用原參考光去照射，便可得到原物體的空間(三維)再現(xiàn)影像，一般可得到一個(gè)虛像和一個(gè)實(shí)像。全息影像一般用激光進(jìn)行，這是因?yàn)榧す獾念l率單一效果好。全息影像有兩種:一種是單色全息影像，一種是白光全息影像。單色全息影像只能在相同色光的激光下來觀察白光全息影像可以在自然光下來觀察。二、全息影像技術(shù)的特點(diǎn)二、全息影像技術(shù)的特點(diǎn)與普通攝影不同，全息攝影技術(shù)有以下幾個(gè)突出特點(diǎn)：（1）三維立體性所謂三維立體性，是指全息照片再現(xiàn)

5、的圖像是三維立體的，具有如同觀看真實(shí)物體一樣的立體感。這一性質(zhì)與現(xiàn)有的用偏振鏡觀看立體電影有著本質(zhì)的區(qū)別。全息圖形象生動(dòng)，再現(xiàn)的時(shí)候，全息圖能如實(shí)地呈現(xiàn)出物體的三維立體圖像，清晰度和逼真度高。（2）可分割性所謂可分割性，是指全息圖上任何局部的點(diǎn)都記錄了來自空間每一點(diǎn)的振幅、相位信息。所以全息圖即使記錄載體有缺損或部分損傷，也不影響整個(gè)圖像的再現(xiàn)依舊成像完整。（3）信息容量大一體全息存儲(chǔ)的理論存儲(chǔ)量上限遠(yuǎn)大于磁盤和光盤的存儲(chǔ)容量。同一張全

6、息感光板可多次重復(fù)曝光記錄并能互不干擾地再現(xiàn)各個(gè)不同的圖像。因此其信息容量較大。三、全息技術(shù)的發(fā)展階段三、全息技術(shù)的發(fā)展階段全息技術(shù)最初由英國(guó)科學(xué)家丹尼斯?蓋伯(DennisGab)于1948年提出，他在前人的基礎(chǔ)上找到一種避免相位信息丟失的技巧，為提高電子顯微鏡的分辨率，他提出了一種用光波記錄物光振幅和相位的方法，并用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一想法，而且制成了第一張全息圖。整個(gè)20世紀(jì)50年代，一些科學(xué)家大大擴(kuò)展了蓋伯的理論并加深了對(duì)這一新的成像

7、技術(shù)的理解。直到1960年第一臺(tái)激光器問世，解決了相干光源問題，繼而在1962年美國(guó)科學(xué)家利斯（Leith）和烏帕特尼克斯（Upatnieks）陜西理工學(xué)院第頁(yè)共5頁(yè)4.模壓全息模壓全息（embossedhologram）術(shù)(又稱為全息印刷術(shù))是20世紀(jì)70年代提出的一種低成本大批量復(fù)制全息圖的技術(shù)，也是目前世界上唯一能夠大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)全息圖的技術(shù)方法。其生產(chǎn)過程是首先通過全息照相技術(shù)獲得一張表面浮雕式全息圖，再通過精細(xì)化學(xué)鍍膜技術(shù)制

8、成上機(jī)鎳板，最后通過專用模壓機(jī)在適當(dāng)材料(PET和PVC)上壓印出全息圖像。模壓全息技術(shù)類似于凸版印刷術(shù)，但由于不需要使用油墨，因而又被稱為無油墨印刷。由于它可以印刷立體圖像并具有廣泛的前景，又被稱為“立體印刷”和“21世紀(jì)的印刷術(shù)”。它解決了全息圖的復(fù)制問題，可以大規(guī)模生產(chǎn)，使全息圖最終走出實(shí)驗(yàn)室，迅速商品化，并使全息術(shù)進(jìn)人人們社會(huì)生活的很多領(lǐng)域。模壓全息圖逼真的三維顯示、變幻無窮五彩繽紛的圖像，使其在包裝、產(chǎn)品促銷和裝飾上得到充分應(yīng)

9、用，其最重要的應(yīng)用是在防偽領(lǐng)域。目前，很多國(guó)家的護(hù)照、身份證、信用卡、商標(biāo)、商品包裝上都用模壓全息作為防偽標(biāo)識(shí)，并不斷推出新技術(shù)打擊偽造者。5.計(jì)算全息將計(jì)算機(jī)技術(shù)和全息技術(shù)相結(jié)合，稱為計(jì)算全息（computergeneratedhologram）。計(jì)算全息不僅可以全面記錄光波的振幅和位相，而且能綜合復(fù)雜的或者世間不存在的物體的全息圖（只要知道該物體的數(shù)學(xué)表達(dá)式即可），因而具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。隨著數(shù)字計(jì)算機(jī)與計(jì)算技術(shù)的迅速發(fā)展，人們廣泛地使

10、用計(jì)算機(jī)模擬、運(yùn)算、處理各種光學(xué)過程。計(jì)算全息圖成為數(shù)字信息和光學(xué)信息之間有效的聯(lián)系環(huán)節(jié)，為光學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的全面配合拉開序幕。光學(xué)全息圖是直接用光學(xué)干涉法在記錄介質(zhì)上記錄物光波和參考光波疊加后形成的干涉圖樣。假如物體并不存在，而只知道光波的數(shù)學(xué)描述，也可以利用電子計(jì)算機(jī)，并通過計(jì)算機(jī)控制繪圖儀或其它記錄裝置(例如陰極射線管、電子束掃描器等)將模擬的干涉圖樣繪制和復(fù)制在透明膠片上。這種計(jì)算機(jī)合成的全息圖稱為計(jì)算全息圖。計(jì)算全息圖和光學(xué)全

11、息圍一樣，可以用光學(xué)方法再現(xiàn)出物光波，但兩者有本質(zhì)的差別，光學(xué)全息唯有實(shí)際物體存在時(shí)才能制作，而計(jì)算全息的合成中，只要在計(jì)算機(jī)中輸入實(shí)際物體或虛構(gòu)物體的數(shù)學(xué)模型就行了。計(jì)算全息的發(fā)展受到兩個(gè)不同因素的刺激，一個(gè)是全息學(xué)的發(fā)展處擴(kuò)極盛時(shí)期，另一個(gè)是電子計(jì)算機(jī)控制繪圖剛開始普及。計(jì)算全息的主要應(yīng)用范圍是：①二維和三維物體像的顯示；②在光學(xué)信息處理中用計(jì)算全息制作各種空間濾波器；③產(chǎn)生特定波面用十全息干涉計(jì)量；④激光掃描器；⑦數(shù)據(jù)存貯。計(jì)算全

12、息的優(yōu)點(diǎn)很多，最主要的是可以記錄物理上不存在的實(shí)物，只要知道該物體的數(shù)學(xué)表達(dá)式就可能用計(jì)算全息記錄下這個(gè)物體的光波，并再現(xiàn)該物體的像。這種性質(zhì)非常適宜于信息處理中空間濾波的合成，干涉計(jì)量中產(chǎn)生特殊的參考波面，三維虛構(gòu)物體的顯示等。計(jì)算全息制作過程采用數(shù)字定量計(jì)算，精度高，特別是二元全總圖，透過率函數(shù)只有兩個(gè)取值，抗干擾能力強(qiáng)，噪聲小，易于復(fù)制。隨著大容量、高速計(jì)算機(jī)的不斷出現(xiàn)，電子束、離子束成團(tuán)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算全息必將顯示更大的優(yōu)越性，

13、擴(kuò)展更多的應(yīng)用領(lǐng)域6.數(shù)字全息作為當(dāng)今信息光學(xué)研究領(lǐng)域中的一個(gè)熱點(diǎn)數(shù)字全息（digitalholography）技術(shù)是光學(xué)全息術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及電子成像技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它基于光學(xué)全息理論以CCD攝像機(jī)等電子成像器件作記錄介質(zhì)獲取全息圖然后通過計(jì)算機(jī)用數(shù)字方法對(duì)數(shù)字化的全息圖進(jìn)行再現(xiàn)。這一過程不僅免去了傳統(tǒng)光學(xué)全息中化學(xué)銀鹽干版的濕處理從而可以連續(xù)記錄運(yùn)動(dòng)物體的各個(gè)瞬間過程有利于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線全息記錄而且還能通過計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字全息圖與數(shù)字再現(xiàn)

14、圖像進(jìn)行定量分析。數(shù)字全息的概念是相對(duì)于光學(xué)全息并針對(duì)其不足而提出來的。數(shù)字全息技術(shù)是全息術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及電子成像技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它依然是基于光學(xué)全息的一種記錄理論但以CCD攝像機(jī)等電子成像器件作記錄介質(zhì)獲取全息圖并將其存入計(jì)算機(jī)然后用數(shù)字方法來對(duì)此全息圖進(jìn)行再現(xiàn)。歸納起來數(shù)字全息主要分為三部分：數(shù)字全息圖的記錄；數(shù)字全息圖的數(shù)字再現(xiàn)；輸出經(jīng)數(shù)字處理的再現(xiàn)圖像及相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。數(shù)字全息技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域隨著各種理論研究的發(fā)展和技術(shù)水平、實(shí)驗(yàn)