全息术的历史和进展

1、全息术的历史和进展论文关键词：全息术；干与计量；全息存储；显示全息；模压全息论文摘 要： 回忆了全息术的历史， 论述了全息术的大体原理， 然后介绍了全息术在实际中的应用及其进展方向。咱们看到的世界是三维的、彩色的，这是因为每一个物体发射的光被人眼同意时，光的强弱、射向和距离、颜色都不同。从波动光学的观点看，是由于各物体发射的特定的光波不同，光的特点要紧取决于光波的振幅（ 强弱 ） ，位相 （ 同相面形状） 和波长 （ 颜色 ） 。若是能取得景物光波的完全特点，就能够看到景物传神的三维像，这确实是全息术。 全息术诞生到此刻 60 年来取得了专门大的进展， 已被普遍地应用于近代科学研究和工业生产中

2、。1 全息术的历史和进展时期1948年，丹尼斯盖伯提出一种记录光波振幅和相位的方式，随后用实验证明这一方式，即全息术，并制成世界上第一张全息图。盖伯本来是为提高电子显微镜的分辨率而提出的假想，尽管未能用电子波证明其原理， 但用可见光证明了。 从第一张全息照片制成到 20 世纪50 年代末期， 全息图制作具有以下一起特点： 全息图都是用汞灯作为光源；而且是所谓同轴全息图，即物光和参考光在一条光路上取得的全息图。这一时期的全息图被称为第一代全息图，标志着全息术的萌芽。第一代全息图存在两个严峻问题，一个是再现的原始像和共轭像分不开，另一个是光源的相干性太差。因此在这十连年中，全息术进展缓慢。1960

3、 年激光的显现， 提供了一种高相干度光源， 为全息技术进展提供了可能。针对第一代全息技术显现的问题，利思和乌帕特尼克斯(1962) 提出，将通信理论中的载频概念推行到空域中，用离轴的参考光与物光干与形成全息图，再利用离轴的参考光照射全息图，使全息图产生三个在空间相互分离的衍射分量，其中一个复制出原始物光。该方式被称为离轴全息术，这是全息术进展的第二时期。第二代全息术解决了光源的问题，而且在立体成像、干与计量检测、信息存贮等应用领域中取得庞大进展，可是激光再现的全息图失去了色调信息。科学家们开始致力于研究第三代全息图到。这是用激光记录，而用白光再现的全息图，在必然的条件下给予全息图以鲜艳的色彩。

4、第三代全息术已经在很多领域的到了应用，例如：像全息、反射全息、彩虹全息、模压全息等。激光的高度相干性，要求全息拍照进程中各个元件、光源和记录介质的相对位置严格维持不变，这也给全息技术的实际利用带来了各类不便。于是，科学家们又回过头来继续探讨白光记录的可能性。第四代全息图应该是白光记录白光再现的全息图，它将使全息术最终走出有防震工作台的黑暗实验室，进入加倍普遍的有效领域。2 全息术的大体原理和特点全息术是一种“无透镜”的两步成像法，它能在感光胶片上同时记录物体的全数信息，即物体光的振幅和位相。全息照相进程分全息记录和再现两步：第一步称为波前记录（ 全息记录 ） ；第二步物体的再现（重现 ） 。波

5、前记录依据的是干与原理，物光波和参考光波相干叠加而产生干与条纹。干与条纹的反衬度记录了物光波前的振幅散布，干与条纹的几何特点 （包括形状、间距、位置）记录了物光波前的位相散布。确实是说， 全息图上的强度散布记录了物光波的全数信息 - 振幅散布和位相散布，它们别离反映了物体的明暗和纵深位置等方面的特点。应当指出，任何感光底片都只能记录振幅（ 或说强度 ） 的散布，而不能直接记录位相散布，全息照相之因此能记录位相散布，是利用了参考光波把它转化成了干与条纹的强度散布。假设没有参考光波，或它与物光波不相干，波前上的位相散布是不可能记录下来的。波前再现的理论依据是衍射原理，照明光波 （ 再现光 ） 通过

6、全息图衍射后显现一个复杂的光波场。全息图的衍射波含有三种要紧成份，即物光波 （+1 级衍射波 ） ， 物光波的共轭波（-1 级衍射波 ） ， 照明光波的照直前进 （ 零级衍射波） 。在现代记录和重现的全息照相装置中，这三种衍射波在空间彼此分离，互不干扰，便于人们用眼睛或镜头去观测物光波的虚像或其共轭波的实像。全息术的原理决定了它所记录的全息图有以下特点：(1) 三维性因为全息图记录了物光的相位信息， 图像具有显著的视差特性，能够看到传神的三维图像。(2) 不可撕毁性因为全息图记录的是物光与参考光的干与条纹，因此具有可分割性。它被分割后的任一碎片都能再现完整的被摄物形象，只是分辨率受到一些阻碍。

7、(3) 信息容量大同一张全息感光板可多次重复曝光记录， 并能 互不干扰地再现各个不同的图像。(4) 全息图的再现相可放大或缩小因为衍射角与波长有关， 用 不同波长的激光照射全息图，再现相就会发生放大或缩小。(5) 全息术的要紧应用及其进展方向全息术通过60 年的进展， 已与运算机技术、 光电技术和非线性光学技术紧密结合，成为一种高新技术，扩展到医学、艺术、装饰、包装、印刷等领域，在一些发达国家还兴起了全息产业，而且正在形成日趋广漠的市场，有效前景超级可观。本文介绍全息术中几个应用较为普遍、产业化较成熟的领域并说明其进展方向。全息存储全息存储是依据全息术的原理，将信息以全息照相的方式存储起来，它

8、利用两个光波之间的耦合和解耦合，能够把信息存储和信息之间的比较 ( 相关 ) 、识别，乃至联想的功能结合起来，也确实是能够把信息存储和信息处置结合起来。用于全息信息存储的记录介质较多，可永久保留信息的全息图用银盐干板、银盐非漂白型位相全息干板、光聚合物及光致抗蚀剂等；可擦除重复利用的实时记录材料有光导热塑料、有机或无机光折变材料等。全息存储在存储容量方面具有庞大的优势，缘故是：(1) 全息存储具有存储容量大的优势。 用感光干板作为一般照相记录信息时， 信息存储密度的数量级一样为 105bit/mm2 ； 用平面全息图存储信息时， 存储密度一样可提高一个数量级达106bit/mm2 ； 若是用体

9、全息图存储信息时，存储密度可高达1013bit/mm2 。(2) 全息存储具有极大的冗余性， 存储介质的局部缺点和损伤可不能引发信息丢失。(3) 全息存储具有读取速度高和能并行读取的特点， 每一个数据页可包括达1Mbit的信息，写人一页的时刻在100ms左右，读信息的时刻能够小于100ws,而磁盘的寻址时刻至少需要 10ms当前，活着界范围内掀起了全息存储研究的热潮，并取得专门大的进展，其要紧表此刻：（1） 存储容量迅速提高和性能不断改善， 并慢慢走向有效化。 例如，1994年美国加州理工学院在1cm3掺铁妮酸锂晶体中记录了 1000幅全息图，同年，斯坦福大学的一个研究小组把经紧缩的数字化图像

10、视频数据存储在一个全息存储器中，并再现了这些数据而图像质量无显著下降。 1999 年美国加州理工大学利用空 - 角复用技术， 在同一块在掺铁铌酸锂晶体中存储了 26000 幅全息图。北京清华大学实现了在掺铁妮酸铿晶体中的同一空间位置记录 1500 幅全息图， 并研制了具有紧凑 结构的灵巧型全息存储装置。（2） 有效化的全息存储系统慢慢推出。例如， 1995 年由美国政府高级研究项目局（ARPA）、旧M公司的Almaden研究中心、斯坦福大学 等联合成立了协作组织并在美国国家存储工业联合会（NS1C）支持下川，投资约7000万美元，实施了光折变信息存储材料（PRISM邢全息 数据存储系统（HDS

11、S预目，预期在5年内开发出具有容量为1T bit 数据，存储速度为1000MB/S的一次写人或重复写人的全息数据存储系 统。一样的研究在法国、英国、德国和日本等国家也正在加紧进行。近几年来，光电子技术和器件取得了系列重大进展，为全息存储器提供了所必要的高性能半导体激光器、液晶空间光调制器、CCD阵列探测器等核心元器件，全息存储的理论和方式的进展使这项技术日趋成熟但是，美中不足的是全息图的寿命问题尚待解决，尽管张泽明、谢敬辉等对Ce： Fe： LiNbO3 晶体的全息存储和热定影进行了理论和实验研究，从方式上给出了记录角度越大，光栅周期越小，热定影所需最小离子数密度越高，存储系统的整体性能越好，

12、可是目前还未解决的一个难题是寻觅适合的记录材料。无疑，这将成为全息存储界研究的热点课题。 显示全息显示全息技术是在激光透射全息图的基础上来制作各类类型的全息图，如白光反射全息图、白光透射全息图等，各类类型的显示全息图可用于舞台布景、建筑、室内装饰、投影等；再如，以动态显示的全息技术、层面X射线照相术、3DCA跋术、3D动画片、雷达显示、导向和模拟系统等，每 3 年一次的显示全息国际会议上都有全息界泰斗展出令人吃惊的全息图，它们充分展现了全息技术制造性的魅力和 艺术的美。显示全息目前要紧有两大类： 第一类是 Lippmann 全息图， 制作方式有 Denisyuk 的单光束法和 Benton 的

13、开窗法。第二类是. Benton 的彩虹全息图，这是一种透射式显示全息图，可在白光照明下再现立体图像，且图像的颜色随观看的位置的转变而转变，从红到紫如雨后彩虹而得名。随着高质量记录材料的进展，随后的一些研究者和艺术家不断追求更有效的拍照技术，如假彩色编码和真彩色反射全息图等。美国光学学会主办的 Applied Optics 和 Optics Letters 在 20世纪80年代都有关于这方面的论文报导。由SPIE主办的Holosphere »和美国全息制造商协会主办的 Holography News 以往和最近几年都不断地报导有关显示全息图的最新制作技术和商业信息。但从这些报导情形来

14、看，显示全息存在不足要紧表此刻：(1) 视角范围、图像体积有限；(2) 没有取得专门有效的全息图的计算方式；(3) 由于全息计算数量庞大， 致使动态显示异样困难。 克服以上不足，将可能成为显示全息研究的几个热点。最近几年来，显示全息技术掀起一场数字化变革，数字合成全息技术为全息三维显示开辟了前所未有的应用前景。随着运算机运行速度的提高和高分辨空间调制器件的进展，利用显示全息的大视场、大景深、全视差、真彩色、可拼装、价钱低廉等特性，在不久的以后开发出真正意义的全息电影和全息电视，为显示全息技术制造良好的商业前景。模压全息模压全息是1979年RC公司为解决视频标准件的全息拷贝而提出的，它是将全息术

15、和电镀、压印技术结合起来，使全息图的制作产业化，用白光再现时，可取得色彩鲜艳传神的三维图像，并可通过印刷方式大量量生产，使得它在许多领域取得普遍的应用，以商品形式走向市场。模压全息的制作要紧分为三个时期：激光摄制原片全息图；电成型制金属模板；模压复制。这三个时期生产工艺和技术要求都比较高，因此，模压全息作为平安防伪首当其冲，是平安防伪技术的一个里程碑。正如全息图的新奇性、强烈的视角成效、制作的难度和易于应用在钞票的包装上，不能去除性、价钱低廉、容易验证等特点，使它专门快占据了防伪领域。模压全息是一种技术与艺术结合的高科技产品， 不管在高级商品促销、 名优商品的防冒充或在有价证券（ 如信誉卡、钞

16、票、护照签证） 的防伪和加密和图书、印刷、印染、装磺、纪念邮票和广告标牌等都有采纳模压全息技术，并备受利用者青睐。模压全息显现于 20世纪 70年代， 80年代中期已形成了一种产业，90 年代达到了鼎盛时期。本世纪初，随着防伪技术要求的不断提高，模压全息技术又有了新的冲破：美国斑马图像公司推出了二维图像的数字化搜集和拍照技术； 2003 年， 苏州大学研制成功并已批量生产 “数码激光全息照排系统” ； 同年， 倪星元、 张志华等成功研制了可替代传统镀铝防伪薄膜的透明 TiO2 激光全息防伪薄膜。 这些模压全息的一个个技术冲破，使防伪功能有了提高，让激光全息防伪技术达到新的境遇。模压全息产业在我

17、国起步较晚，但进展速度迅猛，目前国内已有100 多条模压全息生产线。为了使模压全息技术健康进展，我国模压全息产业进展必需在三个方向上引发重视： 第一是开拓全息烫金材料，取代金膜和银膜，第二开发全息包装材料，实现立体防伪包装，第三个方向是模压全息技术和现代印刷术相结合，表现传统的美术成效和现代科技的艺术魅力。全息干与计量全息干与计量术是将不同物光，在不同的时刻记录在同一张全息干板上，然后利用全息术的空间波前再现原理，非接触地对物体表面进行三维测量而取得信息。全息干与计量术是全息应用的一个重要方面，它能实现高精度非接触性无损测量，比一样光学干与计量有很多优势。 一样光学计量只能测量形状比较简单、

18、表面光度很高的零部件，而全息计量方式那么能对任意形状、任意粗糙表面的物体进行测量，测量精度为光波波长入的数量级。目前，全息干与计量术在方式上前后进展了实时全息干与法 （ 单次曝光法） 、二次曝光全息干与法、时刻平均全息干与法、双波长干与法和双脉冲频闪全息干与法，另外，开辟了全息干与计量术的另一个新的分支 - 激光斑纹计量术。 随着光电技术、运算机技术、CCD器件及光纤技术的飞速进展，使得全息干与计量技术在信息搜集和处置上更为方便、快捷和靠得住，并得以在恶劣环境条件下对某些物理量进行按时测量。再加上相移技术、外差技术 和锁相技术等，可使测量精度提高到入/100或更高。全息干与计量在20 世纪 80年代美国等西方先进国家已产业化，我国在 20世纪 80年代初有几所大学和科研单位的研究项目通过鉴定，其中有些达到那时的先进水平。通过近几年的开发和研制，我国在全息干与计量测试设备方面要紧进展有：(1)用于测试火箭发动机喷