浅谈全息技术的发展及前景

浅谈全息技术的发展及前景浅谈全息技术的发展及前景摘要：从全息思想的提出至今已经有半个多世纪的历史。期间，全息技术的发展取得了很大的成就。梳理一下全息技术的发展以及当今的研究和应用现状，有助于我们深入了解全息技术对生产、生活的重要影响以及其今后的发展方向。关键词：全息；防伪；存储1.引言全息技术一门正在蓬勃发展的光学分支，主要运用了光学原理，是一种不用透镜，而用相干光干涉得到物体全部信息的二部成像技术。如果说全息技术在照相方面的应用与普通照相技术的最大区别，那就是全息技术能够利用激光的相干性原理，将物体对光的振幅和相位反射（或透射）同时记录在感光板上，也就是把物体反射光的所有信息全部记录下来，并能够再现出立体的三维图像。也就是全息技术所记录不是图像，二是光波。全息技术近年来已渗透到社会生活的各个领域并被广泛地应用于近代科学研究和工业生产中，特别是在现代测试、生物工程、医学、艺术、商业、保安及现代存储技术等方面已显示出特殊的优势。随着全息技术的快速发展，全息技术的产品正越来越多地走向市场、应用于现代生活中。2.全息技术的发展简介全息照相技术是1948年英国科学家丹尼斯·伽伯为改善电子显微镜成像质量提出的重现波前的理论，并因此获得了诺贝尔奖。但当时由于缺乏纯净的能够相互干涉的光，全息图的质量很差。直到十二年以后的1960年，激光器问世，美国密执安大学的埃梅蒂·利斯与朱里斯·尤佩尼克拍成了第一张全息相片，全息技术才有了蓬勃快速的发展。全息术的发展大约可分同轴全息术、离轴全息术、白光再现全息术、白光全息术等4个阶段。同轴全息术是伽伯当时采用的技术，这一阶段主要是在1960年激光器出现以前。这种技术获得的物体的再现像与照明光混在一起，不易观察。1948年，伽伯为提高电子显微镜的分辨率，在布拉格的“x射线显微镜”、泽尼克的相衬原理的启示下，提出了一种用光波记录物光波的振幅和相位的方法，并用实验证实了这一想法。为了进一步证实其原理，他先后采用电子波与可见光进行了验证，并在可见光中得到了证实，同时制成了第1张全息图。从那时起至20世纪5O年代末期，全息图都是用汞灯作为光源，而且是参考光与物光共轴的共轴全息即同轴全息图。这个时期全息图存在2个严重问题，一个是再现的原始像与共轭像分不开；另一个是光源的相干性太差，因此在这10多年中，全息术进展缓慢。离轴全息术是在激光器出现以后产生的用激光记录激光再现的全息术，其特点是获得的物体重现像与照明光分离，易于观察。1960年激光的出现，提供了一种高相干度光源。1962年，美国科学家利思和乌帕特尼·克斯将通信理论中的载频概念推广到空域中，提出了离轴全息术，就是用离轴的参考光与物光干涉形成全息图，再利用离轴的参考光照射全息图，使全息图产生3个在空间互相分离的衍射分量，其中一个复制出原始物光。这样，同轴全息图两大难题宣告解决，产生了激光记录、激光再现的全息图。从而使全息术在沉睡了十几年之后得到了新生并进入了一个极为活跃的阶段。此后，又相继出现了多种全息方法，如大景深全息照相法、激光记录与激光再现的彩色全息照相法等。白光再现全息术是用激光记录，白光照明再现的全息图制作技术，它在一定的条件下赋予全息图以鲜艳的色彩，这是目前应用最广的全息术。由于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3代全息图。班顿发现了用激光记录，使用白光还原影像的方法，从而使这项技术逐渐走向实用阶段。美国《国家地理杂志》第1次使用白色光全息片贴在封面时，销售量由1000万份增加到再版后的1600万份。这一技术后来由美国传到欧洲和其它国家，激光全息摄影技术也随之风靡全世界。常见的有反射全息术、像全息术、彩虹全息术和合成全息术等。白光全息术是利用白光制作全息图，用激光或白光照明观察再现，这是全息术的最高阶段，至今虽有不少人做了一些初步工作，但尚未有突破性进展。激光的高度相干性，要求全息拍摄过程中各个元件、光源和记录介质的相对位置严格保持不变。这也给全息技术的实际使用带来了种种不便。于是，科学家们又回过头来继续探讨白光记录白光再现全息图的可能性。它将使全息术最终走出有防震工作台的黑暗实验室，进入更加广泛的实用领域。3.全息技术的应用前景3.1全息显示全息显示主要利用全息照相能重现物体三维立体图像的特点，因全息片能给出和原物大小一样、细节精美、形状逼真的三维图像，所以是极有发展前景的应用之一。它可以用来复制历史文物艺术珍品、全息肖像、全息装饰品和全息风景画等也可用于超景深照相，使远距离到近距离的物体同时记录在一张全息底片上。而从其再现像中逐次按不同距离分层观测，不受普通照相景深的限制。全息显示常用的全息术有：透射和反射全息、像面全息彩虹全息、真彩色全息、合成全息和模压全息等多种类型。其中除透射全息图需要用激光再现外，其余都可用自光再现，从而使在自昼自然环境中可观察到三维影像。近年来模压全息逐步进入到人们生活中，

经压缩的数字化图像视频数据存储在一个全息存储器中。IBM公司也研制出一台灵活而稳固的高分辨率的自动全息存储系统试验台。目前，我国有人正在研制利用二值空间光调制器实现多灰阶全息存储的方法，它可近一步提高存储密度与读出数据的传输速率。另有人正在研究体全息相关器的内容寻址功能的相关研究，它可以并行快速地进行关联检索，并具有很大的提升潜力。美国斯坦福大学的HDSSWORM演示平台[3]。2000年，美国斯坦福大学为DARPA投资实施的HDSS项目开发了高传输速率、高容量的全息光盘存储系统，如下图所示。该系统采用了IBM公司的铁电液晶空间光调制器(FLCSLM)记录二维数据，最高分辨率为1024×1024像素，采用Kodak公司的CCD作为探测器，其分辨率与SLM匹配，最大帧数为1000fps。利用脉冲倍频Nd∶YAG激光器(波长为532nm)进行记录和读出，光盘安装在精密的空气静压轴承上，使用精密光电轴角编码器系统的全息信道解码传输速率可达1Gbits/s，使用1次写入多次读取(WORM)的光致聚合物作为存储介质，容量为120GB。由于较厚的介质(如LiNbO3晶体)的存储容量受到介质动态范围和噪声的影响要多于复用技术，而较薄的介质(如光致聚合物)则不然，所能存储全息图的数量在很大程度上由复用技术决定。经常在较厚介质中使用的角度复用技术在这里效果不大，需要使用其它复用技术，例如移位或旋转复用技术,该系统采用的是散斑-移位复用技术。图为美国斯坦福大学的HDSSWORM演示平台系统全息存储器可望存储几千亿字节的数据（目前光盘是6.4亿字节数据），而且具有高保真度[4]，并以等于或大于bit/s速度传送数据，可在100微秒或更短时间内随机选择一个数据页面。全息存储技术的迅速发展，必将在不远的未来迎来光辉的时代4．全息技术的展望

全息照相的应用潜力是巨大的，这一新技术将会在工业、医学、国防、公共安全等各个领域全面展开，产生显著的社会效益和经济效益。作为一门新兴学科，全息技术还处在蓬勃发展阶段，我们相信：随着科技的进一步发展和科技人员的努力垒息照栩的应用必将迎来它更