全息技術及其發(fā)展應用

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

2、?蓋伯(DennisGab)提出以來，取得了飛速的發(fā)展，目前已經(jīng)應用到科學研究、新技術的發(fā)展以及工業(yè)生產的許多方面。一、全息影像技術概念及原理一、全息影像技術概念及原理所謂“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，實現(xiàn)真實的三維圖像的記錄和再現(xiàn)。它的基礎和核心是全息照相。一般的三維圖像只是在二維的平面上通過構圖及色彩明暗變化實現(xiàn)人眼的三維感覺，而全息立體攝影產生的全息圖則包

3、含了被記錄物體的尺寸、形狀、亮度和對比度等信息，能提供“視差”。普通照相是用光學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的光強分布。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、片極細的各種條紋構成的圖案，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，一般可得到一個虛像和一個實像。全息影像一般用激光進行，這是因為激光的頻率單一效果好。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、全息影像技術的特點二、全息影像技術的特點與普通攝影不同，全息攝影技術有以下幾個突出特點：（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，具有如同觀看真實物體一樣的立體感。這一性質與現(xiàn)有的用偏振鏡觀看立體電影有著本質的區(qū)別。全息圖形象生動，再現(xiàn)的時候，全息圖能如實地呈現(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都記錄了來自空間每一點的振幅、相位信息。所以全息圖即使記錄載體有缺損或部分損傷，也不影響整個圖像的再現(xiàn)依舊成像完整。（3）信息容量大一體全息存儲的理論存儲量上限遠大于磁盤和光盤的存儲容量。同一張全

6、息感光板可多次重復曝光記錄并能互不干擾地再現(xiàn)各個不同的圖像。因此其信息容量較大。三、全息技術的發(fā)展階段三、全息技術的發(fā)展階段全息技術最初由英國科學家丹尼斯?蓋伯(DennisGab)于1948年提出，他在前人的基礎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，并用實驗證實了這一想法，而且制成了第一張全息圖。整個20世紀50年代，一些科學家大大擴展了蓋伯的理論并加深了對這一新的成像

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

8、成上機鎳板，最后通過專用模壓機在適當材料(PET和PVC)上壓印出全息圖像。模壓全息技術類似于凸版印刷術，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世紀的印刷術”。它解決了全息圖的復制問題，可以大規(guī)模生產，使全息圖最終走出實驗室，迅速商品化，并使全息術進人人們社會生活的很多領域。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、產品促銷和裝飾上得到充分應

9、用，其最重要的應用是在防偽領域。目前，很多國家的護照、身份證、信用卡、商標、商品包裝上都用模壓全息作為防偽標識，并不斷推出新技術打擊偽造者。5.計算全息將計算機技術和全息技術相結合，稱為計算全息（computergeneratedhologram）。計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)學表達式即可），因而具有獨特的優(yōu)點。隨著數(shù)字計算機與計算技術的迅速發(fā)展，人們廣泛地使

10、用計算機模擬、運算、處理各種光學過程。計算全息圖成為數(shù)字信息和光學信息之間有效的聯(lián)系環(huán)節(jié)，為光學和計算機科學的全面配合拉開序幕。光學全息圖是直接用光學干涉法在記錄介質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)學描述，也可以利用電子計算機，并通過計算機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制在透明膠片上。這種計算機合成的全息圖稱為計算全息圖。計算全息圖和光學全

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

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

13、擴展更多的應用領域6.數(shù)字全息作為當今信息光學研究領域中的一個熱點數(shù)字全息（digitalholography）技術是光學全息術、計算機技術及電子成像技術相結合的產物。它基于光學全息理論以CCD攝像機等電子成像器件作記錄介質獲取全息圖然后通過計算機用數(shù)字方法對數(shù)字化的全息圖進行再現(xiàn)。這一過程不僅免去了傳統(tǒng)光學全息中化學銀鹽干版的濕處理從而可以連續(xù)記錄運動物體的各個瞬間過程有利于實現(xiàn)實時在線全息記錄而且還能通過計算機對數(shù)字全息圖與數(shù)字再現(xiàn)

14、圖像進行定量分析。數(shù)字全息的概念是相對于光學全息并針對其不足而提出來的。數(shù)字全息技術是全息術、計算機技術及電子成像技術相結合的產物。它依然是基于光學全息的一種記錄理論但以CCD攝像機等電子成像器件作記錄介質獲取全息圖并將其存入計算機然后用數(shù)字方法來對此全息圖進行再現(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)圖像及相關實驗結果。數(shù)字全息技術的應用領域隨著各種理論研究的發(fā)展和技術水平、實驗