全息術是研究如何記錄和重現物波波前的全部信息 ( 振幅 和位相) 的一門學問，是利用干涉和衍射原理將物體發出的特定光波以干涉條紋的形式記錄下來, 使物光波前的全部信息都存儲在記錄介質中。全息術在信息處理與存儲、 干涉記錄及全息顯示方面有廣泛的應用。

全息術的基本原理

• • 全息術是利用干涉原理, 將物體發出的特定光波以干涉條 紋的形式記錄下來, 使物光波前的全部信息都存儲在記錄介質 中, 故所記錄的干涉條紋圖樣被稱為 “全息圖”當用光波照射全 。 息圖時, 由于衍射原理能重現出原始物光波, 從而形成與原物體 逼真的三維像。

• 全息術的優點

  • 全息術具有以下突出的特點和優點:

    ( 1) 三維立體性——全息照相再現的像是三維立體的, 具有 如同觀看真實物體一樣的立體感, 這一性質與現有的用偏振鏡 觀看的立體電影有著本質的區別。

    ( 2) 可分割性—— 全息照片的碎片仍舊能反映出整個物體 的像來, 不會因照片的破碎而失去像的完整性。

    ( 3) 信息容量大—— 體全息存儲的理論存儲容量上限為 1 3 [1 ] ( Κ為記錄光波長) , 遠大于磁盤和光盤的存儲容量。

• 全息術的應用

  • 過近十幾年的發展, 全息術在實際中的應用已相當廣泛。 下面就應用的主要方面進行介紹:

    ( 一) 模壓全息技術 模壓全息技術是把全息和電鍍、 壓印等技術結合起來的一 種技術, 它使全息技術沖破實驗室的束縛實現市場化。 這種模壓 全息技術可以象印刷一樣大批量快速復制, 又可以和其他印刷 術結合使用, 且價格低廉, 被稱為 21 世紀的印刷術” “ 。由于全息 圖的制作工藝復雜, 技術難度大, 再加上在拍攝過程中, 可以加 上編碼技術進行加密處理, 所以模壓全息技術已作為一種行之 有效的防偽手段越來越廣泛的用于商品包裝、 信用卡、 鈔票等的 防偽上。 此外, 由于激光全息圖的色彩神奇、 圖像逼真, 在藝術和 裝飾等方面也頗受青睞。

    ( 二) 全息干涉計量 用全息干涉的方法進行精密測量, 稱為全息干涉計量, 是目 前全息應用最廣泛的領域之一。 干涉計量的基礎是波前比較。 全 息術是唯一能記錄和再現波前的技術, 這使我們有可能用嚴格 標準波前與一個編寫物體產生的波前相比較而實現干涉計量。 由于標準波前和變形波前是通過同一光路來產生的, 因而可以 消除系統誤差, 這樣對光學元件的精度要求可以降低, 這是其它 干涉計量方法不容易做到的。 目前, 全息干涉計量分析在無損檢 驗、 振動分析、 微應力應變測量、 形狀和等高線的檢測等領域中 已得到廣泛的應用。

    ( 三) 計算全息的應用 將計算機技術和全息技術相結合, 稱為計算全息。 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學表達式即 可) , 在低噪聲、 高重復率等方面也遠遠優于光學全息, 因而具有 獨特的優點和極大的靈活性。 例如在工程設計中, 為避免制作復 雜模型, 只需將設計數據輸入計算機, 制作計算全息圖, 就可顯 示出三維立體像來。 目前, 計算全息的主要應用范圍是: 二維和 三維物體像的顯示; 制作各種空間濾波器; 產生特定波面用于全 息干涉計量; 計算全息掃描器等等。 此外, 計算全息在安全方面 也有獨特的優點。 例如, 將要加密的圖像信息根據干涉原理隨機 分解成兩部分, 分別記錄在兩張計算全息圖上。 當兩張全息圖對 準合在一起照明再現時, 才可以再現出原來的信息, 只有同時擁 有這兩張配對的全息圖才可解出原來的信息, 因而用于圖像信 息加密時, 具有很高的安全性。 隨著大容量、 高速度計算機的不 斷出現, 以及激光掃描器、 電子束、 粒子束等成像技術的發展, 計 算全息必將顯示更大的優越性, 展寬更多的應用領域。

• 全息術的技術前景

  • 從全息術的原理和特點可以看出, 全息術由于有著獨特的 優點, 可能在未來社會經濟、 生活、 通信、 國防等各個領域成為不 可或缺的重要組成部分。 在不久的將來, 不僅以上提到的現階段 的各種應用會進一步的提高和完善, 并且以下設想也將有可能 成為現實。

    ( 一) 立體電影、 電視等全息顯示的普及

    目前所看的立體電影, 是利用偏振原理拍攝的, 觀看時需戴 上令人不舒服的分辨率不高的偏振鏡, 并且由于這種眼鏡容易 使人感到疲勞和頭暈, 不便長時間觀看, 更不利于老人和兒童, 因此這種立體電影并沒有得到普及。 而全息立體電影是利用體 全息的角度選擇性和顏色選擇性, 可以在一張體全息圖中存儲 許多圖像信息, 再現時, 只需將全息照片放在激光光束中轉動, 就能在照片的后面看到活動的立體景物。 假如把全息圖記錄在 電視攝像機的感光面上, 然后電視臺把信息號發射出去, 當電視 接收了這些信號, 并用激光照明時, 就能再現所攝的景象, 這就 是全息立體電視。 觀看這種影視時, 眼睛就像現在看普通數字 電視一樣輕松, 但景象卻有了立體感。 雖然目前全息圖像傳輸僅能做到靜止畫面傳輸 , 但隨著相關技術的逐漸完善, 全息立體 影視最終會走向千家萬戶。

    ( 二) 光全息存儲器有望代替現有存儲器

    與已經成熟的磁性存儲技術和光盤存儲技術相比, 全息存 儲有以下特點和優點: 高冗余度、 高存儲容量、 高的數據傳輸速 率和很快的存取時間即可進行并行內容尋址等。目前, 大容量、 體全息存儲的研究正在高漲。 隨著數字電子計算機系統運算 能力和性能的提高, 數字化信息領域不斷擴展, 全息有望在未來 的數字數據存儲領域發揮巨大作用, 代替現有的磁盤、 光盤等存 儲設備。 例如, 日本O PTW A R E 公司準備在今年上市的全息通 用光盤 (HVD , Ho lograp h ic V ersa tile D isc ) , 理論上, 與 DVD 相 同 尺寸的 HVD 最高可記錄 319TB 的數據, 傳輸率也可達到 1Gbp s, 相當于數百張DVD 的容量, 傳輸速度也比 DVD 快幾十 倍。 并且, 由于不可物理復制, 所以在安全性方面也擁有出色的 表現。 此外, 再加上計算全息的進一步發展, 光全息完全可以滿 足人們在諸如虛擬現實、 網絡計算機、 復雜多媒體文檔、 視頻服 務器、 圖象數據庫和航空航天領域等應用中的數據存儲的需求。

    ( 三) 全息顯微技術

    這些全息術還可用于通訊、 導航、 定位、 檢測等軍事系統, 提 高行動的精確性和靈敏性。 以上設想并非空想, 因為實際上, 利思和烏帕特尼克斯的離 軸全息概念就是來自微波領域的旁視雷達——微波全息圖。 正 如蓋伯在他榮獲諾貝爾獎時的演講中所指出的, 利思在雷達中 用的電磁波長比光波長 10 萬倍, 而蓋伯本人在電子顯微鏡中所 用的電子波長又比光波短10 萬倍。 他們分別在相差1010 倍波長的兩個方向上發展了全息照相術 , 這說明科學的發展總是相 互滲透, 相互影響的。 因此, 從長遠來看, 全息技術今后所帶來的 技術發展與應用是無法估量的。