全息技術

全息技術是利用干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體真實的三維圖像的記錄和再現(xiàn)的技術。其第一步是利用干涉原理記錄物體光波信息，此即拍攝過程：被攝物體在激光輻照下形成漫射式的物光束;另一部分激光作為參考光束射到全息底片上，和物光束疊加產(chǎn)生干涉，把物體光波上各點的位相和振幅轉換成在空間上變化的強度，從而利用干涉條紋間的反差和間隔將物體光波的全部信息記錄下來。記錄著干涉條紋的底片經(jīng)過顯影、定影等處理程序后，便成為一張全息圖，或稱全息照片;其第二步是利用衍射原理再現(xiàn)物體光波信息，這是成象過程：全息圖猶如一個復雜的光柵，在相干激光照射下，一張線性記錄的正弦型全息圖的衍射光波一般可給出兩個象，即原始象(又稱初始象)和共軛象。再現(xiàn)的圖像立體感強，具有真實的視覺效應。全息圖的每一部分都記錄了物體上各點的光信息，故原則上它的每一部分都能再現(xiàn)原物的整個圖像，通過多次曝光還可以在同一張底片上記錄多個不同的圖像，而且能互不干擾地分別顯示出來。

 原理

全息技術是利用干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體光波波前的一種技術。其第一步是利用干涉原理記錄物體光波信息，此即拍攝過程：被攝物體在激光輻照下形成漫射式的物光束(圖A);另一部分激光作為參考光束射到全息底片上，和物光束疊加產(chǎn)生干涉，把物體光波上各點的位相和振幅轉換成在空間上變化的強度，從而利用干涉條紋間的反差和間隔將物體光波的全部信息記錄下來。記錄著干涉條紋的底片經(jīng)過顯影、定影等處理程序后，便成為一張全息圖，或稱全息照片;其第二步是利用衍射原理再現(xiàn)物體光波信息，這是成象過程：全息圖猶如一個復雜的光柵，在相干激光照射下(圖B)，一張線性記錄的正弦型全息圖的衍射光波一般可給出兩個象，即原始象(又稱初始象)和共軛象。再現(xiàn)的圖像立體感強，具有真實的視覺效應。全息圖的每一部分都記錄了物體上各點的光信息，故原則上它的每一部分都能再現(xiàn)原物的整個圖像，通過多次曝光還可以在同一張底片上記錄多個不同的圖像，而且能互不干擾地分別顯示出來。

全息照片可分為振幅型(又叫吸收型)和位相型兩大類，它們按照與被記錄時的曝光量相對應的方式分別改變照明光波的振幅或位相。如果根據(jù)干涉條紋的間距和感光膜層厚度的相對大小來劃分，則有薄型(二維型或平面型)和厚型(三維型或體積型)兩類全息照片。在厚型全息照片中，按拍攝時物光束與參考光束是否在感光膜的同側入射，分為透射型全息照片和反射型全息照片。如按記錄全息圖時光路布局的不同分類，有同軸型全息圖和離軸型全息圖。

全息學的原理適用于各種形式的波動，如X射線、微波、聲波、電子波等。只要這些波動在形成干涉花樣時具有足夠的相干性即可。光學全息術可望在立體電影、電視、展覽、顯微術、干涉度量學、投影光刻、軍事偵察監(jiān)視、水下探測、金屬內(nèi)部探測、保存珍貴的歷史文物、藝術品、信息存儲、遙感，研究和記錄物理狀態(tài)變化極快的瞬時現(xiàn)象、瞬時過程(如爆炸和燃燒)等各個方面獲得廣泛應用。

特點和優(yōu)勢

1、 再造出來的立體影像有利于保存珍貴的藝術品資料進行收藏。

2、 拍攝時每一點都記錄在全息片的任何一點上，一旦照片損壞也關系不大。

3、 全息照片的景物立體感強，形象逼真，借助激光器可以在各種展覽會上進行展示，會得到非常好的效果。

應用

全息學的原理適用于各種形式的波動，如X射線、微波、聲波、電子波等。只要這些波動在形成干涉花樣時具有足夠的相干性即可。光學全息術可望在立體電影、電視、展覽、顯微術、干涉度量學、投影光刻、軍事偵察監(jiān)視、水下探測、金屬內(nèi)部探測、保存珍貴的歷史文物、藝術品、信息存儲、遙感，研究和記錄物理狀態(tài)變化極快的瞬時現(xiàn)象、瞬時過程(如爆炸和燃燒)等各個方面獲得廣泛應用。

在生活中，也常常能看到全息攝影技術的運用。比如，在一些信用卡和紙幣上，就有運用了俄國物理學家尤里·丹尼蘇克在20世紀60年代發(fā)明的全彩全息圖像技術制作出的聚酯軟膠片上的“彩虹”全息圖像。但這些全息圖像更多只是作為一種復雜的印刷技術來實現(xiàn)防偽目的，它們的感光度低，色彩也不夠逼真，遠不到亂真的境界。研究人員還試著使用重鉻酸鹽膠作為感光乳劑，用來制作全息識別設備。在一些戰(zhàn)斗機上配備有此種設備，它們可以使駕駛員將注意力集中在敵人身上。把一些珍貴的文物用這項技術拍攝下來，展出時可以真實地立體再現(xiàn)文物，供參觀者欣賞，而原物妥善保存，防失竊，大型全息圖既可展示轎車、衛(wèi)星以及各種三維廣告，亦可采用脈沖全息術再現(xiàn)人物肖像、結婚紀念照。小型全息圖可以戴在頸項上形成美麗裝飾，它可再現(xiàn)人們喜愛的動物，多彩的花朵與蝴蝶。迅猛發(fā)展的模壓彩虹全息圖，既可成為生動的卡通片、賀卡、立體郵票，也可以作為防偽標識出現(xiàn)在商標、證件卡、銀行信用卡，甚至鈔票上。裝飾在書籍中的全息立體照片，以及禮品包裝上閃耀的全息彩虹，使人們體會到21世紀印刷技術與包裝技術的新飛躍。模壓全息標識，由于它的三維層次感，并隨觀察角度而變化的彩虹效應，以及千變?nèi)f化的防偽標記，再加上與其他高科技防偽手段的緊密結合，把新世紀的防偽技術推向了新的輝煌頂點。

除光學全息外，還發(fā)展了紅外、微波和超聲全息技術，這些全息技術在軍事偵察和監(jiān)視上有重要意義。我們知道，一般的雷達只能探測到目標方位、距離等，而全息照相則能給出目標的立體形象，這對于及時識別飛機、艦艇等有很大作用。因此，備受人們的重視。但是由于可見光在大氣或水中傳播時衰減很快，在不良的氣候下甚至于無法進行工作。為克服這個困難發(fā)展出紅外、微波及超聲全息技術，即用相干的紅外光、微波及超聲波拍攝全息照片，然后用可見光再現(xiàn)物象，這種全息技術與普通全息技術的原理相同。技術的關鍵是尋找靈敏記錄的介質及合適的再現(xiàn)方法。

超聲全息照相能再現(xiàn)潛伏于水下物體的三維圖樣，因此可用來進行水下偵察和監(jiān)視。由于對可見光不透明的物體，往往對超聲波透明，因此超聲全息可用于水下的軍事行動，也可用于醫(yī)療透視以及工業(yè)無損檢測測等。

除用光波產(chǎn)生全息圖外，已發(fā)展到可用計算機產(chǎn)生全息圖。全息圖用途很廣，可作成各種薄膜型光學元件，如各種透鏡、光柵、濾波器等，可在空間重疊，十分緊湊、輕巧，適合于宇宙飛行使用。使用全息圖貯存資料，具有容量大、易提取、抗污損等優(yōu)點。

全息照相的方法從光學領域推廣到其他領域。如微波全息、聲全息等得到很大發(fā)展，成功地應用在工業(yè)醫(yī)療等方面。地震波、電子波、X射線等方面的全息也正在深入研究中。全息圖有極其廣泛的應用。如用于研究火箭飛行的沖擊波、飛機機翼蜂窩結構的無損檢驗等?，F(xiàn)在不僅有激光全息，而且研究成功白光全息、彩虹全息，以及全景彩虹全息，使人們能看到景物的各個側面。全息三維立體顯示正在向全息彩色立體電視和電影的方向發(fā)展。

全息技術不僅在實際生活中正得到廣泛應用，而且在上世紀興起并快速發(fā)展的科幻文學中也有大量描寫和應用，有興趣的話可去看看。 可見全息技術在未來的發(fā)展前景將是十分光明的。

全息技術衍生產(chǎn)品

全息投影

全息投影是一種無需配戴眼鏡的3D技術，觀眾可以看到立體的虛擬人物。這項技術在一些博物館、舞臺之上的應用較多，而在日本的舞臺上較為流行。全息立體投影設備不是利用數(shù)碼技術實現(xiàn)的，而是投影設備將不同角度影像投影至一種國外進口的全息膜上，讓你看不到不屬于你自身角度的其他圖像，因而實現(xiàn)了真正的全息立體影像。

360度幻影成像系統(tǒng)

360度幻影成像是一種將三維畫面懸浮在實景的半空中成像，營造了亦幻亦真的氛圍，效果奇特，具有強烈的縱深感，真假難辯。形成空中幻象中間可結合實物，實現(xiàn)影像與實物的結合。也可配加觸摸屏實現(xiàn)與觀眾的互動 。可以根據(jù)要求做成四面窗口，每面最大2-4米?？勺龀扇⒒糜拔枧_，產(chǎn)品立體360度的演示;真人和虛幻人同臺表演;科技館的夢幻舞臺等。

適合表現(xiàn)細節(jié)或內(nèi)部結構較豐富的個體物品， 如名表、名車、珠寶、工業(yè)產(chǎn)品、也可表現(xiàn)人物、卡通等，給觀眾感覺是完全立體的。

全息攝影

全息攝影是指一種記錄被攝物體反射波的振幅和位相等全部信息的新型攝影技術。普通攝影是記錄物體面上的光強分布，它不能記錄物體反射光的位相信息，因而失去了立體感。全息攝影采用激光作為照明光源，并將光源發(fā)出的光分為兩束，一束直接射向感光片，另一束經(jīng)被攝物的反射后再射向感光片。兩束光在感光片上疊加產(chǎn)生干涉，感光底片上各點的感光程度不僅隨強度也隨兩束光的位相關系而不同。所以全息攝影不僅記錄了物體上的反光強度，也記錄了位相信息。人眼直接去看這種感光的底片，只能看到像指紋一樣的干涉條紋，但如果用激光去照射它，人眼透過底片就能看到原來被拍攝物體完全相同的三維立體像。一張全息攝影圖片即使只剩下一小部分，依然可以重現(xiàn)全部景物。全息攝影可應用于工業(yè)上進行無損探傷，超聲全息，全息顯微鏡，全息攝影存儲器,全息電影和電視等許多方面。

全息攝影的拍攝要求

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為了拍出一張滿意的全息照片，拍攝系統(tǒng)必須具備以下要求：

(1)光源必須是相干光源

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通過前面分析知道，全息照相是根據(jù)光的干涉原理，所以要求光源必須具有很好的相干性。激光的出現(xiàn)，為全息照相提供了一個理想的光源。這是因為激光具有很好的空間相干性和時間相干性，實驗中采用He-Ne激光器，用其拍攝較小的漫散物體，可獲得良好的全息圖。

(2)全息照相系統(tǒng)要具有穩(wěn)定性

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由于全息底片上記錄的是干涉條紋，而且是又細又密的干涉條紋，所以在照相過程中極小的干擾都會引起干涉條紋的模糊，甚至使干涉條紋無法記錄。比如，拍攝過程中若底片位移一個微米，則條紋就分辨不清，為此，要求全息實驗臺是防震的。全息臺上的所有光學器件都用磁性材料牢固地吸在工作臺面鋼板上。另外，氣流通過光路，聲波干擾以及溫度變化都會引起周圍空氣密度的變化。因此，在曝光時應該禁止大聲喧嘩，不能隨意走動，保證整個實驗室絕對安靜。我們的經(jīng)驗是，各組都調好光路后，同學們離開實驗臺，穩(wěn)定一分鐘后，再在同一時間內(nèi)爆光，得到較好的效果。

(3)物光與參考光應滿足

物光和參考光的光程差應盡量小，兩束光的光程相等最好，最多不能超過2cm，調光路時用細繩量好;兩速光之間的夾角要在30°～60°之間，最好在45°左右，因為夾角小，干涉條紋就稀，這樣對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和感光材料分辨率的要求較低;兩束光的光強比要適當，一般要求在1∶1～1∶10之間都可以，光強比用硅光電池測出。

(4)使用高分辨率的全息底片

因為全息照相底片上記錄的是又細又密的干涉條紋，所以需要高分辨率的感光材料。普通照相用的感光底片由于銀化物的顆粒較粗，每毫米只能記錄50～100個條紋，天津感光膠片廠生產(chǎn)的I型全息干板，其分辨率可達每毫米3000條，能滿足全息照相的要求。

(5)全息照片的沖洗過程

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沖洗過程也是很關鍵的。我們按照配方要求配藥，配出顯影液、停影液、定影液和漂白液。上述幾種藥方都要求用蒸餾水配制，但實驗證明，用純凈的自來水配制，也獲得成功。沖洗過程要在暗室進行，藥液千萬不能見光，保持在室溫20℃左右進行沖洗，配制一次藥液保管得當，可使用一個月左右。