一、 全息技术的发明
全息技术是伦敦大学帝国理工学院的Dennis Gabor博士发明的。他也因此而获得了1971年的诺贝尔物理学奖。最初,Gabor博士只是希望提高扫描电子显微镜的解析度。上世纪60年代初期,密歇根大学的研究员Leith和Upatnieks制作出世界上第一组三维全息图像。这段时间,前苏联的Yuri Dennisyuk也开始尝试制作可以用普通白光观看的全息图。
现在,全息技术的持续发展为我们提供了越来越精确的三维图像。

二、 全息图
全息技术是实现真实的三维图像的记录和再现的技术。该图像称作全息图。全息图是一种三维图像,它与传统的照片有很大的区别。传统的照片呈现的是真实的物理图像,而全息图则包含了被记录物体的尺寸、形状、亮度和对比度等信息。这些信息储存在一个很微小但却很复杂的干涉模式中。这个干涉模式是由激光产生的。

  从三维物体上反射出来的光形成一个非常复杂的三维干涉模式。要记录下整个模式,使用的光必须严格定向,而且属于同一颜色。这样的光叫做相干光。因为激光器产生的光具有单一颜色,而且所有光波都协调同步,因此激光是制作全息图的理想光源。
当你用光照射全息图时,储存在干涉模式中的信息就会借助入射光再现由物体反射出来的原始光波波阵。你的眼睛和大脑就会觉得原来的物体好像又出现在你面前了。

三、 全息技术照相

1. 理论分析

激光全息照相是利用激光的相干性原理,将物体对光的振幅和位相反射(或透射)情况同时记录在感光板上,也就是把物光的所有信息全部记录下来,形成三维空间的立体图像。这种照相技术与常规的照相方法相比有独特的优点。它对疑难痕迹物证的检验,特别是无反差痕迹的检验、保留痕迹物证的检验具有重要的推广使用价值。在全息照相中,感光片记录的不是图像,而是光波。
如图1所示,是漫反射全息照相拍摄(记录)的光路,分束镜将激光光束分成两束,一束激光经平面镜M1、扩束镜L1照射到被摄的物体上, 经物体的漫反射, 照射到全息干板E上,称为物光U0 另一束激平面镜M2、扩束镜L2 直接照射到全息干板E上,称为参考光UR。两束光将在全息干板上产生干涉,形成干涉条纹。

记录有物光波全部信息的干板经显影、定影即成为一张全息图片。将其放回拍摄时的原光路图中,仅用参考光将其照明就可以观察到物像的再现。
全息图的观察方法如图2所示,原物虚像的观察比较简单,只要将处理后的全息图放在原处用参考光波照明,沿着原物光波的方向观察即可以看到原物的虚像,若想得到一个没有畸变的实像则用原参考光的共轭光波来照明全息图,然后用一块毛玻璃在如图3所示被摄物处移动可接收到实像。

 

2. 制作要求
在商店、艺术中心和其他地方看到的很多全息图都是在专业实验室里制作的。典型的制作全息图的实验室包括一台激光器、一个防震光学平台、棱镜、反射镜、光学支持架和其他多种配套设备。制作全息图也需要一个暗室环境。为了拍出一张满意的全息照片,拍摄系统必须具备以下要求:
1)光源必须是相干光源
2)全息照相系统要具有稳定性
3)物光与参考光应满足
4)使用高分辨率的全息底片
5)全息照片需在暗室环境中冲洗
只要有这些设备和一个合适的实验室环境,一个业余爱好者也可以制作全息图。制造价格非常低廉但性能不逊于专业设备的全息设备是可能的。随着廉价激光二极管的诞生,越来越多的人有能力制作全息图。
四、 全息技术应用
全息照相是一种不用普通光学成像系统的录像方法,是20世纪60年代发展起来的一种立体摄影和波阵面再现的新技术。由于全息照相能够把物体表面发出的全部信息(即光波的振幅和相位)记录下来,并能完全再现被摄物体光波的全部信息,因此,全息技术在生产实践和科学研究领域中有着广泛的应用。
1)产品辨伪
全息图在艺术、科学和技术上有很多用途。它可以用于一些产品的包装上,可以贴在出版物的封面上,也可以用于信用卡、驾照甚至衣服上以防假冒。
2)全息无损检测
工程师可以在生产过程中利用全息图检查产品上可能出现的裂纹及进行质量控制。这种技术叫做全息无损检测。
3)全息智能显示
全息图还用于很多民用和军用飞机。飞行员在望向驾驶舱窗外时,全息图为他们提供很多重要的信息。这叫做智能显示。现在,只能显示在一些汽车上也可以看到。
4)帮助艺术家创作
艺术家可以利用全息图进行创作。很多艺术家觉得,全息图为他们提供了一个三维的和纯光学的空间,使得他们可以表达一些在“传统”媒介上不能表达的图像和信息。
5)全息数字存储
一般全息图的记录介质是感光乳剂,它通过受光乳剂的黑度来记录振幅分布;同样也可以用铌酸锂(L iNbO3)单晶来记录。在1cm3 大小的这种单晶内,可以贮存1000幅全息图。也许某一天,光子会像今天的电子一样进入计算机网络。这一天到来时,全息图就会被用于储存信息。这叫做全息数字存储(HDS)。有了HDS,你就可以在一个方糖大小的尺寸上储存整个国会图书馆的信息。
6)CT图像的计算机制全息三维重建
全息图不仅能记录物光波的强度,而且能记录物光波的相位(深度和方向信息),在一定条件下再现可以看到物体的全部信息的三维像。随着计算机技术及其外围设备的发展,计算机制全息的研究越来越受到重视。与光学全息相比较,计算机制全息具有灵活方便、低噪声、高重复性、适用范围广、衍射效率高、对环境要求地等优点,因此用计算机制全息法实现CT片的三维重建是一种直观有效的方法。一个片面的医学图像可以最终制作成三维全息图。计算机生成的全息图也可以使工程师和设计师的设计图样获得前所未有的视觉效果。
7)良好保密性与指纹检测
全息底片必须通过相干光源,在特殊的光路下才能观察到底片的内容。因此,全息底片具有良好的保密性能。全息照相是快速、准确识别指纹特征的最有效的方法。它利用相关匹配滤波片把指纹信息转换成光强变化。被检指纹若与指纹库中某一指纹完全一致,则产生最大光强;若不一致,则挡去一部分光而减弱光强。

参考文献:
1)手术革命全息影像   倪显丽   科学大众(中学版), 2009年 02期
2)全息照相的新用途   闫传海   科技英语学习, 2008年 05期
3)激光全息照相技术及其应用前景 杨帆; 杨宁;   中州大学学报, 2008年 02期
4)全息照相及其应用   曹凤耘; 康伟芳;   东北电力学院学报, 2002年 03期
5)一种新型的电子全息显示技术是否可将全息术推向主流 Hagen Stolle; Ralf Haussler; 王鹏;    现代显示,2009年 01期
6)计算机辅助透镜阵列合成全息术的研究   楼益民; 王辉; 金洪震; 吴琼; 田青; 甘亮勤;   光子学报, 2008年 01期
7)三维立体显示技术研究新进展   郑华东; 于瀛洁; 程维明;   光学技术, 2008年 03期
8)激光全息技术的应用及发展趋势的研究 李冠成; 于艳春; 王勇; 李明; 王恒明;   光学技术,2005年 05期
9)全息显示的计算原理方法及系统实现 曹玉茹; 安徽大学, 2006 .
10)LED体三维显示系统的研究和优化   姚奕;   浙江大学, 2006 .
11)CT图像的计算机制全息三维重建   杨上供; 浙江师范大学, 2006 .
12)百度百科——全息图:http://baike.baidu.com/view/698076.htm
13)NeoRAGEx2002’s Weblog——Volumetric 3-Dimensions Display (体三维显示技术):http://www.cnblogs.com/neoragex2002/archive/2005/10/25/262119.html

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