经过近几十年的发展,全息术在实际中应用十分广泛。下面就全息技术的主要应用进行介绍。

3.1全息干涉的计量

全息干涉计量术是全息应用的一个重要方面。它能实现高精度非接触性无损测量,比一般光学干涉计量有很多优点。一般光学计量只能测量形状比较简单、表面光磨度很高的零部件,而全息计量方法则能对任意形状、任意粗糙表面的物体进行测量。测量精度为光波波长数量级。由于全息图具有三维性质,使用全息技术可以从不同视角,通过干涉量度去考察一个形状复杂的物体。因此,一个干涉计量全息图就相当于用一般干涉计量进行多次观察。

全息干涉计量操作的基本程序与全息记录相似,只是在记录时,根据需要进行一次曝光(实时全息干涉法);或二次曝光(双曝光全息干涉法;夹层全息法);或连续曝光(时间平均全息干涉法)。

实时全息干涉是先通过全息照相制成物体未经变形时的全息图,然后将这张全息图精确地放在原记录位置上,由原参考光作再现光,让它在原物位置上产生再现虚像,同时用光照明物体。如果物体未变形或位移,则再现像与物体完全重合,不出现干涉条纹;若物体因加载、加热等外界原因发生形变或位移,则再现物光波和变化后的物光波之间便产生干涉条纹,条纹的形状、疏密和位置分布,就反映了物体的形变和位移大小,这一方法可以对任何形状的物体在不同条件下的状态变化进行实时地监测,能够探测出波长数量级的微小变化。

二次曝光全息干涉是在同一张全息图上同时记录同一物体变形前后的两个状态的全息图。当用与记录时参考光束入射方向一样的再现光波照射全息图时,两个状态下的物体再现光波将发生进干涉,通过对条纹的分析和计算,就可以确定物体的形变和位移。这种方法克服了在实时法中,必须把处理后的全息图严格精确放置在原拍摄位置上的缺点;同时,由于它能将物体形变前后的状态“冻结”在全息图,就可以永久保存下来,即使没有原物时也能再现这种变化。这对于文物保管工作尤其有应用价值。

时间平均全息干涉是对一个振动物体作连续不间断的全息记录,用于对振动物体的振形分析,故有时称为全息测振。由于记录时间远比振动周期长,因此所记录的是振动物体各个状态在这一段时间内的平均干涉条纹,它反映出试件振动的平均效应。

目前,全息干涉计量分析在无损检测、微应力—应变测量形状和等高线的检测,振动分析高速飞行体的冲击波和迅速流体的流速场描绘等多种领域中得到应用。随着相关技术的发展,全息技术已与莫阿技术、激光散斑技术等结合起来,并常利用于光电检测、CCD数据采集和计算机等技术来自动处理测量结果,以达到速度快,精度高,性价比优的特点。而所研制的全息干涉计量仪是光、机、电、算相结合的现代化设备。

此外,J.A.Leendertz开辟的激光散斑技术,通过激光对物体表面漫反射在物体表面或附近的光场中,观察散斑获得信息的采集。YY. Hung发展的剪切斑纹干涉计量在实践中得到应用,其组织生产的用于轮胎无损检测的激光剪切斑纹照相机占有很大的市场。

二十世纪80年代西方先进国家就已将全息干涉计量术产业化,并有一定的经营额,市场前景广阔。随着电子计算机的飞速发展,基于斑纹干涉计量术原理与现代                                  电子学和数字紧密结合形成了电子斑纹计量术,可以实时进行静态和动态检测,我国在上世纪80年代,已对几所大学和科研单位的关于全息计量术方面的研究进行了鉴定,有的有达到当时先进水平,但其后在该方面研究进展不大,一直停留在实验阶段,在实际中应用尚未实现。

3.2光全息存储

信息存储是将信息记录下来以便保存,信息有多种多样的存储方式、印刷照相已广泛采用存储方式,计算机把信息以数学形式存储在电路磁性材料和纸带上,还有电视磁带和光盘存储等方式。全息信息存储是上世纪60年代随着激光全息发展而发明的一种大容量的高存储密度方式。全息存储在存储容量方面具有巨大的优势,加上其具有密度高,衍射效率高、噪声低、高分辨率,保真度高,冗余度高,数据读取速率高,及可并行等独特优点,自诞生之日起,就受到高度关注。用全息干板作为普通像时,存储数量级为 ,用平面存储信息时,存储密度可一般可提高一个数量级,如果用体积全息图,存储密度可达,全息高密度存储的大容量,是利用傅立叶全息变换全息图,制作直径约1mm的点全息图,排成列阵或者像唱片那样排列在旋转盘上。用于全息信息存储的记录介质较多,可永久保存信息的全息图用银盐干板、银盐非漂白型位相全息干板,光聚合物及光致抗蚀剂等;可擦除重复使用的实时记录材料有光导热塑料,有机或无机光折变材料等。

二十世纪60年代末,科学家发现光折变效应后,在光折变晶体中全息存储曾一度成为热点,1957年美国曾有公司报道了在的铌酸锂晶体中存储了500幅全息图的实验,但由于高性能体全息存储对光学系统和元件的要求上要高,技术上相对复杂,其实际应用的研究进展一直很缓慢,甚至放弃了该方面的研究。进入上世纪80年代后,光计算的热潮又激发了对全息存储的研究兴趣。并取得了较高的成果,而在这一时期,全息存储系统也迈向应用化,国外已有公司在记录材料方面获得近10项专利。

我国在上世纪80年代已研制了一种全息熔缩微存取系统。进入上世纪90年代后,高保真度的全息存储相继推出,并用于计算机的存储,且传输率极大,该阶段使全息存储更接近实用,近10年来光电子技术取得一系列重大进展,为全息存储提供了所必须的核心元器件,如半导体激光器、液晶空间光调制器等。全息理论的发展和材料的发展使该技术日趋成熟。而计算机的发展需要更好的存储设备,这就为全息存储提供了更大的应用空间。

国外学术界已经进行了大量实验演示,证明全息存储器具有竞争优势的商品。我国有几所大学和研究所也进入该方面的研究,但仍未解决合适的记录材料这个难题。我国在这方面研究还有很多工作要做。

3.3全息三维显示

全息三维显示是光全息术应用的一个重要方面,随着科技的进步显示全息图将被普遍性推广使用。现代显示全息图栩栩如生、色彩鲜艳,变化无穷,能让人欣赏到精美的物体细节,逼真的立方体视觉,带给人遐想和灵感。因此这项技术在艺术领域中有着广泛的应用,如艺术图像精品,稀世文物再现,三维显示壁灯,科教显示图等。

显示全息图,目前主要有两大类:第一类为Lippmann全息图高质量记录材料发展,随后一些研究者和艺术家不断追求实用有效的拍摄技术,如假彩色编码和真彩色反射全息图等。近期,由于高衍射效率的记录材料—全色光聚合物的出现,使显示技术日趋成熟,日本DNP公司率先推出了真彩色反射全息图,取得了可喜的艺术效果,若制成精美的艺术礼品,则有着巨大市场潜力。第二类是S.A.Bentin的彩虹全息图,该项发明奠定了光全息技术产业化的基础,这是一种透射式显示全息图,因重现象中有彩虹般色彩而得名。随后的研究成果不断出现了能观察到动态像的圆柱型彩虹全息图,及假彩色编码和真彩色彩虹全息图等。

显示全息图的制作技术在美国、法国等发达国家发展较快。上世纪70年代以来,这些国家就具有了设备条件一流的全息实验室,并且推出了几种市场潜力巨大的全息艺术品,且有较大市场销售额。国内,由于缺乏好的全息记录材料及相对落后的实验设备,其工艺制作水平较之国外有一定的差距。直至上世纪90年代,我国在该产业化上才有了较大进步发展。

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