全息術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展

許昌職業(yè)技術(shù)學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心張小林

全息術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展

許昌職業(yè)技術(shù)學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心張小林

一、引言

全息也稱為全息術(shù)、全息照相、全息照相技術(shù)，是利用干涉原理，將物光波以干涉條紋的形式記錄下來，并在一定條件下使其衍射再現(xiàn)，形成與原物體相似的三維圖像。全息照相把物光波的強度分布和位相分布都完整的記錄下來，也即是記錄了物體的全部信息（而普通照相只能記錄物光波的強度分布），因此我們把這種照相術(shù)稱為全息照相術(shù)或全息術(shù)。

全息術(shù)是在1948年由英國科學(xué)家丹尼斯·蓋伯（Dennis Gabor）首次提出的。直到1960年激光器出現(xiàn)后才得到迅速地發(fā)展。其發(fā)展歷程見表1。

表1 全息術(shù)的發(fā)展歷程

全息術(shù)現(xiàn)已遠遠不只局限于全息照相中，它已逐漸滲透到社會的各個領(lǐng)域，并被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中。

二、全息術(shù)的特點及應(yīng)用

1.全息術(shù)的特點。全息術(shù)是研究如何記錄和重現(xiàn)物波波前全部信息（振幅和位相）的一門學(xué)問。

它的基本原理是用干涉技術(shù)，通過記錄介質(zhì)記錄物波波前和已知的參考波波前的干涉圖樣，然后將記錄介質(zhì)做在線或離線線性處理，再用相干的重現(xiàn)波照明，使物光波衍射再現(xiàn)。因此，全息術(shù)具有以下特點。

（1）三維立體性。指全息照相再現(xiàn)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(zhì)與現(xiàn)有的用偏振鏡觀看的立體電影有著本質(zhì)的區(qū)別。

（2）可分割性。指全息照片的碎片仍能反映出整個物體的圖像，不會因照片的破碎而失去圖像的完整性。

（3）信息容量大。全息存儲的存儲容量上限為1/λ3，遠大于磁盤和光盤的存儲容量。

2.全息圖的分類。隨著光學(xué)全息技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種類型的全息圖。從不同的角度考慮，對全息圖進行以下分類：按記錄介質(zhì)的膜厚可分為平面全息圖和體積全息圖2類；按照明方式可分為透射全息圖與反射全息圖2類；按全息圖特性可分為有振幅型全息圖和位相型全息圖2類，而位相型又可分為表面浮雕型全息圖和折射率型全息圖2類；按光路的布置特點，可分為菲涅耳全息圖、夫瑯和費全息圖和傅立葉變換全息圖3類；按制作方法，可分為光學(xué)記錄全息圖和計算機制作全息圖2類。

3.全息術(shù)的主要應(yīng)用。經(jīng)過近十幾年的發(fā)展，全息術(shù)在實際應(yīng)用中已相當廣泛。下面就應(yīng)用的主要方面進行介紹。

（1）全息顯微攝影與全息顯示。利用全息進行顯微放大，可放大幾千到上萬倍。由于全息照相再現(xiàn)了物體的三維逼真形象，立體感強，成為立體電影和立體電視的發(fā)展方向。膜壓全息技術(shù)是把全息和電鍍、壓印等技術(shù)結(jié)合起來，使全息技術(shù)沖破實驗室的束縛而實現(xiàn)市場化。它可進行機械化大規(guī)模生產(chǎn)，因而價格低廉，被稱為“21世紀的印刷術(shù)”，已被廣泛應(yīng)用于防偽商標、保密標記、藝術(shù)和裝飾等方面。

（2）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(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域之一。干涉計量的基礎(chǔ)是波前比較。全息術(shù)是唯一能記錄和再現(xiàn)波前的技術(shù)，這使我們有可能用嚴格標準波前與一個編寫物體產(chǎn)生的波前相比較而實現(xiàn)干涉計量。由于標準波前和變形波前是通過同一光路產(chǎn)生的，因而可以消除系統(tǒng)誤差，這樣對光學(xué)元件的精度要求可以降低，這是其他干涉計量方法所不容易做到的。目前，全息干涉計量分析在無損檢驗、振動分析、微應(yīng)力應(yīng)變測量、形狀和等高線的檢測等領(lǐng)域，并已得到了廣泛的應(yīng)用。

（3）計算全息的應(yīng)用。將計算機技術(shù)和全息技術(shù)相結(jié)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(fù)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(xué)表達式即可），因而具有獨特的優(yōu)點。

（4）全息存儲。全息存儲是依據(jù)全息學(xué)的原理，將信息以全息照相的方式存儲起來，即首先在存儲介質(zhì)上記錄物光和參考光的干涉場，然后用讀出光再現(xiàn)被記錄的物光波前。早在全息術(shù)發(fā)展的初期，信息的全息存儲就引起了廣泛的注意。與已經(jīng)成熟的磁性存儲技術(shù)和光盤存儲技術(shù)相比，全息存儲有以下優(yōu)點：高冗余度、高存儲容量、非常高的數(shù)據(jù)傳輸速率和很快的存取時間等。隨著全息存儲材料及光電子技術(shù)等周邊技術(shù)的日趨成熟，全息信息存儲技術(shù)將面臨著實用化的重大突破。

三、全息術(shù)的前景展望

光全息存儲器有望代替現(xiàn)有的存儲器。光學(xué)全息存儲同時具有容量大、數(shù)據(jù)傳輸速度快、隨機存取時間短等優(yōu)點，有望在未來的數(shù)字數(shù)據(jù)存儲領(lǐng)域發(fā)揮巨大的作用，從而代替現(xiàn)有的磁盤、光盤等存儲設(shè)備。除光學(xué)全息外，還可以實現(xiàn)紅外微波和超聲波、電子波等全息技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

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