淺談全息技術(shù)的發(fā)展及前景

淺談全息技術(shù)的發(fā)展及前景淺談全息技術(shù)的發(fā)展及前景摘要：從全息思想的提出至今已經(jīng)有半個(gè)多世紀(jì)的歷史。期間，全息技術(shù)的發(fā)展取得了很大的成就。梳理一下全息技術(shù)的發(fā)展以及當(dāng)今的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，有助于我們深入了解全息技術(shù)對生產(chǎn)、生活的重要影響以及其今后的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：全息；防偽；存儲1.引言全息技術(shù)一門正在蓬勃發(fā)展的光學(xué)分支，主要運(yùn)用了光學(xué)原理，是一種不用透鏡，而用相干光干涉得到物體全部信息的二部成像技術(shù)。如果說全息技術(shù)在照相方面的應(yīng)用與普通照相技術(shù)的最大區(qū)別，那就是全息技術(shù)能夠利用激光的相干性原理，將物體對光的振幅和相位反射（或透射）同時(shí)記錄在感光板上，也就是把物體反射光的所有信息全部記錄下來，并能夠再現(xiàn)出立體的三維圖像。也就是全息技術(shù)所記錄不是圖像，二是光波。全息技術(shù)近年來已滲透到社會生活的各個(gè)領(lǐng)域并被廣泛地應(yīng)用于近代科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中，特別是在現(xiàn)代測試、生物工程、醫(yī)學(xué)、藝術(shù)、商業(yè)、保安及現(xiàn)代存儲技術(shù)等方面已顯示出特殊的優(yōu)勢。隨著全息技術(shù)的快速發(fā)展，全息技術(shù)的產(chǎn)品正越來越多地走向市場、應(yīng)用于現(xiàn)代生活中。2.全息技術(shù)的發(fā)展簡介全息照相技術(shù)是1948年英國科學(xué)家丹尼斯·伽伯為改善電子顯微鏡成像質(zhì)量提出的重現(xiàn)波前的理論，并因此獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。但當(dāng)時(shí)由于缺乏純凈的能夠相互干涉的光，全息圖的質(zhì)量很差。直到十二年以后的1960年，激光器問世，美國密執(zhí)安大學(xué)的埃梅蒂·利斯與朱里斯·尤佩尼克拍成了第一張全息相片，全息技術(shù)才有了蓬勃快速的發(fā)展。全息術(shù)的發(fā)展大約可分同軸全息術(shù)、離軸全息術(shù)、白光再現(xiàn)全息術(shù)、白光全息術(shù)等4個(gè)階段。同軸全息術(shù)是伽伯當(dāng)時(shí)采用的技術(shù)，這一階段主要是在1960年激光器出現(xiàn)以前。這種技術(shù)獲得的物體的再現(xiàn)像與照明光混在一起，不易觀察。1948年，伽伯為提高電子顯微鏡的分辨率，在布拉格的“x射線顯微鏡”、澤尼克的相襯原理的啟示下，提出了一種用光波記錄物光波的振幅和相位的方法，并用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一想法。為了進(jìn)一步證實(shí)其原理，他先后采用電子波與可見光進(jìn)行了驗(yàn)證，并在可見光中得到了證實(shí)，同時(shí)制成了第1張全息圖。從那時(shí)起至20世紀(jì)5O年代末期，全息圖都是用汞燈作為光源，而且是參考光與物光共軸的共軸全息即同軸全息圖。這個(gè)時(shí)期全息圖存在2個(gè)嚴(yán)重問題，一個(gè)是再現(xiàn)的原始像與共軛像分不開；另一個(gè)是光源的相干性太差，因此在這10多年中，全息術(shù)進(jìn)展緩慢。離軸全息術(shù)是在激光器出現(xiàn)以后產(chǎn)生的用激光記錄激光再現(xiàn)的全息術(shù)，其特點(diǎn)是獲得的物體重現(xiàn)像與照明光分離，易于觀察。1960年激光的出現(xiàn)，提供了一種高相干度光源。1962年，美國科學(xué)家利思和烏帕特尼·克斯將通信理論中的載頻概念推廣到空域中，提出了離軸全息術(shù)，就是用離軸的參考光與物光干涉形成全息圖，再利用離軸的參考光照射全息圖，使全息圖產(chǎn)生3個(gè)在空間互相分離的衍射分量，其中一個(gè)復(fù)制出原始物光。這樣，同軸全息圖兩大難題宣告解決，產(chǎn)生了激光記錄、激光再現(xiàn)的全息圖。從而使全息術(shù)在沉睡了十幾年之后得到了新生并進(jìn)入了一個(gè)極為活躍的階段。此后，又相繼出現(xiàn)了多種全息方法，如大景深全息照相法、激光記錄與激光再現(xiàn)的彩色全息照相法等。白光再現(xiàn)全息術(shù)是用激光記錄，白光照明再現(xiàn)的全息圖制作技術(shù)，它在一定的條件下賦予全息圖以鮮艷的色彩，這是目前應(yīng)用最廣的全息術(shù)。由于激光再現(xiàn)的全息圖失去了色調(diào)信息，科學(xué)家們開始致力于研究第3代全息圖。班頓發(fā)現(xiàn)了用激光記錄，使用白光還原影像的方法，從而使這項(xiàng)技術(shù)逐漸走向?qū)嵱秒A段。美國《國家地理雜志》第1次使用白色光全息片貼在封面時(shí)，銷售量由1000萬份增加到再版后的1600萬份。這一技術(shù)后來由美國傳到歐洲和其它國家，激光全息攝影技術(shù)也隨之風(fēng)靡全世界。常見的有反射全息術(shù)、像全息術(shù)、彩虹全息術(shù)和合成全息術(shù)等。白光全息術(shù)是利用白光制作全息圖，用激光或白光照明觀察再現(xiàn)，這是全息術(shù)的最高階段，至今雖有不少人做了一些初步工作，但尚未有突破性進(jìn)展。激光的高度相干性，要求全息拍攝過程中各個(gè)元件、光源和記錄介質(zhì)的相對位置嚴(yán)格保持不變。這也給全息技術(shù)的實(shí)際使用帶來了種種不便。于是，科學(xué)家們又回過頭來繼續(xù)探討白光記錄白光再現(xiàn)全息圖的可能性。它將使全息術(shù)最終走出有防震工作臺的黑暗實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入更加廣泛的實(shí)用領(lǐng)域。3.全息技術(shù)的應(yīng)用前景3.1全息顯示全息顯示主要利用全息照相能重現(xiàn)物體三維立體圖像的特點(diǎn)，因全息片能給出和原物大小一樣、細(xì)節(jié)精美、形狀逼真的三維圖像，所以是極有發(fā)展前景的應(yīng)用之一。它可以用來復(fù)制歷史文物藝術(shù)珍品、全息肖像、全息裝飾品和全息風(fēng)景畫等也可用于超景深照相，使遠(yuǎn)距離到近距離的物體同時(shí)記錄在一張全息底片上。而從其再現(xiàn)像中逐次按不同距離分層觀測，不受普通照相景深的限制。全息顯示常用的全息術(shù)有：透射和反射全息、像面全息彩虹全息、真彩色全息、合成全息和模壓全息等多種類型。其中除透射全息圖需要用激光再現(xiàn)外，其余都可用自光再現(xiàn)，從而使在自晝自然環(huán)境中可觀察到三維影像。近年來模壓全息逐步進(jìn)入到人們生活中，

經(jīng)壓縮的數(shù)字化圖像視頻數(shù)據(jù)存儲在一個(gè)全息存儲器中。IBM公司也研制出一臺靈活而穩(wěn)固的高分辨率的自動全息存儲系統(tǒng)試驗(yàn)臺。目前，我國有人正在研制利用二值空間光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)多灰階全息存儲的方法，它可近一步提高存儲密度與讀出數(shù)據(jù)的傳輸速率。另有人正在研究體全息相關(guān)器的內(nèi)容尋址功能的相關(guān)研究，它可以并行快速地進(jìn)行關(guān)聯(lián)檢索，并具有很大的提升潛力。美國斯坦福大學(xué)的HDSSWORM演示平臺[3]。2000年，美國斯坦福大學(xué)為DARPA投資實(shí)施的HDSS項(xiàng)目開發(fā)了高傳輸速率、高容量的全息光盤存儲系統(tǒng)，如下圖所示。該系統(tǒng)采用了IBM公司的鐵電液晶空間光調(diào)制器(FLCSLM)記錄二維數(shù)據(jù)，最高分辨率為1024×1024像素，采用Kodak公司的CCD作為探測器，其分辨率與SLM匹配，最大幀數(shù)為1000fps。利用脈沖倍頻Nd∶YAG激光器(波長為532nm)進(jìn)行記錄和讀出，光盤安裝在精密的空氣靜壓軸承上，使用精密光電軸角編碼器系統(tǒng)的全息信道解碼傳輸速率可達(dá)1Gbits/s，使用1次寫入多次讀取(WORM)的光致聚合物作為存儲介質(zhì)，容量為120GB。由于較厚的介質(zhì)(如LiNbO3晶體)的存儲容量受到介質(zhì)動態(tài)范圍和噪聲的影響要多于復(fù)用技術(shù)，而較薄的介質(zhì)(如光致聚合物)則不然，所能存儲全息圖的數(shù)量在很大程度上由復(fù)用技術(shù)決定。經(jīng)常在較厚介質(zhì)中使用的角度復(fù)用技術(shù)在這里效果不大，需要使用其它復(fù)用技術(shù)，例如移位或旋轉(zhuǎn)復(fù)用技術(shù),該系統(tǒng)采用的是散斑-移位復(fù)用技術(shù)。圖為美國斯坦福大學(xué)的HDSSWORM演示平臺系統(tǒng)全息存儲器可望存儲幾千億字節(jié)的數(shù)據(jù)（目前光盤是6.4億字節(jié)數(shù)據(jù)），而且具有高保真度[4]，并以等于或大于bit/s速度傳送數(shù)據(jù)，可在100微秒或更短時(shí)間內(nèi)隨機(jī)選擇一個(gè)數(shù)據(jù)頁面。全息存儲技術(shù)的迅速發(fā)展，必將在不遠(yuǎn)的未來迎來光輝的時(shí)代4．全息技術(shù)的展望

全息照相的應(yīng)用潛力是巨大的，這一新技術(shù)將會在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、國防、公共安全等各個(gè)領(lǐng)域全面展開，產(chǎn)生顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。作為一門新興學(xué)科，全息技術(shù)還處在蓬勃發(fā)展階段，我們相信：隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展和科技人員的努力壘息照栩的應(yīng)用必將迎來它更