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(lái)，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(qiáng)度分布和位相分布都完整的記錄下來(lái)，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(qiáng)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(guó)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(jiàn)表1。

表1 全息術(shù)的發(fā)展歷程

全息術(shù)現(xiàn)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不只局限于全息照相中，它已逐漸滲透到社會(huì)的各個(gè)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(diǎn)及應(yīng)用

1.全息術(shù)的特點(diǎn)。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(mén)學(xué)問(wèn)。

它的基本原理是用干涉技術(shù)，通過(guò)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(diǎn)。

（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(shí)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(gè)物體的圖像，不會(huì)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(chǔ)的存儲(chǔ)容量上限為1/λ3，遠(yuǎn)大于磁盤(pán)和光盤(pán)的存儲(chǔ)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(duì)全息圖進(jìn)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(diǎn)，可分為菲涅耳全息圖、夫瑯和費(fèi)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(jì)算機(jī)制作全息圖2類。

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

（1）全息顯微攝影與全息顯示。利用全息進(jìn)行顯微放大，可放大幾千到上萬(wàn)倍。由于全息照相再現(xiàn)了物體的三維逼真形象，立體感強(qiáng)，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(lái)，使全息技術(shù)沖破實(shí)驗(yàn)室的束縛而實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化。它可進(jìn)行機(jī)械化大規(guī)模生產(chǎn)，因而價(jià)格低廉，被稱為“21世紀(jì)的印刷術(shù)”，已被廣泛應(yīng)用于防偽商標(biāo)、保密標(biāo)記、藝術(shù)和裝飾等方面。

（2）全息干涉計(jì)量。用全息干涉的方法進(jìn)行精密測(cè)量，稱為全息干涉計(jì)量，是目前全息應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域之一。干涉計(jì)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(yán)格標(biāo)準(zhǔn)波前與一個(gè)編寫(xiě)物體產(chǎn)生的波前相比較而實(shí)現(xiàn)干涉計(jì)量。由于標(biāo)準(zhǔn)波前和變形波前是通過(guò)同一光路產(chǎn)生的，因而可以消除系統(tǒng)誤差，這樣對(duì)光學(xué)元件的精度要求可以降低，這是其他干涉計(jì)量方法所不容易做到的。目前，全息干涉計(jì)量分析在無(wú)損檢驗(yàn)、振動(dòng)分析、微應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量、形狀和等高線的檢測(cè)等領(lǐng)域，并已得到了廣泛的應(yīng)用。

（3）計(jì)算全息的應(yīng)用。將計(jì)算機(jī)技術(shù)和全息技術(shù)相結(jié)合，稱為計(jì)算全息。計(jì)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(dá)式即可），因而具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

（4）全息存儲(chǔ)。全息存儲(chǔ)是依據(jù)全息學(xué)的原理，將信息以全息照相的方式存儲(chǔ)起來(lái)，即首先在存儲(chǔ)介質(zhì)上記錄物光和參考光的干涉場(chǎng)，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(chǔ)就引起了廣泛的注意。與已經(jīng)成熟的磁性存儲(chǔ)技術(shù)和光盤(pán)存儲(chǔ)技術(shù)相比，全息存儲(chǔ)有以下優(yōu)點(diǎn)：高冗余度、高存儲(chǔ)容量、非常高的數(shù)據(jù)傳輸速率和很快的存取時(shí)間等。隨著全息存儲(chǔ)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(chǔ)技術(shù)將面臨著實(shí)用化的重大突破。

三、全息術(shù)的前景展望

光全息存儲(chǔ)器有望代替現(xiàn)有的存儲(chǔ)器。光學(xué)全息存儲(chǔ)同時(shí)具有容量大、數(shù)據(jù)傳輸速度快、隨機(jī)存取時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，有望在未來(lái)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)領(lǐng)域發(fā)揮巨大的作用，從而代替現(xiàn)有的磁盤(pán)、光盤(pán)等存儲(chǔ)設(shè)備。除光學(xué)全息外，還可以實(shí)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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