李獻(xiàn)波

(河南省安陽市質(zhì)監(jiān)局質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心,河南 安陽 455001)

一、激光全息技術(shù)的發(fā)展

全息的英文單詞為"holography"，意思是將全部信息記錄下來。全息技術(shù)是能夠記錄和再現(xiàn)物體全部信息的技術(shù)，它首先由丹尼斯蓋博在1948年發(fā)明的能同再現(xiàn)光波場(chǎng)的振幅及位相的光學(xué)方法[1]，自此以后，曾在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里是光學(xué)中最熱門的研究領(lǐng)域之一。隨著時(shí)間的推移，在全息的原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)相對(duì)成熟以后，人們很自然地將目光轉(zhuǎn)移到了它的實(shí)際應(yīng)用研究方面。從目前情況看，經(jīng)過人們的努力，激光全息在檢測(cè)、診斷、分析領(lǐng)域，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、交叉和邊緣科學(xué)領(lǐng)域，防偽、印刷及包裝領(lǐng)域等都有不裴的成績(jī)，但相對(duì)于它自身的特點(diǎn)：由于全息可以記錄光的相位和強(qiáng)度，理論上講，它是一種非常優(yōu)越的光測(cè)量方法。全息在光學(xué)測(cè)量中其優(yōu)越性還遠(yuǎn)未得到發(fā)揮。到目前為止，其實(shí)際應(yīng)用還非常少見，大部分工作仍然停留在實(shí)驗(yàn)室的研究階段。我們知道，全息技術(shù)的核心內(nèi)容為記錄技術(shù)和再現(xiàn)技術(shù)。記錄技術(shù)中主要是記錄介質(zhì)的光學(xué)敏感性、記錄介質(zhì)記錄干涉條紋的失真性以及記錄介質(zhì)隨時(shí)間變化特性等。人們相繼開發(fā)了濕式記錄材料和干式記錄材料，濕式記錄材料是需要用化學(xué)方式處理的材料如鹵化銀記錄干板等；干式記錄材料是不需用化學(xué)方式處理的材料，如光致聚合物，光析變晶體等。近來由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和CCD技術(shù)的發(fā)展，人們用電子器件來作為全息的記錄介質(zhì)，用計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存，處理電子器件記錄的信息，這就是現(xiàn)在稱作的數(shù)字全息。數(shù)字全息的出現(xiàn)，被認(rèn)為是全息技術(shù)近年來的又一重大進(jìn)步。全息技術(shù)的再現(xiàn)其關(guān)鍵技術(shù)在于再現(xiàn)的失真度，現(xiàn)有兩種方式，一種是用原記錄全息的參考光照射記錄介質(zhì)，其關(guān)鍵在于怎樣能減小或消除背景噪聲，另一種是數(shù)字全息方法，即是由計(jì)算機(jī)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，還原到信息的原始狀態(tài)。其關(guān)鍵是去除包裹的方法。

二、激光全息的原理

傳統(tǒng)的光學(xué)全息技術(shù)可以分為兩個(gè)過程。第一個(gè)過程是波前記錄，如圖（1）所示。波前記錄是通過干涉方法把物光的相位分布轉(zhuǎn)換成照相底板能夠記錄的光強(qiáng)分布來實(shí)現(xiàn)。因?yàn)閮蓚€(gè)干涉光波的振幅比和相位差決定著干涉條紋的強(qiáng)度分布，所以在干涉條紋中就包含了物光波的振幅和相位信息。在照相底板平面上，物光波和參考光波疊加發(fā)生干涉，將記錄干涉圖樣的照相底板適當(dāng)曝光后沖洗，就得到一張全息圖（全息照片），所以全息圖正是參考光波和物光波干涉圖樣的記錄，顯然，全息照片本身和原始物體沒有任何相像之處。全息術(shù)的第二個(gè)過程是利用衍射原理進(jìn)行物光波的再現(xiàn)，如圖（2）所示。用一個(gè)光波（大多數(shù)情況不是與記錄全息圖時(shí)用的參考光波完全相同）再照明全息圖，光波在全息圖上就好像在一塊復(fù)雜光柵上一樣發(fā)生衍射，在衍射光波中將包含有原來的物光波，因此當(dāng)觀察者迎接物光波方向觀察時(shí)，便可看到物體的再現(xiàn)像，整個(gè)過程就好像無線電的加載和解調(diào)過程。

與傳統(tǒng)的光學(xué)全息相對(duì)的是數(shù)字全息，數(shù)字全息較之傳統(tǒng)的光學(xué)全息最大不同是，在數(shù)字全息中，由于全息圖由CCD器件直接獲得而不需要光敏記錄介質(zhì)，所以，CCD采集到的物光波信息能夠直接傳遞到計(jì)算機(jī)中，參數(shù)的計(jì)算可以立即進(jìn)行，正因?yàn)閿?shù)字全息有如此的特點(diǎn)，它在測(cè)量中的應(yīng)用十分廣泛，因?yàn)闇y(cè)量都是數(shù)據(jù)檢測(cè)，記錄、處理過程組成。這些用計(jì)算機(jī)特別方便實(shí)用，也正是因?yàn)閿?shù)字全息產(chǎn)生的時(shí)間較短，全息在測(cè)量中的應(yīng)用相對(duì)滯后，下面就一些激光全息在測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)例作一些介紹，以給我們有一些啟迪，開拓激光在測(cè)量中的應(yīng)用。

三、激光全息在測(cè)量中的應(yīng)用

1、激光全息在位移、振動(dòng)、速度等方面的應(yīng)用

由于激光全息的自身特點(diǎn)，能夠記錄和再現(xiàn)物體的全部信息，能夠重現(xiàn)物體的三維圖像，所以用它來測(cè)量位移，振動(dòng)、速度不僅能夠單點(diǎn)，單方向測(cè)量，而且還能多方向多點(diǎn)的測(cè)量。測(cè)量采用雙曝光的方式，物體變化前和變化后的三維圖象同時(shí)再現(xiàn)出來，經(jīng)過層析的方法實(shí)現(xiàn)位移、振動(dòng)、速度的多點(diǎn)多方向的測(cè)量[2]。

2、激光全息在溫度場(chǎng)測(cè)量方面的應(yīng)用激光全息在溫度場(chǎng)測(cè)量的原理為：在一定的介質(zhì)中，溫度的高低與介質(zhì)的密度有關(guān)，也即是與介質(zhì)的折射率有關(guān)，如果通過激光全息的方法計(jì)算出介質(zhì)的折射率，那么就根據(jù)格拉德斯通-戴爾公式計(jì)算出溫度值。文獻(xiàn)[3]中采用了全息兩次曝光的方式，實(shí)現(xiàn)了溫度場(chǎng)的三維測(cè)量，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果和理論值非常吻合。

[1]Gabor D.A New microscopic principle Nature,1984,161:T77-778.

[2]閆燦林.數(shù)字全息干涉技術(shù)測(cè)量懸臂梁鋁板位移場(chǎng)的研究.《無損檢測(cè)》2004年11月，第26卷第11期.

[3]張師帥，羅軍，黃素逸.激光全息干涉層析技術(shù)測(cè)量溫度場(chǎng)的探討.《實(shí)用測(cè)試技術(shù)》1999年7月第4期.