任天忠

摘要：全息術是利用光的干涉和衍射的原理，形成原物體逼真的立體像的一種技術。本文簡要記述了全息術的原理及其發(fā)展過程，并對全息術在干涉度量、顯微、生物、信息存儲、模壓全息、制作光學元件、光學處理、以及軍事領域的應用。

關鍵詞：全息技術；全息圖

1、全息術簡介

光全息術是利用光的干涉和衍射的原理，將攜帶物體信息的光波以干涉圖的形式記錄下來，并且在一定的條件下使其再現(xiàn)，形成原物體逼真的立體像，由于記錄了物體的全部信息（振幅和相位），因此成為全息術。其中全息照相過程分為兩個步驟分別是全息記錄和波前再現(xiàn)。

波前再現(xiàn)的理論依據(jù)是衍射原理，照明光波（再現(xiàn)光）經(jīng)過全息圖衍射后出現(xiàn)一個復雜的光波場。全息圖的衍射波含有三種主要成分，即物光波，物光波的共軛波，照明光波的照直前進。在現(xiàn)代記錄和重現(xiàn)的全息照相裝置中，這三種衍射波在空間彼此分離，互不干擾，便于人們用眼睛或鏡頭去觀測物光波的虛像或其共軛波的實像。

由于全息術的唯一特點就是記錄了物體的相位信息。三維立體性——全息照相再現(xiàn)的像是三維立體的，具有如同觀看真實物體一樣的立體感，這一性質與現(xiàn)有的用偏振鏡觀看的立體電影有著本質的區(qū)別?？煞指钚浴⒄掌乃槠耘f能反映出整個物體的像來，不會因照片的破碎而失去像的完整性。再現(xiàn)象的縮放性——因衍射角與波長有關，用不同波長的激光照射全息圖，再現(xiàn)象就會發(fā)生放大或縮小。信息容量大——體全息存儲的理論存儲容量上限遠大于磁盤和光盤的存儲容量。

2、光全息術的發(fā)展

早在1948年，英國科學家丹尼斯？蓋伯（DennisGabor）提出了一種新的成象原理，稱為全息術（Hologra-phy），這一名詞是引用希臘字“Holos”而得名的，是“完全”的意思。我國譯為“全息”意即完全信息。全息術本來是打算給電子顯微鏡工作者提供一種工具，使之能用來觀察原子大小的物質。就在全息術發(fā)明之前，即1947年，電子顯微物鏡的分辨率為10埃數(shù)量級。如果稍微采用一下編碼的形式，并能夠運用某種方法對這個象差象進行譯碼，那么電子顯微鏡的分辨率的極限或許可以減少到1埃。當時他論證了如果用電子束制作全息圖，然后用可見光波進行再現(xiàn)，就能得到無象差的象。因此，他制成了第一張全息圖。直到1960年第一臺激光器的問世，解決了相干光源的問題，繼而在1962年利思（Leith）和烏帕特尼克斯（Upatnieks）將通訊工程中調制載頻系統(tǒng)應用到波前再現(xiàn)，他們提出了離軸全息術，從而排除了孿生波的干擾，同時克服了第一代全息圖的兩大難題，產(chǎn)生了激光記錄、激光再現(xiàn)的第二代全息圖。然而第二代全息圖因為使用激光再現(xiàn)技術，使得這種全息圖失去了色調信息。

3、全息術的應用

迄今為止，全息術在實際中的應用已經(jīng)相當廣泛。

光學干涉量度是進行高精度測量的主要手段。但是一般的干涉量度只能用于測量形狀比較簡單而且經(jīng)過光學拋光的表面。而全息干涉量度能將這種經(jīng)典的干涉量度擴散到具有任意形狀的三維漫反射表面的物體。全息干涉量度其操作的基本程序與全息記錄相似，只是在紀錄時根據(jù)需要有時要進行一次曝光（實時全息干涉法）、兩次曝光（雙曝光全息干涉法）、和連續(xù)曝光（時間平均全息干涉法）。它的主要特點是：非接觸型、高靈敏度、高精度、三維性和快速性。另外，全息干涉計量可以對一個物體在兩個不同時刻的狀態(tài)進行對比，這就可以探測物體在段時間內發(fā)生的任何改變。

多年以來，磁存貯已經(jīng)被廣泛的采用，多種形式的磁存貯器已經(jīng)達到了相當完善的程度。如利用磁心、磁鼓、磁盤、磁卡、磁帶等等，存貯容量也達到107數(shù)量級。但是隨著科技的發(fā)展，人類積累了越來越多的信息，包括圖片、文字資料、代碼、數(shù)據(jù)等，這些信息往往容量大，而且要求存貯效率要高。從這個角度來說全息存貯應用前景非常廣泛。

如果沒有激光和全息的的出現(xiàn)，這門技術的研究范圍也不能發(fā)展到今天這樣廣泛的程度。諸如航天中所接受的信息、地球物理學的列陣信息、雷達信息、原始光學象的處理、將二位圖像處理為三維圖像，以及精密測量等等都涉及到這方面的內容。而這種信息通常還是記錄在照相乳劑上的。

輸入的信息量大、傳輸速度快是光學信息處理的主要優(yōu)點。因為光學全息處理是以多路方式進行的。實際上在輸入膠片上的每一個分辨單元可以看作是一路。因此可以將其看作為有幾百萬路的信息在同一時間進行處理。但現(xiàn)代的各種信息多半是電子式的，這就存在著需要將電信號直接轉換為光信號的問題，因此就需要有優(yōu)良的轉換器，將電信號經(jīng)過陰極射線管記錄在膠片上。膠片顯影后把信號讀出，然后輸入給處理機。在最后輸出往往是由光電池來產(chǎn)生一些電信號。由于用膠片記錄需要處理的時間，為了克服這一缺點，使運算接近實時，因此就需要提供高靈敏度可寫可擦的新的記錄材料，比如重鉻酸明膠片、光導熱塑片等。

全息三維地圖是利用全息技術而制成的一種三維地圖。這種地圖將衛(wèi)星拍攝的圖片，通過激光掃描，以及計算機合成全息圖技術制成的激光全息三維地圖。這種地圖形象具體地記錄了戰(zhàn)場的地形地貌，并由于全息術具有三維性、信息容量大、和再現(xiàn)象的縮放性的特點，可以讓觀看者在觀看地圖時可以在任意角度進行觀看，在進行軍事研究時，還可以隨意的拖動、拉伸、縮小地圖，也可以用特殊的筆在上面做些標記。這種地圖大大提高了部隊在軍事行動中的效率。

全息瞄準鏡全稱是激光全息衍射式瞄準鏡，是一種直接觀察彈著點并用彈著點作為瞄準標志的革命式速瞄瞄準具。其瞄準速度有著世間所有瞄準鏡之王的美譽。在很多國家全息瞄準鏡已經(jīng)裝備到了部隊，在海上執(zhí)法、近距離作戰(zhàn)、巷戰(zhàn)、移動中射擊、射擊移動目標時，射手基本上槍槍十環(huán)，極為神奇，被譽為現(xiàn)代瞄具的一個革命，全息瞄準鏡適用于沖鋒槍、步槍、機槍、狙擊步槍、榴彈發(fā)射器等輕武器，在三公里內的直視距離中不論多么苛刻的工作條件，即使是在霧、雨、雪里，甚至在觀瞄窗被污損的情況下，只要能通過觀瞄窗看到目標，就能通過十字線瞄準目標，這是其它任何光學瞄準鏡做不到的，并可與其他瞄具、夜視儀串聯(lián)使用。

參考文獻

[1]王永昭，《光學全息》，機械工業(yè)出版社，1980，2-12

[2]王賢峰，全息術的歷史與發(fā)展[J]，現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2007，（05）