全息术的发展与应用

摘要：全息术是利用光的干涉和衍射的原理，形成原物体逼真的立体像的一种技术。本文简要记述了全息术的原理及其发展过程，并对全息术在干涉度量、显微、生物、信息存储、模压全息、制作光学元件、光学处理、以及军事领域的应用。

关键词：全息技术；全息图

1、全息术简介

光全息术是利用光的干涉和衍射的原理，将携带物体信息的光波以干涉图的形式记录下来，并且在一定的条件下使其再现，形成原物体逼真的立体像，由于记录了物体的全部信息（振幅和相位），因此成为全息术。其中全息照相过程分为两个步骤分别是全息记录和波前再现。

波前再现的理论依据是衍射原理，照明光波（再现光）经过全息图衍射后出现一个复杂的光波场。全息图的衍射波含有三种主要成分，即物光波，物光波的共轭波，照明光波的照直前进。在现代记录和重现的全息照相装置中，这三种衍射波在空间彼此分离，互不干扰，便于人们用眼睛或镜头去观测物光波的虚像或其共轭波的实像。

由于全息术的唯一特点就是记录了物体的相位信息。三维立体性——全息照相再现的像是三维立体的，具有如同观看真实物体一样的立体感，这一性质与现有的用偏振镜观看的立体电影有着本质的区别。可分割性——全息照片的碎片仍旧能反映出整个物体的像来，不会因照片的破碎而失去像的完整性。再现象的缩放性——因衍射角与波长有关，用不同波长的激光照射全息图，再现象就会发生放大或缩小。信息容量大——体全息存储的理论存储容量上限远大于磁盘和光盘的存储容量。

2、光全息术的发展

早在1948年，英国科学家丹尼斯？盖伯（DennisGabor）提出了一种新的成象原理，称为全息术（Hologra-phy），这一名词是引用希腊字“Holos”而得名的，是“完全”的意思。我国译为“全息”意即完全信息。全息术本来是打算给电子显微镜工作者提供一种工具，使之能用来观察原子大小的物质。就在全息术发明之前，即1947年，电子显微物镜的分辨率为10埃数量级。如果稍微采用一下编码的形式，并能够运用某种方法对这个象差象进行译码，那么电子显微镜的分辨率的极限或许可以减少到1埃。当时他论证了如果用电子束制作全息图，然后用可见光波进行再现，就能得到无象差的象。因此，他制成了第一张全息图。直到1960年第一台激光器的问世，解决了相干光源的问题，继而在1962年利思（Leith）和乌帕特尼克斯（Upatnieks）将通讯工程中调制载频系统应用到波前再现，他们提出了离轴全息术，从而排除了孪生波的干扰，同时克服了第一代全息图的两大难题，产生了激光记录、激光再现的第二代全息图。然而第二代全息图因为使用激光再现技术，使得这种全息图失去了色调信息。

3、全息术的应用

迄今为止，全息术在实际中的应用已经相当广泛。

光学干涉量度是进行高精度测量的主要手段。但是一般的干涉量度只能用于测量形状比较简单而且经过光学抛光的表面。而全息干涉量度能将这种经典的干涉量度扩散到具有任意形状的三维漫反射表面的物体。全息干涉量度其操作的基本程序与全息记录相似，只是在纪录时根据需要有时要进行一次曝光（实时全息干涉法）、两次曝光（双曝光全息干涉法）、和连续曝光（时间平均全息干涉法）。它的主要特点是：非接触型、高灵敏度、高精度、三维性和快速性。另外，全息干涉计量可以对一个物体在两个不同时刻的状态进行对比，这就可以探测物体在段时间内发生的任何改变。

多年以来，磁存贮已经被广泛的采用，多种形式的磁存贮器已经达到了相当完善的程度。如利用磁心、磁鼓、磁盘、磁卡、磁带等等，存贮容量也达到107数量级。但是随着科技的发展，人类积累了越来越多的信息，包括图片、文字资料、代码、数据等，这些信息往往容量大，而且要求存贮效率要高。从这个角度来说全息存贮应用前景非常广泛。

如果没有激光和全息的的出现，这门技术的研究范围也不能发展到今天这样广泛的程度。诸如航天中所接受的信息、地球物理学的列阵信息、雷达信息、原始光学象的处理、将二位图像处理为三维图像，以及精密测量等等都涉及到这方面的内容。而这种信息通常还是记录在照相乳剂上的。

输入的信息量大、传输速度快是光学信息处理的主要优点。因为光学全息处理是以多路方式进行的。实际上在输入胶片上的每一个分辨单元可以看作是一路。因此可以将其看作为有几百万路的信息在同一时间进行处理。但现代的各种信息多半是电子式的，这就存在着需要将电信号直接转换为光信号的问题，因此就需要有优良的转换器，将电信号经过阴极射线管记录在胶片上。胶片显影后把信号读出，然后输入给处理机。在最后输出往往是由光电池来产生一些电信号。由于用胶片记录需要处理的时间，为了克服这一缺点，使运算接近实时，因此就需要提供高灵敏度可写可擦的新的记录材料，比如重铬酸明胶片、光导热塑片等。

全息三维地图是利用全息技术而制成的一种三维地图。这种地图将卫星拍摄的图片，通过激光扫描，以及计算机合成全息图技术制成的激光全息三维地图。这种地图形象具体地记录了战场的地形地貌，并由于全息术具有三维性、信息容量大、和再现象的缩放性的特点，可以让观看者在观看地图时可以在任意角度进行观看，在进行军事研究时，还可以随意的拖动、拉伸、缩小地图，也可以用特殊的笔在上面做些标记。这种地图大大提高了部队在军事行动中的效率。

全息瞄准镜全称是激光全息衍射式瞄准镜，是一种直接观察弹着点并用弹着点作为瞄准标志的革命式速瞄瞄准具。其瞄准速度有着世间所有瞄准镜之王的美誉。在很多国家全息瞄准镜已经装备到了部队，在海上执法、近距离作战、巷战、移动中射击、射击移动目标时，射手基本上枪枪十环，极为神奇，被誉为现代瞄具的一个革命，全息瞄准镜适用于冲锋枪、步枪、机枪、狙击步枪、榴弹发射器等轻武器，在三公里内的直视距离中不论多么苛刻的工作条件，即使是在雾、雨、雪里，甚至在观瞄窗被污损的情况下，只要能通过观瞄窗看到目标，就能通过十字线瞄准目标，这是其它任何光学瞄准镜做不到的，并可与其他瞄具、夜视仪串联使用。

参考文献

[1]王永昭，《光学全息》，机械工业出版社，1980，2-12

[2]王贤峰，全息术的历史与发展[J]，现代商贸工业，2007，（05）

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