全息术的现状及发展

2010-09-06许昌职业技术学院现代教育技术中心张小林

河南科技 2010年9期

许昌职业技术学院现代教育技术中心张小林

全息术的现状及发展

许昌职业技术学院现代教育技术中心张小林

一、引言

全息也称为全息术、全息照相、全息照相技术，是利用干涉原理，将物光波以干涉条纹的形式记录下来，并在一定条件下使其衍射再现，形成与原物体相似的三维图像。全息照相把物光波的强度分布和位相分布都完整的记录下来，也即是记录了物体的全部信息（而普通照相只能记录物光波的强度分布），因此我们把这种照相术称为全息照相术或全息术。

全息术是在1948年由英国科学家丹尼斯·盖伯（Dennis Gabor）首次提出的。直到1960年激光器出现后才得到迅速地发展。其发展历程见表1。

表1 全息术的发展历程

全息术现已远远不只局限于全息照相中，它已逐渐渗透到社会的各个领域，并被广泛地应用于科学研究和工业生产中。

二、全息术的特点及应用

1.全息术的特点。全息术是研究如何记录和重现物波波前全部信息（振幅和位相）的一门学问。

它的基本原理是用干涉技术，通过记录介质记录物波波前和已知的参考波波前的干涉图样，然后将记录介质做在线或离线线性处理，再用相干的重现波照明，使物光波衍射再现。因此，全息术具有以下特点。

（1）三维立体性。指全息照相再现的图像是三维立体的，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。

（2）可分割性。指全息照片的碎片仍能反映出整个物体的图像，不会因照片的破碎而失去图像的完整性。

（3）信息容量大。全息存储的存储容量上限为1/λ3，远大于磁盘和光盘的存储容量。

2.全息图的分类。随着光学全息技术的发展，出现了多种类型的全息图。从不同的角度考虑，对全息图进行以下分类：按记录介质的膜厚可分为平面全息图和体积全息图2类；按照明方式可分为透射全息图与反射全息图2类；按全息图特性可分为有振幅型全息图和位相型全息图2类，而位相型又可分为表面浮雕型全息图和折射率型全息图2类；按光路的布置特点，可分为菲涅耳全息图、夫琅和费全息图和傅立叶变换全息图3类；按制作方法，可分为光学记录全息图和计算机制作全息图2类。

3.全息术的主要应用。经过近十几年的发展，全息术在实际应用中已相当广泛。下面就应用的主要方面进行介绍。

（1）全息显微摄影与全息显示。利用全息进行显微放大，可放大几千到上万倍。由于全息照相再现了物体的三维逼真形象，立体感强，成为立体电影和立体电视的发展方向。膜压全息技术是把全息和电镀、压印等技术结合起来，使全息技术冲破实验室的束缚而实现市场化。它可进行机械化大规模生产，因而价格低廉，被称为“21世纪的印刷术”，已被广泛应用于防伪商标、保密标记、艺术和装饰等方面。

（2）全息干涉计量。用全息干涉的方法进行精密测量，称为全息干涉计量，是目前全息应用最广泛的领域之一。干涉计量的基础是波前比较。全息术是唯一能记录和再现波前的技术，这使我们有可能用严格标准波前与一个编写物体产生的波前相比较而实现干涉计量。由于标准波前和变形波前是通过同一光路产生的，因而可以消除系统误差，这样对光学元件的精度要求可以降低，这是其他干涉计量方法所不容易做到的。目前，全息干涉计量分析在无损检验、振动分析、微应力应变测量、形状和等高线的检测等领域，并已得到了广泛的应用。

（3）计算全息的应用。将计算机技术和全息技术相结合，称为计算全息。计算全息不仅可以全面记录光波的振幅和位相，而且能综合复杂的或者世间不存在的物体的全息图（只要知道该物体的数学表达式即可），因而具有独特的优点。

（4）全息存储。全息存储是依据全息学的原理，将信息以全息照相的方式存储起来，即首先在存储介质上记录物光和参考光的干涉场，然后用读出光再现被记录的物光波前。早在全息术发展的初期，信息的全息存储就引起了广泛的注意。与已经成熟的磁性存储技术和光盘存储技术相比，全息存储有以下优点：高冗余度、高存储容量、非常高的数据传输速率和很快的存取时间等。随着全息存储材料及光电子技术等周边技术的日趋成熟，全息信息存储技术将面临着实用化的重大突破。