张新阳 宋霄森

摘要：全息技术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实三维图像的技术。2010年3月，日本世嘉公司举办了一场名为“初音未来日的感谢祭”的全息投影演唱会，会场内座无虚席；2011年12月，江苏卫视跨年演唱会上，利用全息技术，艺人周笔畅与梅艳芳、邓丽君、张国荣等已故明星完成了一次“跨时光演唱”，取得当晚同时段收视冠军......和未来的接触，与往昔的重逢，美轮美奂的场景足以让观众震撼，然而这只是全息技术应用的冰山一角，此类应用只是全息技术的简单应用，与理想中的全息技术还存在很大差距。

关键词：全息技术 全息投影

一、全息技术的原理

全息技术第一步是利用干涉原理记录物体光波信息，即拍摄过程：被拍摄物体在激光辐照下形成漫射式的物光束；另一部分激光作为参考光束射到全息底片上，和物光束叠加产生干涉，把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度，从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来。记录着干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后，便成为一张全息图，或称全息照片；其第二步是利用衍射原理再现物体光波信息，这是成象过程：全息图犹如一个复杂的光栅，在相干激光照射下，一张线性记录的正弦型全息图的衍射光波一般可给出两个象，即原始象（又称初始象）和共轭象。再现的图像立体感强，具有真实的视觉效应。全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息，故原则上它的每一部分都能再现原物的整个图像，通过多次曝光还可以在同一张底片上记录多个不同的图像，而且能互不干扰地分别显示出来。

二、全息技术的特点及其技术种类

全息技术有以下特点：（1）再造出来的立体影像有利于保存珍贵的艺术品资料进行收藏。（2）拍摄时每一点都记录在全息片的任何一点上，就算照片损坏也关系不大。（3）全息照片的景物立体感强，形象逼真，借助激光器可以在各种展览会上进行展示，会得到非常好的效果。

投影技术一共分为三种：（1）空气投影和交互技术：这是美国麻省名叫Chad Dyne的29岁理工研究生发明的，是显示技术上的一个里程碑，它可以在气流形成的墙上投影出具有交互功能的图像。此技术来源海市蜃楼的原理，将图像投射在水蒸气上，由于分子震动不均衡，可以形成层次和立体感很强的图像。（2）激光束技术：是日本Science and Technology公司发明了一种可以用激光束来投射实体的3D影像，这种技术是利用氮气和氧气在空气中散开时，混合成的气体变成灼热的浆状物质，并在空气中形成一个短暂的3D图像。这种方法主要是不断在空气中进行小型爆破来实现的。（3）360度全系显示：它是由南加利福尼亚大学创新科技研究院的研究人员当前宣布他们成功研制的，这种技术是将图像投影在一种高速旋转的镜子上从而实现三维图像，只是会有些危险。

可以说这些技术很多国家都在研制，毫不夸张的说这项技术它包含了未来，谁最先使用这项技术，谁就最先走入未来的先进技术行列。全息投影技术是全息摄影技术的逆向展示，本质上是通过在空气或者特殊的立体镜片上形成立体的影像。不同于平面银幕投影仅仅在二维表面通过透视、阴影等效果实现立体感，全息投影技术是真正呈现3D的影像，可以从360°的任何角度观看影像的不同侧面。

三、全息技术的技术应用

全息学的原理适用于各种形式的波动，如X射线、微波、声波、电子波等。只要这些波动在形成干涉花样时具有足够的相干性即可。光学全息术可望在立体电影、电视、展览、显微术、干涉度量学、投影光刻、军事侦察监视、水下探测、金属内部探测、保存珍贵的历史文物、艺术品、信息存储、遥感，研究和记录物理状态变化极快的瞬时现象、瞬时过程（如爆炸和燃烧）等各个方面獲得广泛应用。在生活中，也常常能看到全息摄影技术的运用。比如，在一些信用卡和纸币上，就有运用了俄国物理学家尤里·丹尼苏克在20世纪60年代发明的全彩全息图像技术制作出的聚酯软胶片上的“彩虹”全息图像。但这些全息图像更多只是作为一种复杂的印刷技术来实现防伪目的，它们的感光度低，色彩也不够逼真，远不到乱真的境界。研究人员还试着使用重铬酸盐胶作为感光乳剂，用来制作全息识别设备。在一些战斗机上配备有此种设备，它们可以使驾驶员将注意力集中在敌人身上。把一些珍贵的文物用这项技术拍摄下来，展出时可以真实地立体再现文物，供参观者欣赏，而原物妥善保存，防失窃，大型全息图既可展示轿车、卫星以及各种三维广告，亦可采用脉冲全息术再现人物肖像、结婚纪念照。小型全息图可以戴在颈项上形成美丽装饰，它可再现人们喜爱的动物，多彩的花朵与蝴蝶。迅猛发展的模压彩虹全息图，既可成为生动的卡通片、贺卡、立体邮票，也可以作为防伪标识出现在商标、证件卡、银行信用卡，甚至钞票上。装饰在书籍中的全息立体照片，以及礼品包装上闪耀的全息彩虹，使人们体会到21世纪印刷技术与包装技术的新飞跃。模压全息标识，由于它的三维层次感，并随观察角度而变化的彩虹效应，以及千变万化的防伪标记，再加上与其他高科技防伪手段的紧密结合，把新世纪的防伪技术推向了新的辉煌顶点。

除光学全息外，还发展了红外、微波和超声全息技术，这些全息技术在军事侦察和监视上有重要意义。我们知道，一般的雷达只能探测到目标方位、距离等，而全息照相则能给出目标的立体形象，这对于及时识别飞机、舰艇等有很大作用。因此，备受人们的重视。但是由于可见光在大气或水中传播时衰减很快，在不良的气候下甚至于无法进行工作。为克服这个困难发展出红外、微波及超声全息技术，即用相干的红外光、微波及超声波拍摄全息照片，然后用可见光再现物象，这种全息技术与普通全息技术的原理相同。技术的关键是寻找灵敏记录的介质及合适的再现方法。超声全息照相能再现潜伏于水下物体的三维图样，因此可用来进行水下侦察和监视。由于对可见光不透明的物体，往往对超声波透明，因此超声全息可用于水下的军事行动，也可用于医疗透视以及工业无损检测等。除用光波产生全息图外，已发展到可用计算机产生全息图。全息图用途很广，可作成各种薄膜型光学元件，如各种透镜、光栅、滤波器等，可在空间重叠，十分紧凑、轻巧，适合于宇宙飞行使用。使用全息图贮存资料，具有容量大、易提取、抗污损等优点。

四、总结

数字全息技术在理论和实验上已经取得了重大突破，收获了许多阶段性成果。但是，全息技术若想取得进一步发展，仍然面临许多技术瓶颈，比如研制像素数更多、分辨率更高的纯味相型SLM器件，开发工作电压更低、灵敏度更高、刷新速度更快、衍射效率更高的实时光折变聚合物材料等都是亟待解决的障碍。尽管近年来人们对全息技术的关注度持续升温，但科技的发展并非一蹴而就，全息技术要想取得长足的发展，还应加大科研投入，加强产学研合作，使科技工作者的最新研究成果尽快转化为产品，只有这样，全息技术才能走上“强科研、高产出、多转化”的理想发展之路。

参考文献：

[1]《全息技术：酷炫科技走进现实》，朱明枫，中国知识产权报

[2]百度百科

[3]《数字全息技术研究进展及应用》，罗鹏，吕晓旭，钟丽云，激光杂志