现代全息术的国顺与展里 全息术，也称为光全息、全息照相、全息照相技术它是利用光的干涉和)射原理，将物体 反财的光波以干涉条纹的形式记录下米，并在一定条件下使其再现形成与即物体通真的三推 像。金息术是一门正在蓬物发展的光学分支近年来已渗通到社会生活的各个领域，并被广逐 地应用于近代科学研究和工业生产中。 1,全息术的历史回顾 全息术，在英文中用Holograpry表示，Hob是到用希酯字“Hco”,表示“完全”的意思. 我国译为“全息”意即“完全信息”。追满全皂术的发展历史从提出至今，風然贝有短复的 几十年，但其技术上的发展是飞快的。全息术的发展大致经历了这样四个阶段： 全息术的思想，最早是英国科学家丹尼斯·盖怕(Dennis Gabor)提出米的。198年，盖伯 为提高电子显微镜的分辨半，提出了一种用光波记录物光波的振幅和相位的方法并用实验证 实了这一忽法。他虽然未能用电子波正实其原理，但用可见光证实了，并制成了第一张全息 图.从都时起直到20世纪50年代末期，全息图都是用汞灯作为光源，而且是所谓月轴全息图， 它的±1级行射波是分不开的。这是第一代全息图，这个时搁，是全息术的前芽时期。第一代 全息图存在两个严重问题，一个是再现的原始像和共轭像分不开，另一个是光源的相干性太 差。因此在这十多年中，全息术进展缓慢。 1950年煮光的出现，提供了一种高相干度光源。162年，美国科学家利思(L®h)和乌 帕特尼克斯(Upatrieks)将通信理论中的载频概2推广到空城中，提出了离轴全息术，就是用 离轴的参考光与物光干诊形成全息凰再利用离轴的参考光照射全息图使全息图产生三个在 空间互相分离的制射分量，其中一个复制出原始物光。这样，第一代全息图的两大难题宜告解 决，产生了灌光记录，番光再现的第二代全息图。从而使全息术在沉隔了十几年之后得到了 新生，全息术的研究进入了一个极为活跃的阶段相煤出现了多种全息方法全息技术也在立 体成像、干涉计量检测、信息存贮等应用领域中获得巨大进能这是全息术发展的第二阶段。 由于激光再现的全息图失去了色调信息，科学家们开始致力于研究第三代全皂图，这是用激光 记录而用白光再现的全息图，例如反射全息、像全息、彩虹全息、模压全息等，在一定的条件 下腻予全息图以鲜艳的色彩， 激光的高度相干性，要求全息前摄过程中各个元件、光源和记景介质的相对位置严格保 持不变这也给全息技术的实际使用带米了种种不锂。于是，科学家们又回过头米继续探讨白 光记录的可能性。第四代全息图应该是白光记录白光再现的全息圆，它将使全息术最终走出
现代全息术的回顾与展望 全息术,也称为光全息、全息照相、全息照相技术,它是利用光的干涉和衍射原理,将物体 反射的光波以干涉条纹的形式记录下来,并在一定条件下使其再现,形成与原物体逼真的三维 像。全息术是一门正在蓬勃发展的光学分支,近年来已渗透到社会生活的各个领域,并被广泛 地应用于近代科学研究和工业生产中。 1、全息术的历史回顾 全息术,在英文中用 Holography 表示,Holo 是引用希腊字“Holo”,表示“完全”的意思, 我国译为“全息”意即“完全信息”。 追溯全息术的发展历史,从提出至今,虽然只有短短的 几十年,但其技术上的发展是飞快的。 全息术的发展大致经历了这样四个阶段: 全息术的思想,最早是英国科学家丹尼斯•盖伯（Dennis Gabor）提出来的。1948 年,盖伯 为提高电子显微镜的分辨率,提出了一种用光波记录物光波的振幅和相位的方法,并用实验证 实了这一想法。 他虽然未能用电子波证实其原理,但用可见光证实了,并制成了第一张全息 图。从那时起直到20 世纪50 年代末期,全息图都是用汞灯作为光源,而且是所谓同轴全息图, 它的±1 级衍射波是分不开的。这是第一代全息图,这个时期,是全息术的萌芽时期。 第一代 全息图存在两个严重问题,一个是再现的原始像和共轭像分不开,另一个是光源的相干性太 差。 因此在这十多年中,全息术进展缓慢。 1960 年激光的出现,提供了一种高相干度光源。1962 年,美国科学家利思（Leith）和乌 帕特尼克斯（Upatnieks）将通信理论中的载频概念推广到空域中,提出了离轴全息术,就是用 离轴的参考光与物光干涉形成全息图,再利用离轴的参考光照射全息图,使全息图产生三个在 空间互相分离的衍射分量,其中一个复制出原始物光。这样,第一代全息图的两大难题宣告解 决,产生了激光记录、激光再现的第二代全息图。 从而使全息术在沉睡了十几年之后得到了 新生,全息术的研究进入了一个极为活跃的阶段,相继出现了多种全息方法,全息技术也在立 体成像、干涉计量检测、信息存贮等应用领域中获得巨大进展,这是全息术发展的第二阶段。 由于激光再现的全息图失去了色调信息,科学家们开始致力于研究第三代全息图,这是用激光 记录,而用白光再现的全息图,例如反射全息、像全息、彩虹全息、模压全息等,在一定的条件 下赋予全息图以鲜艳的色彩。 激光的高度相干性,要求全息拍摄过程中各个元件、光源和记录介质的相对位置严格保 持不变,这也给全息技术的实际使用带来了种种不便。于是,科学家们又回过头来继续探讨白 光记录的可能性。 第四代全息图应该是白光记录白光再现的全息图,它将使全息术最终走出
有肉夏工作台的暗实验蜜进入更加泛的实用领域 2、全息术的发展现状 21全息术的特点 全息术是一种不用透镜成像而用相干光干涉得到物体全部信息的二步成像技术。第一 步是记录，即底片上以干涉条纹的形式存储棱摄物的光强和位相，第二步是再现即川光衍射 原理来重现物体原来的三推形状。因此，全是术的特点是 (1)三维性一一因为全息图记录了物光的相位信息图像具有显著的视差特性，可以看到 蓬真的三排图像。 (2)不可撕吸性一一因为全息图记录的是物光与参考光的干涉条纹所以具有可分割性。 它被分制后的任一辞片都能再现完整的被摄物形象风是分辨率受到一些影响。 (3)光学系统简单一一原理上无须透镜成像，是一种无透镜摄像方法。 (4)信息容量大一一同一张全息感光板可多次重复现光记及并橙互不干扰地再现各个 不同的图像。 (5)全息照片的再现像可放大或笔小一一因为射角与艘长有关，用不同被长的激光照 射全息图，再现像就会发生放大或缩小。 22全易图的基本类型 随着光学全息技术的发展，出现了多种类里的全息图。从不同的角度考虑全息图可以有 不同的分类方法。从物光与参考光的位置是否同轴考虑，可以分为同轴全息和离轴全息：从记 录时物体与全息图的相对位置分类，可以分为菲涅耳全息图、像面全息图和傅里叶变换全息 图：从记录介质的厚度考感可以分为平面全皂图和体积全息图：从制作方法考虑可以分为光 学记录全息图和计算机制作全息图：从题明方式考忠，可分为透射全息图与反射全息图：从全 息图的特性考虑，可以分为板幅全息图和位相全息图位相全息图又有两种类型：一种是记录 介质的厚度改变折射率不变称为表面浮雕型：另一种是记录介质的厚度不变折射率改变 称为折射率型等等。 23全息术的主要应用 经过近十几年的发展，全息术在实际中的应用己相当广泛，下面就应用的主要方面进行 介绍 (1)全息干孩计量 全息干涉计量是全息应用的一个重要领规，全息干涉能扩展到具有任意形状的三排漫反 射表面的物体，是一种无接触的三维观测，且不论物体表面光洁度如何，都能相对分析测量到
有防震工作台的黑暗实验室,进入更加广泛的实用领域。 2、全息术的发展现状 2.1 全息术的特点 全息术是一种不用透镜成像,而用相干光干涉得到物体全部信息的二步成像技术。第一 步是记录,即底片上以干涉条纹的形式存储被摄物的光强和位相。第二步是再现,即用光衍射 原理来重现物体原来的三维形状。因此,全息术的特点是: （1）三维性——因为全息图记录了物光的相位信息,图像具有显著的视差特性,可以看到 逼真的三维图像。 （2）不可撕毁性——因为全息图记录的是物光与参考光的干涉条纹,所以具有可分割性。 它被分割后的任一碎片都能再现完整的被摄物形象,只是分辨率受到一些影响。 （3）光学系统简单——原理上无须透镜成像,是一种无透镜摄像方法。 （4）信息容量大——同一张全息感光板可多次重复曝光记录,并能互不干扰地再现各个 不同的图像。 （5）全息照片的再现像可放大或缩小——因为衍射角与波长有关,用不同波长的激光照 射全息图,再现像就会发生放大或缩小。 2.2 全息图的基本类型 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,全息图可以有 不同的分类方法。从物光与参考光的位置是否同轴考虑,可以分为同轴全息和离轴全息;从记 录时物体与全息图的相对位置分类,可以分为菲涅耳全息图、像面全息图和傅里叶变换全息 图;从记录介质的厚度考虑,可以分为平面全息图和体积全息图; 从制作方法考虑,可以分为光 学记录全息图和计算机制作全息图;从照明方式考虑,可分为透射全息图与反射全息图;从全 息图的特性考虑,可以分为振幅全息图和位相全息图,位相全息图又有两种类型:一种是记录 介质的厚度改变,折射率不变,称为表面浮雕型; 另一种是记录介质的厚度不变,折射率改变, 称为折射率型等等。 2.3 全息术的主要应用 经过近十几年的发展,全息术在实际中的应用已相当广泛。 下面就应用的主要方面进行 介绍: （1）全息干涉计量 全息干涉计量是全息应用的一个重要领域。全息干涉能扩展到具有任意形状的三维漫反 射表面的物体,是一种无接触的三维观测,且不论物体表面光洁度如何,都能相对分析测量到
波长数量领的水平，同时它可以对一个物体在两个不同时射的状态进行对比，从而可探测物体 在一段时间内发生的任何变化。目前，全息干涉计量分析在无损检验、微应力2应变测量、 影状和等高线的检测、振动分析等领城中己得到泛的应用。最常用的全息干待方法包括 单次曝光（实时法），二次型光、多次型光、连续强光（时饲平均法）、非线性记录，多 波长干涉和错位干涉等。随着相关技术的发展全息干涉已与莫阿技术、散璃技术等结合起 米，并常利用光电检测、C①数据采集和计算机等技术来自动处理测量结果，以达到速度快， 精度高、性能价格比优的特点，使所研制的全是干沙计量仪是光，机、电、算相结合的现代 化设备。 (2)计算全息 全息图能够显示的三维物体像的信息是记录在错综复染的条纹中的。假如物体并不存在 而贝知道光波的数学描述，也可以利用计算机将模报的干涉图样绘制和复制在透明胶片上 这种计算机合成的全息哥称为计算全息图。计算全息的合成中，只要在计算机中输入实际物 体或虚构物体的数学模型设行了，计算全息图可以随心所欲地制透各种各样的光波。从而创 迹千变万化的真实或虚报的物体。计算全息再现的三维像是现有技术所能得到的唯一的三 推虚构像，具有重要的科学意义。例如飞机和新型轿车的设计师们可以用计算机全息图创造 一个他们塑像中的新机型三推立体像，经过从不同角度观察后决定是否要作某些修改，然后改 动一下程序重新制作一张全息图，从这张新的全息图中，可以看到一辆经过修政的娇车的立体 像！目前，计算全息的主要应用范围是：①二维和三维物体像的是示：②在光学信息处理中 用计算全息制作各种空间滤波器：③产生特定波面用于全息干涉计量④藏光扫描器：⑤数 暴存贮等。 (3)光全息存储 在“信息爆炸”的今天信息以惊人的速度增长，信息的大规模存储、传输和处理一直是 技术研究的热点。光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米它利 用两个光波之间的属合和解蜗合，可以把信息存储和信息之间的比较（相关）、凯别，甚至联 想的功能结合起来，也就是可以把信息存销和信息处理结合起来。当代计算机技术和光计算 技术的迅速发展，需要有比磁盘和光盘容量更大、速度更高、功能更新的存储器件，光全息 存绪不仅容量大而且数据传输速率高，寻址时间短，比其它任何一种同时具有这些优点的信 恳存储技术更接近实用化阶段。创知体全息存储技术使得信息星分布式存德，不易丢失这根 像大酵记忆的方式面且在一个物理通道（介质区域）中，可以通过信息编码存储多路信息 这类似于在一个通信信道中传输多路信号，可使信息存储容量和处理信息的速度大为提高
波长数量级的水平,同时它可以对一个物体在两个不同时刻的状态进行对比,从而可探测物体 在一段时间内发生的任何变化。 目前,全息干涉计量分析在无损检验、微应力 2 应变测量、 形状和等高线的检测、振动分析等领域中已得到广泛的应用。 最常用的全息干涉方法包括 单次曝光（实时法） 、二次曝光、多次曝光、连续曝光（时间平均法） 、非线性记录、多 波长干涉和错位干涉等。 随着相关技术的发展,全息干涉已与莫阿技术、散斑技术等结合起 来,并常利用光电检测、CCD 数据采集和计算机等技术来自动处理测量结果,以达到速度快、 精度高、性能价格比优的特点,使所研制的全息干涉计量仪是光、机、电、算相结合的现代 化设备。 （2）计算全息 全息图能够显示的三维物体像的信息是记录在错综复杂的条纹中的。假如物体并不存在, 而只知道光波的数学描述,也可以利用计算机,将模拟的干涉图样绘制和复制在透明胶片上, 这种计算机合成的全息图称为计算全息图。 计算全息的合成中,只要在计算机中输入实际物 体或虚构物体的数学模型就行了,计算全息图可以随心所欲地制造各种各样的光波。从而创 造千变万化的真实或虚拟的物体。 计算全息再现的三维像是现有技术所能得到的唯一的三 维虚构像,具有重要的科学意义。 例如飞机和新型轿车的设计师们可以用计算机全息图创造 一个他们想像中的新机型三维立体像,经过从不同角度观察后决定是否要作某些修改,然后改 动一下程序重新制作一张全息图,从这张新的全息图中,可以看到一辆经过修改的轿车的立体 像! 目前,计算全息的主要应用范围是: ① 二维和三维物体像的显示;②在光学信息处理中 用计算全息制作各种空间滤波器; ③产生特定波面用于全息干涉计量; ④激光扫描器; ⑤数 据存贮等。 （3）光全息存储 在“信息爆炸”的今天,信息以惊人的速度增长,信息的大规模存储、传输和处理一直是 技术研究的热点。光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,它利 用两个光波之间的耦合和解耦合,可以把信息存储和信息之间的比较（相关） 、识别,甚至联 想的功能结合起来,也就是可以把信息存储和信息处理结合起来。当代计算机技术和光计算 技术的迅速发展,需要有比磁盘和光盘容量更大、速度更高、功能更新的存储器件。 光全息 存储不仅容量大,而且数据传输速率高,寻址时间短,比其它任何一种同时具有这些优点的信 息存储技术更接近实用化阶段。例如体全息存储技术使得信息呈分布式存储,不易丢失,这很 像大脑记忆的方式,而且在一个物理通道（介质区域） 中,可以通过信息编码存储多路信息, 这类似于在一个通信信道中传输多路信号,可使信息存储容量和处理信息的速度大为提高
和超知林冲技术相结合的时域全息术还可以存销和复现物体的快速变化过程以及立体物体 的层面。由于这些显著的优点，全息存储有着广闻的应用前最： (4)全息显微术 全息显微术主要有两种形式，一种是将全皂技术和显微镜结合，称为“全息显微镜”：另一 种是利用全息图本身的特性来进行放大，称为“全息放大”。全息显微术解决了一般显微镜中 分辨本领与景深的矛盾，避免了像差影响面达到很小的衔射极限可以获得更大的视野。如果 在拍摄和最示时，采用不同波长的激光器可以实现图像放大。由于被长的不同，衔射角不同， 这等于将全息图作了相应调整。例如若用电子柬成X射线米拍摄全息片，然后用可见光来显 示，就相当于使原来很小的物体像变成祝角根大的图像。因此可以获得很大的放大率。 (5)模压全息 慎压全息术是20世纪0年代提出的用模压方法复制全息图的一项新技术，它是建立 在全息技术、计算机辅助成图技术、制版技术、表面物理、电化学，精密机械加工等多学科 基础之上的一种精细加工技术。模压全息与凸假印时术类以，所以又称为全息印时术它解决 了全息图的复制问题，可以大规模生产，使全息图最终走出实验室，迅速商品化，并使全息术进 入人们杜会生活的很多领域。模压全息图通真的三维显示、变幻无穷以及五彩缤纷的图像 使其在包装、产品促销和装饰上得到充分应用，其最重要的应用是在斯伪领域目前，根多国家 的护飄、身份证、信用卡、商标、商品包装上都有模压全息图做为防伪标识并不断推出新 技术打击伪造者， 3、全息术的前景展望 全息术发展很快，其发展历程充分表明，人类社会生活的需要，相关高新技术的发展，是推 动全息术不断发展的动力。展里表米，下述课题的研究有可能成为全息术研究的热点 第三代全息图是利用激光记录和白光再现的全息在一定的条件下赋予全息图以鲜艳 的色彩。第四代全息图应该是自光记录和白光再现的全息图它将使全息术最终走出实验室， 进入更广泛的实用领城 全息术在光学信息处理方面的应用也根有前途。全息存贮全息显示也在发展。全息显 示技术研究的发展方向包括 (1)研究高质量高保密性能的加密模压全息图，满足社会的需求： (2)大面积显示全息图和小面积全息显示一体化产品的研制 (3)干湾计量用全息彩虹相机的研究目标是研制出结构简单且实用的全息照相机： 《4)数字全皂图的研究有可能促进“全息”电祝问世
和超短脉冲技术相结合的时域全息术,还可以存储和复现物体的快速变化过程以及立体物体 的层面。 由于这些显著的优点,全息存储有着广阔的应用前景。 （4）全息显微术 全息显微术主要有两种形式,一种是将全息技术和显微镜结合,称为“全息显微镜”;另一 种是利用全息图本身的特性来进行放大,称为“全息放大”。全息显微术解决了一般显微镜中 分辨本领与景深的矛盾,避免了像差影响而达到很小的衍射极限,可以获得更大的视野。如果 在拍摄和显示时,采用不同波长的激光器,可以实现图像放大。 由于波长的不同,衍射角不同, 这等于将全息图作了相应调整。例如,若用电子束或 X 射线来拍摄全息片,然后用可见光来显 示,就相当于使原来很小的物体像变成视角很大的图像。因此可以获得很大的放大率。 （5）模压全息 模压全息术是 20 世纪 70 年代提出的用模压方法复制全息图的一项新技术。它是建立 在全息技术、计算机辅助成图技术、制版技术、表面物理、电化学,精密机械加工等多学科 基础之上的一种精细加工技术。模压全息与凸版印刷术类似,所以又称为全息印刷术,它解决 了全息图的复制问题,可以大规模生产,使全息图最终走出实验室,迅速商品化,并使全息术进 入人们社会生活的很多领域。模压全息图逼真的三维显示、变幻无穷以及五彩缤纷的图像, 使其在包装、产品促销和装饰上得到充分应用,其最重要的应用是在防伪领域,目前,很多国家 的护照、身份证、信用卡、商标、商品包装上都有模压全息图做为防伪标识,并不断推出新 技术打击伪造者。 3、全息术的前景展望 全息术发展很快,其发展历程充分表明,人类社会生活的需要,相关高新技术的发展,是推 动全息术不断发展的动力。 展望未来,下述课题的研究有可能成为全息术研究的热点: 第三代全息图是利用激光记录和白光再现的全息图,在一定的条件下赋予全息图以鲜艳 的色彩。第四代全息图应该是白光记录和白光再现的全息图,它将使全息术最终走出实验室, 进入更广泛的实用领域。 全息术在光学信息处理方面的应用也很有前途。 全息存贮,全息显示也在发展。全息显 示技术研究的发展方向包括: （1）研究高质量,高保密性能的加密模压全息图,满足社会的需求; （2）大面积显示全息图和小面积全息显示一体化产品的研制; （3）干涉计量用全息彩虹相机的研究,目标是研制出结构简单且实用的全息照相机; （4）数字全息图的研究,有可能促进“全息”电视问世
纳米级精度光学全息元件的研究，是个学科交叉的误恩，需要有相关技术以及全息技术相 结合才能完成，近年米兴起的模压光桶全息图，则是将飞速发展的计算机技术引进模压全息 工业的杰作，制作三维物体以及二推，三推物体混合的模压光福全息图，将成为全息工作者要 解决的问思。 激光全息技术的发展能够开拓巨大的应用市场，关键在于技术创新，不斯拓宽激光全息技 术的应用额域促进激光全息技术和应用的进一步发展。 (源自：物理与工程6l.12a.42002)
纳米级精度光学全息元件的研究,是个学科交叉的课题,需要有相关技术以及全息技术相 结合才能完成。 近年来兴起的模压光栅全息图,则是将飞速发展的计算机技术引进模压全息 工业的杰作,制作三维物体以及二维,三维物体混合的模压光栅全息图,将成为全息工作者要 解决的问题。 激光全息技术的发展能够开拓巨大的应用市场,关键在于技术创新,不断拓宽激光全息技 术的应用领域,促进激光全息技术和应用的进一步发展。 （源自：物理与工程 Vol . 12 No. 4 2002）