一、 全息技術(shù)的發(fā)明
全息技術(shù)是倫敦大學(xué)帝國(guó)理工學(xué)院的Dennis Gabor博士發(fā)明的。他也因此而獲得了1971年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。最初,Gabor博士只是希望提高掃描電子顯微鏡的解析度。上世紀(jì)60年代初期,密歇根大學(xué)的研究員Leith和Upatnieks制作出世界上第一組三維全息圖像。這段時(shí)間,前蘇聯(lián)的Yuri Dennisyuk也開(kāi)始嘗試制作可以用普通白光觀看的全息圖。
現(xiàn)在,全息技術(shù)的持續(xù)發(fā)展為我們提供了越來(lái)越精確的三維圖像。
二、 全息圖
全息技術(shù)是實(shí)現(xiàn)真實(shí)的三維圖像的記錄和再現(xiàn)的技術(shù)。該圖像稱(chēng)作全息圖。全息圖是一種三維圖像,它與傳統(tǒng)的照片有很大的區(qū)別。傳統(tǒng)的照片呈現(xiàn)的是真實(shí)的物理圖像,而全息圖則包含了被記錄物體的尺寸、形狀、亮度和對(duì)比度等信息。這些信息儲(chǔ)存在一個(gè)很微小但卻很復(fù)雜的干涉模式中。這個(gè)干涉模式是由激光產(chǎn)生的。
從三維物體上反射出來(lái)的光形成一個(gè)非常復(fù)雜的三維干涉模式。要記錄下整個(gè)模式,使用的光必須嚴(yán)格定向,而且屬于同一顏色。這樣的光叫做相干光。因?yàn)榧す馄鳟a(chǎn)生的光具有單一顏色,而且所有光波都協(xié)調(diào)同步,因此激光是制作全息圖的理想光源。
當(dāng)你用光照射全息圖時(shí),儲(chǔ)存在干涉模式中的信息就會(huì)借助入射光再現(xiàn)由物體反射出來(lái)的原始光波波陣。你的眼睛和大腦就會(huì)覺(jué)得原來(lái)的物體好像又出現(xiàn)在你面前了。
三、 全息技術(shù)照相
1. 理論分析
激光全息照相是利用激光的相干性原理,將物體對(duì)光的振幅和位相反射(或透射)情況同時(shí)記錄在感光板上,也就是把物光的所有信息全部記錄下來(lái),形成三維空間的立體圖像。這種照相技術(shù)與常規(guī)的照相方法相比有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它對(duì)疑難痕跡物證的檢驗(yàn),特別是無(wú)反差痕跡的檢驗(yàn)、保留痕跡物證的檢驗(yàn)具有重要的推廣使用價(jià)值。在全息照相中,感光片記錄的不是圖像,而是光波。
如圖1所示,是漫反射全息照相拍攝(記錄)的光路,分束鏡將激光光束分成兩束,一束激光經(jīng)平面鏡M1、擴(kuò)束鏡L1照射到被攝的物體上, 經(jīng)物體的漫反射, 照射到全息干板E上,稱(chēng)為物光U0 另一束激平面鏡M2、擴(kuò)束鏡L2 直接照射到全息干板E上,稱(chēng)為參考光UR。兩束光將在全息干板上產(chǎn)生干涉,形成干涉條紋。

記錄有物光波全部信息的干板經(jīng)顯影、定影即成為一張全息圖片。將其放回拍攝時(shí)的原光路圖中,僅用參考光將其照明就可以觀察到物像的再現(xiàn)。
全息圖的觀察方法如圖2所示,原物虛像的觀察比較簡(jiǎn)單,只要將處理后的全息圖放在原處用參考光波照明,沿著原物光波的方向觀察即可以看到原物的虛像,若想得到一個(gè)沒(méi)有畸變的實(shí)像則用原參考光的共軛光波來(lái)照明全息圖,然后用一塊毛玻璃在如圖3所示被攝物處移動(dòng)可接收到實(shí)像。

2. 制作要求
在商店、藝術(shù)中心和其他地方看到的很多全息圖都是在專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室里制作的。典型的制作全息圖的實(shí)驗(yàn)室包括一臺(tái)激光器、一個(gè)防震光學(xué)平臺(tái)、棱鏡、反射鏡、光學(xué)支持架和其他多種配套設(shè)備。制作全息圖也需要一個(gè)暗室環(huán)境。為了拍出一張滿(mǎn)意的全息照片,拍攝系統(tǒng)必須具備以下要求:
1)光源必須是相干光源
2)全息照相系統(tǒng)要具有穩(wěn)定性
3)物光與參考光應(yīng)滿(mǎn)足
4)使用高分辨率的全息底片
5)全息照片需在暗室環(huán)境中沖洗
只要有這些設(shè)備和一個(gè)合適的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境,一個(gè)業(yè)余愛(ài)好者也可以制作全息圖。制造價(jià)格非常低廉但性能不遜于專(zhuān)業(yè)設(shè)備的全息設(shè)備是可能的。隨著廉價(jià)激光二極管的誕生,越來(lái)越多的人有能力制作全息圖。
四、 全息技術(shù)應(yīng)用
全息照相是一種不用普通光學(xué)成像系統(tǒng)的錄像方法,是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一種立體攝影和波陣面再現(xiàn)的新技術(shù)。由于全息照相能夠把物體表面發(fā)出的全部信息(即光波的振幅和相位)記錄下來(lái),并能完全再現(xiàn)被攝物體光波的全部信息,因此,全息技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。
1)產(chǎn)品辨?zhèn)?br />
全息圖在藝術(shù)、科學(xué)和技術(shù)上有很多用途。它可以用于一些產(chǎn)品的包裝上,可以貼在出版物的封面上,也可以用于信用卡、駕照甚至衣服上以防假冒。
2)全息無(wú)損檢測(cè)
工程師可以在生產(chǎn)過(guò)程中利用全息圖檢查產(chǎn)品上可能出現(xiàn)的裂紋及進(jìn)行質(zhì)量控制。這種技術(shù)叫做全息無(wú)損檢測(cè)。
3)全息智能顯示
全息圖還用于很多民用和軍用飛機(jī)。飛行員在望向駕駛艙窗外時(shí),全息圖為他們提供很多重要的信息。這叫做智能顯示。現(xiàn)在,只能顯示在一些汽車(chē)上也可以看到。
4)幫助藝術(shù)家創(chuàng)作
藝術(shù)家可以利用全息圖進(jìn)行創(chuàng)作。很多藝術(shù)家覺(jué)得,全息圖為他們提供了一個(gè)三維的和純光學(xué)的空間,使得他們可以表達(dá)一些在“傳統(tǒng)”媒介上不能表達(dá)的圖像和信息。
5)全息數(shù)字存儲(chǔ)
一般全息圖的記錄介質(zhì)是感光乳劑,它通過(guò)受光乳劑的黑度來(lái)記錄振幅分布;同樣也可以用鈮酸鋰(L iNbO3)單晶來(lái)記錄。在1cm3 大小的這種單晶內(nèi),可以貯存1000幅全息圖。也許某一天,光子會(huì)像今天的電子一樣進(jìn)入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。這一天到來(lái)時(shí),全息圖就會(huì)被用于儲(chǔ)存信息。這叫做全息數(shù)字存儲(chǔ)(HDS)。有了HDS,你就可以在一個(gè)方糖大小的尺寸上儲(chǔ)存整個(gè)國(guó)會(huì)圖書(shū)館的信息。
6)CT圖像的計(jì)算機(jī)制全息三維重建
全息圖不僅能記錄物光波的強(qiáng)度,而且能記錄物光波的相位(深度和方向信息),在一定條件下再現(xiàn)可以看到物體的全部信息的三維像。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及其外圍設(shè)備的發(fā)展,計(jì)算機(jī)制全息的研究越來(lái)越受到重視。與光學(xué)全息相比較,計(jì)算機(jī)制全息具有靈活方便、低噪聲、高重復(fù)性、適用范圍廣、衍射效率高、對(duì)環(huán)境要求地等優(yōu)點(diǎn),因此用計(jì)算機(jī)制全息法實(shí)現(xiàn)CT片的三維重建是一種直觀有效的方法。一個(gè)片面的醫(yī)學(xué)圖像可以最終制作成三維全息圖。計(jì)算機(jī)生成的全息圖也可以使工程師和設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)圖樣獲得前所未有的視覺(jué)效果。
7)良好保密性與指紋檢測(cè)
全息底片必須通過(guò)相干光源,在特殊的光路下才能觀察到底片的內(nèi)容。因此,全息底片具有良好的保密性能。全息照相是快速、準(zhǔn)確識(shí)別指紋特征的最有效的方法。它利用相關(guān)匹配濾波片把指紋信息轉(zhuǎn)換成光強(qiáng)變化。被檢指紋若與指紋庫(kù)中某一指紋完全一致,則產(chǎn)生最大光強(qiáng);若不一致,則擋去一部分光而減弱光強(qiáng)。