全息技術(shù)

張新陽 宋霄森

摘要：全息技術(shù)是利用干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體真實三維圖像的技術(shù)。2010年3月，日本世嘉公司舉辦了一場名為“初音未來日的感謝祭”的全息投影演唱會，會場內(nèi)座無虛席；2011年12月，江蘇衛(wèi)視跨年演唱會上，利用全息技術(shù)，藝人周筆暢與梅艷芳、鄧麗君、張國榮等已故明星完成了一次“跨時光演唱”，取得當(dāng)晚同時段收視冠軍......和未來的接觸，與往昔的重逢，美輪美奐的場景足以讓觀眾震撼，然而這只是全息技術(shù)應(yīng)用的冰山一角，此類應(yīng)用只是全息技術(shù)的簡單應(yīng)用，與理想中的全息技術(shù)還存在很大差距。

關(guān)鍵詞：全息技術(shù) 全息投影

一、全息技術(shù)的原理

全息技術(shù)第一步是利用干涉原理記錄物體光波信息，即拍攝過程：被拍攝物體在激光輻照下形成漫射式的物光束；另一部分激光作為參考光束射到全息底片上，和物光束疊加產(chǎn)生干涉，把物體光波上各點的位相和振幅轉(zhuǎn)換成在空間上變化的強度，從而利用干涉條紋間的反差和間隔將物體光波的全部信息記錄下來。記錄著干涉條紋的底片經(jīng)過顯影、定影等處理程序后，便成為一張全息圖，或稱全息照片；其第二步是利用衍射原理再現(xiàn)物體光波信息，這是成象過程：全息圖猶如一個復(fù)雜的光柵，在相干激光照射下，一張線性記錄的正弦型全息圖的衍射光波一般可給出兩個象，即原始象（又稱初始象）和共軛象。再現(xiàn)的圖像立體感強，具有真實的視覺效應(yīng)。全息圖的每一部分都記錄了物體上各點的光信息，故原則上它的每一部分都能再現(xiàn)原物的整個圖像，通過多次曝光還可以在同一張底片上記錄多個不同的圖像，而且能互不干擾地分別顯示出來。

二、全息技術(shù)的特點及其技術(shù)種類

全息技術(shù)有以下特點：（1）再造出來的立體影像有利于保存珍貴的藝術(shù)品資料進行收藏。（2）拍攝時每一點都記錄在全息片的任何一點上，就算照片損壞也關(guān)系不大。（3）全息照片的景物立體感強，形象逼真，借助激光器可以在各種展覽會上進行展示，會得到非常好的效果。

投影技術(shù)一共分為三種：（1）空氣投影和交互技術(shù)：這是美國麻省名叫Chad Dyne的29歲理工研究生發(fā)明的，是顯示技術(shù)上的一個里程碑，它可以在氣流形成的墻上投影出具有交互功能的圖像。此技術(shù)來源海市蜃樓的原理，將圖像投射在水蒸氣上，由于分子震動不均衡，可以形成層次和立體感很強的圖像。（2）激光束技術(shù)：是日本Science and Technology公司發(fā)明了一種可以用激光束來投射實體的3D影像，這種技術(shù)是利用氮氣和氧氣在空氣中散開時，混合成的氣體變成灼熱的漿狀物質(zhì)，并在空氣中形成一個短暫的3D圖像。這種方法主要是不斷在空氣中進行小型爆破來實現(xiàn)的。（3）360度全系顯示：它是由南加利福尼亞大學(xué)創(chuàng)新科技研究院的研究人員當(dāng)前宣布他們成功研制的，這種技術(shù)是將圖像投影在一種高速旋轉(zhuǎn)的鏡子上從而實現(xiàn)三維圖像，只是會有些危險。

可以說這些技術(shù)很多國家都在研制，毫不夸張的說這項技術(shù)它包含了未來，誰最先使用這項技術(shù)，誰就最先走入未來的先進技術(shù)行列。全息投影技術(shù)是全息攝影技術(shù)的逆向展示，本質(zhì)上是通過在空氣或者特殊的立體鏡片上形成立體的影像。不同于平面銀幕投影僅僅在二維表面通過透視、陰影等效果實現(xiàn)立體感，全息投影技術(shù)是真正呈現(xiàn)3D的影像，可以從360°的任何角度觀看影像的不同側(cè)面。

三、全息技術(shù)的技術(shù)應(yīng)用

全息學(xué)的原理適用于各種形式的波動，如X射線、微波、聲波、電子波等。只要這些波動在形成干涉花樣時具有足夠的相干性即可。光學(xué)全息術(shù)可望在立體電影、電視、展覽、顯微術(shù)、干涉度量學(xué)、投影光刻、軍事偵察監(jiān)視、水下探測、金屬內(nèi)部探測、保存珍貴的歷史文物、藝術(shù)品、信息存儲、遙感，研究和記錄物理狀態(tài)變化極快的瞬時現(xiàn)象、瞬時過程（如爆炸和燃燒）等各個方面獲得廣泛應(yīng)用。在生活中，也常常能看到全息攝影技術(shù)的運用。比如，在一些信用卡和紙幣上，就有運用了俄國物理學(xué)家尤里·丹尼蘇克在20世紀60年代發(fā)明的全彩全息圖像技術(shù)制作出的聚酯軟膠片上的“彩虹”全息圖像。但這些全息圖像更多只是作為一種復(fù)雜的印刷技術(shù)來實現(xiàn)防偽目的，它們的感光度低，色彩也不夠逼真，遠不到亂真的境界。研究人員還試著使用重鉻酸鹽膠作為感光乳劑，用來制作全息識別設(shè)備。在一些戰(zhàn)斗機上配備有此種設(shè)備，它們可以使駕駛員將注意力集中在敵人身上。把一些珍貴的文物用這項技術(shù)拍攝下來，展出時可以真實地立體再現(xiàn)文物，供參觀者欣賞，而原物妥善保存，防失竊，大型全息圖既可展示轎車、衛(wèi)星以及各種三維廣告，亦可采用脈沖全息術(shù)再現(xiàn)人物肖像、結(jié)婚紀念照。小型全息圖可以戴在頸項上形成美麗裝飾，它可再現(xiàn)人們喜愛的動物，多彩的花朵與蝴蝶。迅猛發(fā)展的模壓彩虹全息圖，既可成為生動的卡通片、賀卡、立體郵票，也可以作為防偽標識出現(xiàn)在商標、證件卡、銀行信用卡，甚至鈔票上。裝飾在書籍中的全息立體照片，以及禮品包裝上閃耀的全息彩虹，使人們體會到21世紀印刷技術(shù)與包裝技術(shù)的新飛躍。模壓全息標識，由于它的三維層次感，并隨觀察角度而變化的彩虹效應(yīng)，以及千變?nèi)f化的防偽標記，再加上與其他高科技防偽手段的緊密結(jié)合，把新世紀的防偽技術(shù)推向了新的輝煌頂點。

除光學(xué)全息外，還發(fā)展了紅外、微波和超聲全息技術(shù)，這些全息技術(shù)在軍事偵察和監(jiān)視上有重要意義。我們知道，一般的雷達只能探測到目標方位、距離等，而全息照相則能給出目標的立體形象，這對于及時識別飛機、艦艇等有很大作用。因此，備受人們的重視。但是由于可見光在大氣或水中傳播時衰減很快，在不良的氣候下甚至于無法進行工作。為克服這個困難發(fā)展出紅外、微波及超聲全息技術(shù)，即用相干的紅外光、微波及超聲波拍攝全息照片，然后用可見光再現(xiàn)物象，這種全息技術(shù)與普通全息技術(shù)的原理相同。技術(shù)的關(guān)鍵是尋找靈敏記錄的介質(zhì)及合適的再現(xiàn)方法。超聲全息照相能再現(xiàn)潛伏于水下物體的三維圖樣，因此可用來進行水下偵察和監(jiān)視。由于對可見光不透明的物體，往往對超聲波透明，因此超聲全息可用于水下的軍事行動，也可用于醫(yī)療透視以及工業(yè)無損檢測等。除用光波產(chǎn)生全息圖外，已發(fā)展到可用計算機產(chǎn)生全息圖。全息圖用途很廣，可作成各種薄膜型光學(xué)元件，如各種透鏡、光柵、濾波器等，可在空間重疊，十分緊湊、輕巧，適合于宇宙飛行使用。使用全息圖貯存資料，具有容量大、易提取、抗污損等優(yōu)點。

四、總結(jié)

數(shù)字全息技術(shù)在理論和實驗上已經(jīng)取得了重大突破，收獲了許多階段性成果。但是，全息技術(shù)若想取得進一步發(fā)展，仍然面臨許多技術(shù)瓶頸，比如研制像素數(shù)更多、分辨率更高的純味相型SLM器件，開發(fā)工作電壓更低、靈敏度更高、刷新速度更快、衍射效率更高的實時光折變聚合物材料等都是亟待解決的障礙。盡管近年來人們對全息技術(shù)的關(guān)注度持續(xù)升溫，但科技的發(fā)展并非一蹴而就，全息技術(shù)要想取得長足的發(fā)展，還應(yīng)加大科研投入，加強產(chǎn)學(xué)研合作，使科技工作者的最新研究成果盡快轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，只有這樣，全息技術(shù)才能走上“強科研、高產(chǎn)出、多轉(zhuǎn)化”的理想發(fā)展之路。

參考文獻：

[1]《全息技術(shù)：酷炫科技走進現(xiàn)實》，朱明楓，中國知識產(chǎn)權(quán)報

[2]百度百科

[3]《數(shù)字全息技術(shù)研究進展及應(yīng)用》，羅鵬，呂曉旭，鐘麗云，激光雜志