全息技術(shù)及其調(diào)制技術(shù)

李九慧

摘 要：全息技術(shù)在生活中的應(yīng)用越來(lái)越多，隨著其發(fā)展，由光全息、聲全息等技術(shù)的出現(xiàn)，如今，全息技術(shù)的發(fā)展尚不能滿足人們?cè)诟鱾€(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，不僅盡可能發(fā)揮的全息技術(shù)的作用，而且也可使用各種關(guān)于全息技術(shù)的調(diào)制器來(lái)完善全息技術(shù)的使用。本文將從介紹光全息技術(shù)、聲全息技術(shù)以及光調(diào)制器、聲光調(diào)制器在全息技術(shù)中的應(yīng)用來(lái)說(shuō)明全息技術(shù)的原理及其應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：光全息;聲全息;光調(diào)制;聲光調(diào)制

引言

目前科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展，更多的高科技產(chǎn)品融入人們的生活中，例如掃地機(jī)器人、AR眼鏡等，顯而易見(jiàn)的，人們的生活逐漸進(jìn)入高科技化時(shí)代，且對(duì)高科技化產(chǎn)品的需求越來(lái)越大。而且隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越向往高品質(zhì)、高科技、更為便利的生活環(huán)境。全息技術(shù)作為一種新興的科學(xué)技術(shù)，還處在發(fā)展階段。使其在現(xiàn)實(shí)生活中的各個(gè)領(lǐng)域都能有所發(fā)展，因此全息技術(shù)的發(fā)展空間都十分巨大。

光全息技術(shù)：

光全息技術(shù)主要分為兩個(gè)步驟：波前記錄及再現(xiàn)。波前記錄是物光波與參考光波之間的發(fā)生干涉后，用光化學(xué)方法將振幅與相位信息的全息圖記錄在全息記錄介質(zhì)上，即形成全息圖。而波前再現(xiàn)是指借助照明光，將在全息圖中信息進(jìn)行恢復(fù)，形成的波繼續(xù)傳播，進(jìn)而形成立體的三位圖像?？蓱?yīng)用于全息電影，全息防偽商標(biāo)。

聲全息技術(shù)：

全息技術(shù)可對(duì)來(lái)自物體的光波波陣面的振幅及相位的信息進(jìn)行記錄，從而可再現(xiàn)物體的三位圖像。而因聲波和光波廣播的傳播特性有相似的規(guī)律，所以亦可用“波陣面重建”原理進(jìn)行立體成像。首先由超聲束（物波換能器發(fā)射），穿過(guò)被觀察物體后投射到位于水面的液膜上;而由另一個(gè)參考波換能器發(fā)射的同頻率超聲束直接投射于液面。兩波在液面上疊加干涉形成的聲強(qiáng)分布，使液膜產(chǎn)生相應(yīng)的形變構(gòu)成全息圖。然后，在液面上方用激光束照射液膜，通過(guò)光學(xué)重建獲得物體圖像?？蓱?yīng)用于呈現(xiàn)水下物體的三位圖像、醫(yī)學(xué)影像診斷等。

聲全息的重建：

聲全息對(duì)聲場(chǎng)進(jìn)行重建時(shí)，全息面上記錄聲源信號(hào)的幅值信息和相位信息全息數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行處理后作為全息函數(shù)，將全息函數(shù)帶入重建公式中，根據(jù)全息面與重建面的距離，可以計(jì)算出重建面上的聲源分布。

在上圖中的H面為全息面，S面為重建面，它們相互平行，間距為z，由全息面上的復(fù)聲壓分布及重建公式可得到重建面上的聲場(chǎng)分布

重建公式為：

其中是重建面S上任一點(diǎn)的聲場(chǎng)值，U是全息面H上其他一點(diǎn)的復(fù)聲壓，是兩點(diǎn)之間的距離，是重建面上電到全息面的距離。

應(yīng)用于全息技術(shù)的調(diào)制技術(shù)：

1、聲光調(diào)制：

光彈效應(yīng)：：當(dāng)介質(zhì)中有超聲波傳播時(shí)，由于超聲波是彈性波，在介質(zhì)中就產(chǎn)生了隨時(shí)間和空間周期變化的彈性應(yīng)變，因而介質(zhì)中各點(diǎn)的折射率就會(huì)隨著該點(diǎn)上的彈性應(yīng)變而發(fā)生相應(yīng)的改變。折射率的改變影響了光的傳播特性。即超聲波彈性波彈性力-彈性應(yīng)變-光的傳播特性變化。

聲光調(diào)制技術(shù)是一種基于光彈效應(yīng)的外調(diào)制技術(shù)，由聲光介質(zhì)和壓電換能器、吸聲器及反射器構(gòu)成。當(dāng)一頻率的超聲波傳入聲光介質(zhì)中，介質(zhì)內(nèi)的產(chǎn)生的周期性的應(yīng)變場(chǎng)，從而通過(guò)光彈效應(yīng)是其折射率發(fā)生相應(yīng)的變化，光束通過(guò)這種含有超聲波的介質(zhì)時(shí)，傳播特性將發(fā)生改變，即光光發(fā)生散射或衍射。

衍射方式主要分為喇曼—奈斯衍射以及布拉格衍射。他們的使用條件不同，喇曼—奈斯衍射方式：（1）超聲波頻率比較低，（2）光線平行于聲波面入射和聲波傳播方向垂直入射（3）超聲波的寬度比較小。布拉格衍射需要滿足條件以下：（1）澀會(huì)給寧波的頻率較高（2）聲光相互作用長(zhǎng)度L-光柵變成三位空間相位光柵（3）入射光與聲波面由一定角度，但不可為垂直入射（4）滿足布拉格條件。

聲光調(diào)制在生物醫(yī)學(xué)光學(xué)成像中的應(yīng)用：

因生物組織對(duì)光的散射和吸收，在醫(yī)學(xué)上，只能對(duì)深度為毫米量級(jí)的淺層生物組織進(jìn)行成像，無(wú)法對(duì)深層組織進(jìn)行準(zhǔn)確、清晰成像，無(wú)法滿足醫(yī)學(xué)臨床診斷的需求。而聲光調(diào)制的出現(xiàn)，將會(huì)使醫(yī)學(xué)成像的技術(shù)更加先進(jìn)。利用超聲波在生物組織中具有良好的穿透能力以及較小的散射，及光彈效應(yīng)，將超聲調(diào)制的光學(xué)層析較好的應(yīng)用于醫(yī)學(xué)光學(xué)影像診斷方法。此種方法很好的結(jié)合光學(xué)方法和聲學(xué)方法的優(yōu)點(diǎn)。

2、空間光調(diào)制：

光調(diào)制就是將攜帶信息的信號(hào)疊加到載波光波上，完成這一過(guò)程的器件稱為空間調(diào)制器。空間光調(diào)制器按照讀出光的輸出方式分為反射式和透射式，因其寫入信號(hào)的不同可分為光尋址及電尋址。其原理主要是將液晶作為單軸晶體，液晶可以對(duì)穿過(guò)其的光進(jìn)行雙折射效應(yīng)。隨著電子技術(shù)發(fā)展，可以通過(guò)空間光調(diào)制器調(diào)制入射光來(lái)實(shí)現(xiàn)全息的動(dòng)態(tài)三位顯示?？臻g光調(diào)制器中，液晶光調(diào)制器廣泛應(yīng)用于數(shù)字全息中。在合成全息圖像時(shí)，以液晶光調(diào)制器產(chǎn)生的圖像作為掩模，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制以及監(jiān)控。

空間光調(diào)制器可以使載波光波的參數(shù)隨這外加的信號(hào)變化而變化，這些參數(shù)含有光波振幅、波長(zhǎng)、位相、頻率、偏振等。承載信息的調(diào)制光波在光纖中傳輸，再由光探測(cè)器系統(tǒng)解調(diào)，進(jìn)而檢測(cè)出所需要的信息。

結(jié)語(yǔ)

全息技術(shù)的拓展應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越多的體現(xiàn)在各個(gè)領(lǐng)域中，全息技術(shù)是基本的應(yīng)用，如體積顯示，高密度的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和光鑷，需要空間控制復(fù)雜的光學(xué)或聲學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的三維體積。該技術(shù)是價(jià)格低廉，適合于傳輸和反射元件、規(guī)模以及信息含量越高，孔徑尺寸更大和更高的功率，復(fù)雜的三維壓力分布和相位分布產(chǎn)生的聲全息圖允許我們證明新方法的固體水控制的超聲波處理，和在空氣中的固體和液體。但隨著電子科技的快速發(fā)展，全息技術(shù)應(yīng)用的要求將面臨難度增加的問(wèn)題，希望隨其發(fā)展全息技術(shù)將改善醫(yī)學(xué)成像，為人們的娛樂(lè)活動(dòng)增加趣味性等，且可推動(dòng)超聲的新應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]于美文.光全息學(xué)及其應(yīng)用[M].北京：理工大學(xué)出版社，1996：233

[2]陳海云，基于空間光調(diào)制器的數(shù)字全息實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示技術(shù)研究[D];浙江師范大學(xué)，2006年