光學(xué)全息的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

梁丹華，孫華燕

（裝備學(xué)院光電裝備系，北京101416）

光學(xué)全息的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

梁丹華，孫華燕

（裝備學(xué)院光電裝備系，北京101416）

光學(xué)全息是一門(mén)正在蓬勃發(fā)展的光學(xué)分支，近年來(lái)得到了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注，并被廣泛地應(yīng)用于測(cè)量、光通訊、醫(yī)學(xué)、藝術(shù)、存儲(chǔ)等領(lǐng)域中?；仡櫫斯鈱W(xué)全息的發(fā)展史，綜述了光學(xué)全息的研究現(xiàn)狀，介紹了全息干涉計(jì)量、全息存儲(chǔ)、顯示全息和模壓全息等幾種典型全息術(shù)的研究進(jìn)展，并總結(jié)了光學(xué)全息的發(fā)展趨勢(shì)。

光學(xué)全息；全息顯示；全息存儲(chǔ)；全息干涉；模壓全息;計(jì)算全息

光學(xué)全息是利用干涉原理，將物光波前以干涉條紋的形式記錄下來(lái)，并利用衍射效應(yīng)使其在一定條件下再現(xiàn)，形成包含物體全部信息的三維像。由于記錄了物體全部的信息（振幅信息和位相信息），這個(gè)過(guò)程就稱(chēng)為全息術(shù)[1]。顯然，這是利用光學(xué)的方法從視覺(jué)上再現(xiàn)物體三維像的技術(shù)。近些年，這種技術(shù)廣泛地應(yīng)用于測(cè)量、光通訊、醫(yī)學(xué)、藝術(shù)、存儲(chǔ)等領(lǐng)域中。

1 光學(xué)全息研究現(xiàn)狀

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)、CCD、CMOS、空間光調(diào)制器等器件的發(fā)展，全息技術(shù)得到了快速發(fā)展，全息顯示、全息存儲(chǔ)、全息干涉計(jì)量、計(jì)算全息等是光學(xué)全息最具潛力的發(fā)展領(lǐng)域。60年代，Stetson和Powell等人提出全息干涉計(jì)量技術(shù)，利用空間波前再現(xiàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)物體無(wú)接觸的三維測(cè)量，不論物體表面的光滑度如何，都能分析到波長(zhǎng)量級(jí)的測(cè)量水平。90年代，德國(guó)的Ulf Schnars和Juptner[2]等人利用CCD記錄全息圖并用計(jì)算機(jī)重現(xiàn)物體的三維像，這使得全息成像更加便捷，并大大提高了成像質(zhì)量。近一二十年，空間光調(diào)制器快速發(fā)展，人們利用空間光調(diào)制器實(shí)時(shí)調(diào)制光束，構(gòu)成實(shí)時(shí)光學(xué)信息處理，空間光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)再現(xiàn)全息圖。

2 光學(xué)全息應(yīng)用及發(fā)展

下面對(duì)應(yīng)用比較廣泛的全息干涉計(jì)量、全息存儲(chǔ)、顯示全息和模壓全息術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展進(jìn)行概述。

2.1 全息顯示技術(shù)

利用全息技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維顯示是人們期待的，全息三維顯示目前得到很快的發(fā)展，但是在真彩色、抗震、記錄速度以及容量方面還不夠成熟。合成全息三維顯示技術(shù)是利用多視察圖像法或圖像處理方法合成全息圖，在經(jīng)過(guò)合適的裝置來(lái)顯示。數(shù)字全息三維顯示技術(shù)是利用CCD或CMOS來(lái)代替全息干板記錄全息信息。數(shù)字全息的優(yōu)點(diǎn)是成像速度快、實(shí)現(xiàn)方法靈活等。隨著CCD及CMOS等器件的發(fā)展，人們把越來(lái)越多的中心放在數(shù)字全息技術(shù)上。

2.2 全息存儲(chǔ)技術(shù)

全息存儲(chǔ)是利用兩束激光干涉實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)的。全息存儲(chǔ)具有巨大的信息存儲(chǔ)密度、高度分散性和強(qiáng)容錯(cuò)能力等優(yōu)點(diǎn)，這是其他存儲(chǔ)技術(shù)無(wú)法比擬的。全息存儲(chǔ)的關(guān)鍵是找到合適的存儲(chǔ)介質(zhì)，目前使用較多的是光致聚合物、光折變晶體、光折變聚合物和光致變色材料。全息存儲(chǔ)目前存在的問(wèn)題是系統(tǒng)的激光、空間光調(diào)制器和探測(cè)器陣列的對(duì)準(zhǔn)價(jià)格高，存儲(chǔ)材料尚需改進(jìn)。日本OPTWARE公司2006年推出容量200 GB的全息通用盤(pán)片及驅(qū)動(dòng)器，還將推出一種30 GB容量的全息多功能卡。美國(guó)APRILIS公司也將全息存儲(chǔ)商業(yè)化。歐洲計(jì)算機(jī)制造商協(xié)會(huì)成立第四十四屆技術(shù)委員會(huì)，制定了全息存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 全息干涉技術(shù)

全息干涉技術(shù)最早由R.Powell及K.Stetson在1965年提出[3]。全息干涉計(jì)量是利用波前再現(xiàn)對(duì)物體毫無(wú)接觸地進(jìn)行三維立體觀測(cè)，分析測(cè)量的數(shù)量級(jí)能到達(dá)波長(zhǎng)量級(jí)。干涉計(jì)量的基礎(chǔ)是波前比較，全息干涉技術(shù)是唯一能記錄和再現(xiàn)波前的技術(shù)，用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)波前和一個(gè)變形物體產(chǎn)生的波前相比較而實(shí)現(xiàn)干涉計(jì)量[4]。最常用的全息干涉技術(shù)有單次曝光法、二次曝光法、動(dòng)態(tài)時(shí)間平均法、雙波長(zhǎng)法、頻閃法和實(shí)時(shí)法等。利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理、光電檢測(cè)和CCD攝像機(jī)采集數(shù)據(jù)，全息干涉在信息處理和采集上更加快捷可靠，測(cè)量精度逐步提高，而且在惡劣環(huán)境下能對(duì)某些物理量進(jìn)行定時(shí)測(cè)量。所以該技術(shù)廣泛應(yīng)用于微應(yīng)力分析、微位移測(cè)量、無(wú)損檢測(cè)、振動(dòng)分析等領(lǐng)域。

2.4 模壓全息技術(shù)

模壓全息是利用模壓的方法使信息層在一定溫度下發(fā)生永久變形而達(dá)到復(fù)制全息圖的目的[5]。模壓全息圖在80年代進(jìn)入商品市場(chǎng)，模壓全息具有豐富的色彩，逼真的立體視覺(jué)效果，在防偽標(biāo)識(shí)、包裝、商標(biāo)、廣告、證券、身份證件等領(lǐng)域起著重要的作用，用以防止假冒商品。迄今為止，模壓全息經(jīng)歷了四個(gè)階段，包括全息光柵圖、加密全息圖、像素全息圖以及組合全息圖。目前，這項(xiàng)技術(shù)已形成產(chǎn)業(yè)化，由于具有三維立體感，并具有隨視角變化的彩虹效應(yīng)，以及各種各樣的防偽標(biāo)記，把防偽技術(shù)推向了新階段。

2.5 計(jì)算全息技術(shù)

計(jì)算全息是制作全息圖的一種新型技術(shù)，它是利用計(jì)算機(jī)原理和光學(xué)原理為基礎(chǔ)理論。1966年，羅曼將抽樣定理引入到光學(xué)領(lǐng)域，奠定了計(jì)算全息的理論基礎(chǔ)。它使用計(jì)算機(jī)繪圖儀制作出世界上第一張計(jì)算全息圖。2011年，土耳其比爾肯大學(xué)[6]研制除了多空間調(diào)制器環(huán)形全息顯示系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)把許多空間光調(diào)制器排在一起，克服了單一空間光調(diào)制器再現(xiàn)時(shí)觀察視角和成像尺寸小的缺陷。國(guó)內(nèi)浙江師范大學(xué)在計(jì)算全息方面做了前沿性研究，2010年采用位相型空間光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)了全息圖三維顯示，取得了良好的再現(xiàn)效果[7]。

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，光學(xué)全息正向數(shù)字化、光機(jī)電一體化的方向發(fā)展，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、CCD、空間光調(diào)制器等光電子器件的發(fā)展，系統(tǒng)化、智能化、小型化的全息技術(shù)是未來(lái)主要發(fā)展趨勢(shì)。

[1]呂乃光.傅里葉光學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988.

[2]Schnars U，JuptnerW.Direct recording of holograms by a CCD-target and numerical reconstruction[J].Appl.Opt.1994（33）：179-181.

[3]R.Powell，K.Stetson[J].J.Opt.Soc.Amer，1965（55）：1593-1599.

[4]蘇顯渝.信息光學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，1999.

[5]朱云峰.商用激光全息發(fā)展方向[J].印刷技術(shù)，2000（12）：76-77.

[6]F.Yaras，H.Kang，andL.Onural.Circular holographic video dis play system[J].Opt.Express，2011，19（10）：9147-9156

[7]林培秋，王輝.基于液晶空間光調(diào)制器的相息圖掃描三維成像[J].光電工程，2010，37（3）：138-143.

The Study of Laser Beam Combining Technology for Laser Diode Array

LIANG Dan-hua，SUN Hua-yan
（Department of Optical and Electrical Equipment，The Academy of Equipment，Beijing 101416，China）

Optical holography is a booming optical branch and has attracted more and more interest in recent years. Holography is widely used in measurement，optical communications，medicine，art，storage and other fields.The history and research status of optical holography is reviewed in this paper，the development of holographic interferometry，holographic storage，holographic display and molding hologram are introduced，the development trend of optical holography is summarized.

optical holography；holographic interference；holographic storage；display hologram；molding hologram

O438.1

：A

：1672-545X（2017）01-0021-02

2016-10-22

梁丹華（1984-），女，河北滄州人，講師，碩士研究生，主要從事光電信息處理方面的研究。