全息技術及其調制技術

李九慧

摘 要：全息技術在生活中的應用越來越多，隨著其發展，由光全息、聲全息等技術的出現，如今，全息技術的發展尚不能滿足人們在各個領域的應用，不僅盡可能發揮的全息技術的作用，而且也可使用各種關于全息技術的調制器來完善全息技術的使用。本文將從介紹光全息技術、聲全息技術以及光調制器、聲光調制器在全息技術中的應用來說明全息技術的原理及其應用。

關鍵詞：光全息;聲全息;光調制;聲光調制

引言

目前科學技術高速發展，更多的高科技產品融入人們的生活中，例如掃地機器人、AR眼鏡等，顯而易見的，人們的生活逐漸進入高科技化時代，且對高科技化產品的需求越來越大。而且隨著經濟的發展，人們越來越向往高品質、高科技、更為便利的生活環境。全息技術作為一種新興的科學技術，還處在發展階段。使其在現實生活中的各個領域都能有所發展，因此全息技術的發展空間都十分巨大。

光全息技術：

光全息技術主要分為兩個步驟：波前記錄及再現。波前記錄是物光波與參考光波之間的發生干涉后，用光化學方法將振幅與相位信息的全息圖記錄在全息記錄介質上，即形成全息圖。而波前再現是指借助照明光，將在全息圖中信息進行恢復，形成的波繼續傳播，進而形成立體的三位圖像。可應用于全息電影，全息防偽商標。

聲全息技術：

全息技術可對來自物體的光波波陣面的振幅及相位的信息進行記錄，從而可再現物體的三位圖像。而因聲波和光波廣播的傳播特性有相似的規律，所以亦可用“波陣面重建”原理進行立體成像。首先由超聲束（物波換能器發射），穿過被觀察物體后投射到位于水面的液膜上;而由另一個參考波換能器發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分布，使液膜產生相應的形變構成全息圖。然后，在液面上方用激光束照射液膜，通過光學重建獲得物體圖像。可應用于呈現水下物體的三位圖像、醫學影像診斷等。

聲全息的重建：

聲全息對聲場進行重建時，全息面上記錄聲源信號的幅值信息和相位信息全息數據，對其進行處理后作為全息函數，將全息函數帶入重建公式中，根據全息面與重建面的距離，可以計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，由全息面上的復聲壓分布及重建公式可得到重建面上的聲場分布

重建公式為：

其中是重建面S上任一點的聲場值，U是全息面H上其他一點的復聲壓，是兩點之間的距離，是重建面上電到全息面的距離。

應用于全息技術的調制技術：

1、聲光調制：

光彈效應：：當介質中有超聲波傳播時，由于超聲波是彈性波，在介質中就產生了隨時間和空間周期變化的彈性應變，因而介質中各點的折射率就會隨著該點上的彈性應變而發生相應的改變。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-彈性應變-光的傳播特性變化。

聲光調制技術是一種基于光彈效應的外調制技術，由聲光介質和壓電換能器、吸聲器及反射器構成。當一頻率的超聲波傳入聲光介質中，介質內的產生的周期性的應變場，從而通過光彈效應是其折射率發生相應的變化，光束通過這種含有超聲波的介質時，傳播特性將發生改變，即光光發生散射或衍射。

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）澀會給寧波的頻率較高（2）聲光相互作用長度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。

聲光調制在生物醫學光學成像中的應用：

因生物組織對光的散射和吸收，在醫學上，只能對深度為毫米量級的淺層生物組織進行成像，無法對深層組織進行準確、清晰成像，無法滿足醫學臨床診斷的需求。而聲光調制的出現，將會使醫學成像的技術更加先進。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，將超聲調制的光學層析較好的應用于醫學光學影像診斷方法。此種方法很好的結合光學方法和聲學方法的優點。

2、空間光調制：

光調制就是將攜帶信息的信號疊加到載波光波上，完成這一過程的器件稱為空間調制器。空間光調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，液晶可以對穿過其的光進行雙折射效應。隨著電子技術發展，可以通過空間光調制器調制入射光來實現全息的動態三位顯示。空間光調制器中，液晶光調制器廣泛應用于數字全息中。在合成全息圖像時，以液晶光調制器產生的圖像作為掩模，用計算機進行實時控制以及監控。

空間光調制器可以使載波光波的參數隨這外加的信號變化而變化，這些參數含有光波振幅、波長、位相、頻率、偏振等。承載信息的調制光波在光纖中傳輸，再由光探測器系統解調，進而檢測出所需要的信息。

結語

全息技術的拓展應用將會越來越多的體現在各個領域中，全息技術是基本的應用，如體積顯示，高密度的數據存儲和光鑷，需要空間控制復雜的光學或聲學領域內的三維體積。該技術是價格低廉，適合于傳輸和反射元件、規模以及信息含量越高，孔徑尺寸更大和更高的功率，復雜的三維壓力分布和相位分布產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展，全息技術應用的要求將面臨難度增加的問題，希望隨其發展全息技術將改善醫學成像，為人們的娛樂活動增加趣味性等，且可推動超聲的新應用。

參考文獻

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