全息术的发展简史

全息术的发展简史及现代应用摘要：本文简要概述了全息术的发展过程及其主要发展阶段，进而列举出全息术几项主要的现代应用。关键词：全息术、干涉、衍射、记录、再现、应用引言：全息术也称全息照相，它是利用光的干涉和衍射原理，将物体反射的光波以干涉条纹的形式记录下来，并在一定条件下使其再现，形成与原物体逼真的三维象，简单来说就是“干涉记录，衍射再现”。全息术具有三维性、不可撕毁性、再现象的缩放性、信息量大等特点，广受社会各界的欢迎。短短几十年，全息技术意渗透社会生活的各个领域并被广泛应用于近代科学研究和工业生产中。本文主要介绍全息发展的四个主要阶段以及现代应用中的几个方面。1.全息术的四个发展阶段1.1阶段一汞灯作光源，同轴全息图全息照相技术是英籍匈牙利科学家丹尼斯·盖伯（DennisGabor）最先提出想法并发明的。1947年他从事电子显微镜研究，而当时由于电子透镜的像差比光学透镜要大得多，限制了分辨率的提高。针对这一问题，1948年盖伯提出一种用光波纪律物光波的振幅和相位的方法——波前重建，即全息术，并用实验证实了这一想法，并制成第一张全息图。从那时起到20世纪50年代末期，全息照相都是采用汞灯作为光源，是所谓的同轴全息图，它的±1级衍射波是分不开的，这是第一代全息图。此阶段是全息术的萌芽时期，这时期的全息图存在两个严重问题，一个是再现的原始象和共轭像分不开，另一个是光源的相干性太差。因此，这十几年间全息术的进展较为缓慢。1.2阶段二激光记录，激光再现，离轴全息图1960年激光的出现，提供了一种高相干性光源。1962年美国科学家利思（Leith）和乌帕特尼克斯（Upatnieks）将通信理论中的载频概念推广到空域中，突出离轴全息术，就是用离轴的参考光与物光干涉形成全息图，再利用离轴的参考光照射全息图，使全息图产生三个在空间互相分离的衍射分量，其中一个复制出原始物光。这样，就产生了激光记录、激光再现的第二代全息图。从而全息技术得到了重生，进入了迅速发展年代，相继出现了多种全息方法，并在信息处理、全息干涉计量、全息显示、全息光学元件等领域得到广泛应用。这就是全息术的第二个发展阶段。1.3阶段三激光记录，白光再现由于激光再现的全息图失去了色调信息，科学家们开始致力于研究第三代全息图。1962年前苏联科学家Denisyuk将Lippman彩色照相法与全息术相结合，发明了反射式全息图，首次提出了体积全息和白光再现的思想。1969年美国科学家Benton在全息图的碎片能再现物体完整性的启发下，提出彩虹全息，这类全息图衍射效果高，制作过程简单，故发展很快。1977年Cross制成了复合全息图，和彩虹全息图一样，都可以在白光下观察再现像。这种激光记录白光再现的全息图，在一定条件下赋予全息图以鲜艳的色彩，使其在显示方面表现出无比的优越性。此为全息术的第三个发展阶段。1.4阶段四白光记录，白光再现激光的高度相干性，要求全息拍摄过程中各个元件、光源、和记录介质的相对位置严格保持不变，并且相干噪音也很严重，这给全息术的实际使用带来诸多不便。为此，科学家们开始继续研究探讨白光记录的可能性。第四代全息图可能是白光记录和白光再现的全息图，它将使全息术最终走出实验室，进入广泛的实用领域。2．现代全息术的主要应用经过近十几年的发展，全息术在实际中的应用已相当广泛，下面浅谈一下应用的几个方面：⑴全息干涉计量：全息干涉计量是全息应用的一个重要领域。全息干涉能扩展到既有任意形状的三位观测，且不论物体表面的光洁度如何，都能相对分析测量到波长数量级的水平，同时它可以对一个物体在两个不同时刻的状态进行对比，从而可探测物体在一段时间内发生的任何变化；⑵计算全息：全息图能够显示的三维物体像的信息是记录在错综复杂的条文中的，假如物体并不存在，而只知道光波的数学描述，也可以利用计算机，讲模拟的干涉图样绘制和复制在透明胶片上，这种计算机合成的全息图称为计算全息图；⑶光全息存储：光信息存储是依据全息学的原理，将信息以全息照相的方式存储起来，它利用两个光波之间的耦合和解耦合，可以把信息存储和信息之间的比较、识别、联系功能结合起来；⑷全息显微术：全息显微术解决了一般显微镜中分辨本领与景深的矛盾，避免了像差影响而达到很小的衍射极限，可以获得更大的视野；⑸模压全息：模压全息是20世纪70年代提出的用模压方法复制全息图的一项新技术。它是建立在全息技术、计算机辅助成图技术、制版技术、表面物理、电化学、精密机械加工等多学科基础之上的一种精细加工技术。结束语：全息技术发展进程只有短短几十年，但发展迅速，应用性强，是朝气蓬勃的一个光学分支。参考文献：⑴苏显渝等，信息光学原理，电子工业出版社；⑵孙光颖，现代全息术的回顾和展望，物理与工程2002（04）；⑶李冬萍，全息术的发展和应用，大学物理实验2003（02）；