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全息成像——广东石油化工学院随着时代的发展，科技越来越先进，各种新兴的高科技产品“出炉”，方便化、智能化，各种先进的技术也得到不断的发展完善，苹果手机已经出到了6，小米系列手机也已经更新换代，技术不断更新，产品性能越来越好，给生活带来更多的方便与乐趣。科技中光是经常被利用的一种物质，而全息成像技术正是利用光，发明已久的全息成像技术到如今也进入了一个全新的发展阶段。全息技术的发展1948年，丹尼斯·盖伯提出一种记录光波振幅和相位的方法，随后用实验证实这一想法，即全息术，并制成世界上第一张全息图。这一时期的全息图被称为第一代全息图，标志着全息术的萌芽。第一代全息图存在两个严重问题，一个是再现的原始像和共轭像分不开，另一个是光源的相干性太差。因此在这十多年中，全息术进展缓慢。1960年激光的出现，提供了一种高相干度光源，为全息技术发展提供了可能。这一时期的利思和乌帕特尼克斯将通信理论中的载频概念推广到空域中，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。该方法被称为离轴全息术，这就是第二代全息术，这一代全息术的成功是全息技术研发的一大进步，但却使全息图失去了色调信息。第三代全息图是用激光记录，而用白光再现的全息图，在一定的条件下赋予全息图以鲜艳的色彩，此后全息术在很多领域得到应用，例如：像全息、反射全息、彩虹全息、模压全息等。第四代全息图应该是白光记录白光再现的全息图，这样克服了因激光的高度相干性，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所带来的不便，它将使全息术最终走出有防震工作台的黑暗实验室，进入更加广泛的实用领域。1996年,Shimizu小组采用计算全息图观察到了第一幅原子束再现的全息像,并开创了原子全息术的实验研究。1997年,Tonomura等人拍摄了第一张电子全息图,不过全息再现时使用的是光波。具有原子尺度分辨本领的中子全息照相术也已实现，它采用了“内探测器”方法,这对于重现一个晶格内部的像是很重要的。现如今，全息技术已经广泛的应用到电影中，达到很好的视觉效果。全息成像的原理全息技术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的记录和再现的技术。其第一步是波前记录，就是利用干涉原理记录物体光波信息，此即拍摄过程：被摄物体在激光辐照下形成漫射式的物光束；另一部分激光作为参考光束射到全息底片上，和物光束叠加产生干涉，把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度，从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来，记录着干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后，便成为一张全息图，或称全息照片；其第二步是利用衍射原理再现物体光波信息，这是成象过程：全息图犹如一个复杂的光栅，它的衍射波含有三种主要成分，即物光波(+1级衍射波)，物光波的共轭波(-1级衍射波)，照明光波的照直前进(零级衍射波)。在相干激光照射下，一张线性记录的正弦型全息图的衍射光波一般可给出两个象，即原始象（又称初始象）和共轭象。再现的图像立体感强，具有真实的视觉效应。全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息，故原则上它的每一部分都能再现原物的整个图像，通过多次曝光还可以在同一张底片上记录多个不同的图像，而且能互不干扰地分别显示出来。全息成像在生活中的应用全息技术所记录的全息图具有三维性、不可撕毁性、信息容量大、全息图的再现相可放大或缩小等特点，全息三维影像给人一种非常逼真的感觉。全息成像技术的广泛应用，给生活带来了很多的精彩与乐趣。全息影像显示：利用全息照片来重现十分逼真的物体的三维图像。这个领域是商业价值较高的领域，尤其是白光再现全息术，它是走出实验室的最实用的全息术。全息摄影与普通摄影的区别主要有：类别全息摄影普通摄影记录方式物束光与参考光束光学镜头成像（物束光）记录内容物体散射光的强度及相位信息物体本身或反射光的强度成像介质记录后称全息片（全灰色调）感光胶片影像观察方式一般借助激光还原观看眼睛直接观看色彩表现色彩干涉条纹图像彩色物体图像影像特点3D空间立体感的景物只有散射光线而没有实物平面物体图像现在民品开发主要集中在全息显示领域，把一些珍贵的文物用这项技术拍摄下来,展出时可以真实地立体再现文物，供参观者欣赏，而使原物妥善保存，防止失窃。大型全息图既可展示轿车、卫星以及各种三维广告，亦可再现人物肖像、结婚纪念照。小型全息图可以戴在颈项上形成美丽装饰，它可再现人们喜爱的动植物，如多彩的花朵与蝴蝶等。用于全息显示的全息图主要有菲涅耳全息图、像全息图、反射全息图、彩虹全息图、合成全息图等。这些图片可用于投影、室内装潢、舞台布景、建筑等，层面X射线照相术、3DCAD技术、3D动画片、3D电影电视等充分展示了全息术的创造性魅力和艺术美。全息显微术：全息显微术是全息成像的原理与显微技术相结合。与一般显微术相比，其优点是能存储标本物整体，无须制备标本物的切片。尤其是对一些活的标本物，它可以用高功率的连续光或脉冲激光拍照全息图，长期保存，再现像具有立体性，能显示样品的细节。全息显微术主要有2种形式：一种是将全息技术和显微镜结合，称为“全息显微镜”，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衍射极限，可以获得更大的视野；一种是利用全息图本身的特性来进行放大，称为“全息放大”。如果在拍摄和显示时，采用不同波长，衍射角不同，这等于将全息图作了相应的调整，可以实现图像放大。全息显微术广泛应用于医学、生物学、科研等方面。全息存储：全息存储是依据全息成像的原理，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(相关)、识别，甚至联想的功能结合起来，也就是可以把信息存储和信息处理结合起来。用于全息信息存储的记录介质较多，可分为永久保存类和可擦除类，可永久保存信息的全息图用银盐干板、银盐非漂白型位相全息干板、光聚合物及光致抗蚀剂等；可擦除重复使用的实时记录材料有光导热塑料、有机或无机光折变材料等。全息存储存储容量大，且由于全息存储具有极大的冗余性，存储介质的局部缺陷和损伤不会引起信息丢失。全息存储还具有读取速率高和能并行读取的特点，每个数据页可包含达1Mbit的信息，写人一页的时间在100ms左右，读信息的时间可以小于100μs，而磁盘的寻址时间至少需要10ms。全息成像技术的医学应用：全息以它独特的优点在医学方面也得到应用，为疾病的诊治做出了贡献。激光全息技术首先在眼科疾病诊治的应用中获得了成功，一张全息照片所提供的信息相当于480张普通眼底照片所提供的信息。在眼科疾病的诊断过程中，利用激光全息成像技术可以提供整个眼睛的三维立体图像，并可以用显微镜对整个眼睛图像的不同位置(如角膜、前房、晶状体、玻璃体以及视网膜等)进行逐层观察和研究。也可以利用激光全息成像技术提供眼睛各个部分单独的三维立体图像以做深入的检查。在临床检查中，利用全息诊断方法可以查出直径在1mm以上的乳腺癌，有利于癌症的早期诊断和治疗。超声全息可用于医疗上的透视等。除此之外，全息成像技术还可以应用于干涉度量学、投影光刻、军事侦察监视、水下探测、金属内部探测、遥感，研究和记录物理状态变化极快的瞬时现象、瞬时过程（如爆炸和燃烧）等各方面。全息成像技术给生活带来了很大的方便，随着时代的发展，科技的进步，全息技术将不断被研发改进，将会更多地被应用在我们生活的方方面面，让我们的生活变得更加丰富多彩。