全息技术的应用

【摘 要】从全息思想的提出至今已经有半个多世纪的历史.期间,全息技术的发展取得了很大的成就.梳理一下全息技术的发展以及当今的研究和应用现状,有助于我们深入了解全息技术对生产、生活的重要影响以及其今后的发展方向.

【关 键 词】全息；防伪；存储；全息透镜

全息技术一门正在蓬勃发展的光学分支,主要运用了光学原理,是一种不用透镜,而用相干光干涉得到物体全部信息的二部成像技术.如果说全息技术在照相方面的应用与普通照相技术的最大区别,那就是全息技术能够利用激光的相干性原理,将物体对光的振幅和相位反射（或透射）同时记录在感光板上,也就是把物体反射光的所有信息全部记录下来,并能够再现出立体的三维图像.也就是全息技术所记录不是图像,二是光波.全息学的原理适用于各种形式的波动,如X射线、微波、声波、电子波等.只要这些波动在形成干涉花样时具有足够的相干性即可.光学全息术可望在立体电影、电视、展览、显微术、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、保存珍贵的历史文物、艺术品、信息存储、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）等各个方面获得广泛应用.随着全息技术的快速发展,全息技术的产品正越来越多地走向市场、应用于现代生活中.

一、全息技术的应用前景

全息技术的应用非常广泛,并不断被应用于新的领域,以下列举了全息技术的部分重要应用.

(一)全息显示

全息显示主要利用全息照相能重现物体三维立体图像的特点,因全息片能给出和原物大小一样、细节精美、形状逼真的三维图像,所以是极有发展前景的应用之一.它可以用来复制历史文物艺术珍品、全息肖像、全息装饰品和全息风景画等也可用于超景深照相,使远距离到近距离的物体同时记录在一张全息底片上.而从其再现像中逐次按不同距离分层观测,不受普通照相景深的限制.全息显示常用的全息术有：透射和反射全息、像面全息彩虹全息、真彩色全息、合成全息和模压全息等多种类型.其中除透射全息图需要用激光再现外,其余都可用自光再现,从而使在自昼自然环境中可观察到三维景像.近年来模压全息逐步进入到人们生活中,并受到人们的欢迎和喜爱模压全息把浮雕艺术和照相艺术相结合,用多层次体现三维空间,极具有观赏价值它除了作为艺术全息品便于携带和保存外,已广泛用于防伪标识、贺卡、商标、纪念封和图书插图等领域,国内外都已形成一种巨大的产业.

(二)全息干涉计量

全息干涉量度,其操作的基本程序与全息记录相似,只是在记录时根据需要进行一次（实时全息干涉法）、两次（双全息干涉法、夹层全息法）和连续（时间平均全息干涉法）.它们都是根据波面干涉原理,在再现象上出现一系列干涉条纹.这些条纹代表了沿观察轴线方向的等位移轮廓线.条纹间隔代表的位移量大致等于记录中所用相干光源波长的一半.

一次全息干涉法.它同光学干涉原理是一样的.用一般全息术记录一张物体未经变形时的全息图.再将这张全息图精确地放在原记录位置上.由原参考光作照明光,让它在原物位置产生再现像.被研究的物体在原来位置作微小变形,同时也用激光照明.全息图衍射的原始物波和物体散射的物波会产生干涉条纹,条纹的形状就反映了物体的形变.这种方法可以观察物体的形变过程,因此也叫实时全息干涉法.二次全息干涉法.在同一张全息图上记录同一物体变形前后的二张全息图.它记录了物体在不同时刻的二个波面.再现时,二个波面之间产生干涉,称为两次全息干涉.通过条纹的计算,可以确定物体的形变和位移.二次全息将物体形变的二种状态冻结在全息图里,可以保存,在没有原物时也能再现这种变化.但是一张全息图只能保留一种比较状态.

夹层全息.用二张全息干板分别记录物体二个状态的物波信息.记录时,用一对全息干板放在特制的可以精确定位的全息片架上.、显影后,每张全息图放在原来的位置都能精确地再现原物波.

二、全息防伪技术

防伪与我们的生活息息相关,将全息技术应用于防伪领域可以大大提高防伪功效.如第二代上的视读防伪：当以适当角度看正面时,会有长城标志出现,变换角度,长城标识的颜色会发生变化.从全球角度看,第一个将全息图片作为防伪标识的产品是JohnnyWalkeWhishy（一种威士忌）,该酒的销售额较以前增加了45%.上世纪90年代全息防伪迎来首个鼎盛时期,无论高档商品促销、名优商品的防检测冒或有价证券（如信用卡、钞票、护照签证）的防伪和加密以及图书、印刷、印染、装潢、纪念邮票和广告标牌等等,都普遍采用激光模压技术.该技术在八十年代末九十年代初传入我国,1990年至1994年期间,全国各地引进生产线上百条.全息主要防伪技术主要包括如下四个方面：

1.激光全息标识定位烫印技术

全息烫印的原理是：在烫印设备上通过加热的烫印模头将全息烫印材料上的热熔胶层和分离层加热熔化,在一定的压力作用下,将烫印材料的信息层全息光栅条纹与PET基材分离,使铝箔信息层与承烫面黏合,融为一体,达到完美结合.（1）该技术要求印刷厂家拥有精密定位烫印设备,并要求印刷厂的相关设备有能适应定位烫印的要求,具有精密的走步和定位功能,因此查重者很难制检测.（2）定位烫印与包装物本身有机融合为一体.同时经过合理的设计可以大大提高包装物的质量和档次,这样无论在防伪力度还是美观方面,都提高了一大步.（3）定位烫印可实现调整大规格自动化生产,与高速印刷设备配套,满足了印刷厂家的生产工艺要求.（4）防伪标识烫印到包装盒上后无须覆膜,可满足绿色包装的要求,比普遍采用不干胶全息防伪贴标前进了一大步,并且彻底解决了防伪标识的重复使用问题.

2.全息标识上的加密技术

该技术是在防伪标识中设置特殊的加密记号以增强防伪效果.其原理是在物体与全息底板之间加一个编码器,使得物光发生畸变；只有用该特定的才能重现物体,否则,只能出现一些散斑.因此,该技术具有较高的防伪功能,常用于一般商品的防伪.3.BOPP激光全息防伪收缩膜包装防伪技术

该技术是发展起来的新型防伪技术.由于该技术对BOPP收缩膜基材有特殊要求,购写和开发BOPP生产设备造价昂贵,从而在源头上堵住了查重者制检测的可能性和可行性.激光全息防伪收缩膜在生产中首创采用宽幅全息透明模压技术与加密全息图像防伪技术相结合,并巧妙解决了热压与基材热收缩的矛盾；在使用中通过BOPP防伪收缩膜两个表面提供热封,将被包装物整体包裹；在拆包时必须先撕开BOPP防伪膜,而这样也就破坏了原防伪膜的完整性.由于该防伪手段技术层面复杂、防伪力度高,工艺精细、外观精美,被中国防伪行业协会激光全息技术专业委员会给予很高的评价.BOPP生产线高昂的和热封型热收缩膜复杂的加工工艺,加上透明全息防伪图像和隐秘的微缩,使得那些分散的中小型工厂极难制检测.

4.全息存储中的复用技术

全息光存储实际上还是一种光盘存储技术,采用复用技术,可大幅度地提高存储容量和系统性能.在各种未来高密度光存储技术中,全息光存储以其所具有的高存储容量、高存储密度、高信息存储冗余度和超快存取速度等优点一直为人们所重视.

空间复用技术是将记录介质的二维平面划分成不同的区域,在每一个区域中单独存储一幅全息图.空间复用技术是发展得最早的复用技术,主要适合于平面型记录材料,存储材料中的存储格式类似于硬盘和光盘.空间复用技术的优点是：由于相邻的全息图在空间并不重叠,因此再现出的页面之间可以完全避免串扰噪声,每个全息图的衍射效率也都可以达到单个全息图所能达到的最大衍射效率.此外,由于存储的所有全息图都可以采用相同的参考光角度,因此系统的光路设计和构架相对简单.单纯空间复用技术的主要缺点是不能充分利用存储材料的厚度来增加系统的存储容量,因此没有充分利用全息存储技术的潜力实现最大存储容量.

为了弥补空间复用技术的缺陷,人们提出了体积复用技术.体积复用技术分为三种：角度复用、位相复用和波长复用.当然,全息光存储的发展也还存在着诸多的难题,首当其冲的就是必须寻找一种同时兼具性能、容量和方面综合优势的存储材料,这也是全息光存储发展过程中必须解决的关键问题之一.其次,从加工生产方面来看,如何以较低的生产成本实现加工,特别是有关激光、空；和光调制器和探测器阵列的对准,对于工程人员来说依然是一个巨大的挑战.最后,要实现合适的性能比,全息光存储如果不够便宜,就难以找到市场,普通的PC机用户不会为了性能上一定的改善而付出高额的费用.

三、全息透镜

全息成像是尖端科技,全息照相和常规照相不同,在底片上记录的不是三维物体的平面图像,而是光场本身.常规照相只记录了反映被报物体表面光强的变化,即只记录的光的振幅,全息照相则记录光波的全部信息,除振幅外还忘记录了光波的们相.即把三维物体光波场的全部信息都贮存在记录介质中.全息照相是一种无透镜的两步成像.原理是：利用物光和参考光干涉在感光胶片上记录一幅干涉图样,呈错综复杂、透明度不同的花纹,称为全息（即全息照片）,相当于把胶片制成一不规则的光栅,然后利用全息图对适当照明光的衍射,把原三维影像提取出来.后一过程称为重现.全息图是一个天然的信息存储器,可把“冻结”了的景物重新“复活”在人们眼前.由于这一独特性能全息图有极其广泛的应用.如用于研究火箭飞行的冲击波、飞机机翼蜂窝结构的无损检验等.现在不仅有激光全息,而且研究成功白光全息、彩虹全息,以及全景彩虹全息,使人们能看到景物的各个侧面.全息三维立体显示正在向全息彩色立体电视和电影的方向发展.

除用光波产生全息图外,已发展到可用计算机产生全息图.全息图用途很广,可作成各种薄膜型光学元件,如各种透镜、光栅、滤波器等,可在空间重叠,十分紧凑、轻巧,适合于宇宙飞行使用.使用全息图贮存资料,具有容量大、易提取、抗污损等优点.全息照相的方法从光学领域推广到其他领域.如微波全息、声全息等得到很大发展,成功地应用在工业医疗等方面.地震波、电子波、X射线等方面的全息也正在深入研究中.

四、全息技术的展望

全息照相的应用潜力是巨大的,这一新技术将会在工业、医学、国防、公共安全等各个领域全面展开,产生显著的社会效益和经济效益.

作为一门新兴学科,全息技术还处在蓬勃发展阶段,随着科技的进一步发展和科技人员的努力全息技术的应用必将迎来它更辉煌的明天.