全息是什么

小白 QA 2020-04-22 11:07:29 阅读(...)

全息特指一种技术,可以让从物体发射的衍射光能够被重现,其位置和大小同之前一模一样。

特指一种技术,可以让从物体发射的衍射光能够被重现,其位置和大小同之前一模一样。

全息是什么

从不同的位置观测此物体,其显示的像也会变化。因此,这种技术拍下来的照片是三维的。全息这项技术可以被用于光学储存、重现,同时可以用来处理信息。虽然全息技术已经广泛用于显示静态三维图片,但是使用三维体全息仍然不能任意地显示物体。

历史沿革

1947 年,英国伦敦帝国科技学院的匈牙利裔物理学家伽博(Dennis Gabor,1900—1979)发现全息技术,并因此获得了 1971 年的诺贝尔物理学奖。

1956 年,丹尼斯·加博尔发明了全息摄影(holography)或称全像摄影。

其他物理学家也进行了很多开创性的工作,例如 Mieczyslaw Wolfke 解决了之前的技术问题,以使优化有了可能。这项发现其实是英国一家公司在改进电子显微镜的过程中不经意的产物(专利号 GB685286)。这项技术最开始使用的仍然是电子显微镜,所以最开始被称为“电子全息图”。作为光学领域的全息图直到 1960 年激光技术发明后才得以开始。

第一张记录了三维物体的全息图是在 1962 年由 Yuri Denisyuk、Emmett Leith、Juris Upatnieks 在美国拍摄的。

全息图有很多种,例如投射全息图、反射全息图、彩虹全息图等。

类型

全息摄影

全息摄影(holography)由丹尼斯·加博尔发明的摄影方法,这种摄影方式打印出来的照片可以从多个角度观看,但是有角度局限性。很多防伪标识都是使用全息摄影打印出来的图像制作的。

相关理论

普通照相,只能记录物体光场的强度(复振幅模的平方),它不能表征物体的全部信息。采用全息方法,同样也是记录光场的强度,但它是参考光和物光干涉后的强度。对采用如此方法记录下来的光强(晶体或全息胶片中),利用参考光再现时,可以将全面表征物体信息的物光的复振幅表现出来。

其制作过程如下。

对一束相干光(频率严格一致,表现为可以产生明显的干涉作用)进行 1:1 分光,照射到拍摄物体的称为物光,另一束称为参考光。保证光程(光走的距离)近似相同的情况下,使在物体上反射的物光和参考光在晶体(或者全息底片)上进行干涉。

观察的时候只要使用参考光照射全息底片,即可在全息底片上观测到原来的三维物体。

这是最简单的全息图原理,此外,还有白光(指非相干光源,例如灯光、日光)即可再现的全息图(广泛应用于防伪标识),彩色全息图(可以用白光再现被摄物体的颜色)等等。这些全息图的制作过程相当复杂。

虽然全息图通常指三维光学全息图,但这是一个误解。除此之外,声场也可以被制作成全息图。

全息应用

投影

全息投影是一种无需配戴眼镜的 3D 技术,观众可以看到立体的虚拟人物。这项技术在一些博物馆、舞台之上的应用较多,而在日本的舞台上较为流行。(初音未来是世界第一个应用全息技术的虚拟歌手).全息立体投影设备不是利用数码技术实现的,而是投影设备将不同角度影像投影至国外进口的 MP 全息投影膜上,让你看不到不属于你自身角度的其他图像,因而实现了真正的全息立体影像。

360 度幻影成像系统

360 度幻影成像是一种将三维画面悬浮在实景的半空中成像,营造了亦幻亦真的氛围,效果奇特,具有强烈的纵深感,真假难辩。形成空中幻象中间可结合实物,实现影像与实物的结合。也可配加触摸屏实现与观众的互动 。可以根据要求做成四面窗口,每面最大 2-11 米。可做成全息幻影舞台,产品立体 360 度的演示;真人和虚幻人同台表演;科技馆的梦幻舞等。

适合表现细节或内部结构较丰富的个体物品, 如名表、名车、珠宝、工业产品、也可表现人物、卡通等,给观众感觉是完全立体的。

照相的拍摄要求

为了拍出一张满意的全息照片,拍摄系统必须具备以下要求:

通过前面分析知道,全息照相是根据光的干涉原理,所以要求光源必须具有很好的相干性。激光的出现,为全息照相提供了一个理想的光源。这是因为激光具有很好的空间相干性和时间相干性,实验中采用 He-Ne 激光器,用其拍摄较小的漫散物体,可获得良好的全息图。

由于全息底片上记录的是干涉条纹,而且是又细又密的干涉条纹,所以在照相过程中极小的干扰都会引起干涉条纹的模糊,甚至使干涉条纹无法记录。比如,拍摄过程中若底片位移一个微米,则条纹就分辨不清,为此,要求全息实验台是防震的。全息台上的所有光学器件都用磁性材料牢固地吸在工作台面钢板上。另外,气流通过光路,声波干扰以及温度变化都会引起周围空气密度的变化。因此,在曝光时应该禁止大声喧哗,不能随意走动,保证整个实验室绝对安静。我们的经验是,各组都调好光路后,同学们离开实验台,稳定一分钟后,再在同一时间内曝光,得到较好的效果。

物光和参考光的光程差应尽量小,两束光的光程相等最好,最多不能超过 2cm,调光路时用细绳量好;两束光之间的夹角要在 30°~60°之间,最好在 45°左右,因为夹角小,干涉条纹就稀,这样对系统的稳定性和感光材料分辨率的要求较低;两束光的光强比要适当,一般要求在 1∶1~1∶10 之间都可以,光强比用硅光电池测出。

因为全息照相底片上记录的是又细又密的干涉条纹,所以需要高分辨率的感光材料。普通照相用的感光底片由于银化物的颗粒较粗,每毫米只能记录 50~100 个条纹,天津感光胶片厂生产的 I 型全息干板,其分辨率可达每毫米 30000 条,能满足全息照相的要求。

冲洗过程也是很关键的。我们按照配方要求配药,配出显影液、停影液、定影液和漂白液。上述几种药方都要求用蒸馏水配制,但实验证明,用纯净的自来水配制,也获得成功。冲洗过程要在暗室进行,药液千万不能见光,保持在室温 20℃左右进行冲洗,配制一次药液保管得当可使用一个月左右。

相关应用

综上所述,全息照相是一种不用普通光学成象系统的录像方法,是六十年代发展起来的一种立体摄影和波阵面再现的新技术。由于全息照相能够把物体表面发出的全部信息(即光波的振幅和相位)记录下来,并能完全再现被摄物体光波的全部信息,因此,全息技术在生产实践和科学研究领域中有着广泛的应用〔2,3〕。例如:全息电影和全息电视,全息储存、全息显示及全息防伪商标等。

除光学全息外,还发展了红外、微波和超声全息技术,这些全息技术在军事侦察和监视上有重要意义。我们知道,一般的雷达只能探测到目标方位、距离等,而全息照相则能给出目标的立体形象,这对于及时识别飞机、舰艇等有很大作用。因此,备受人们的重视。但是由于可见光在大气或水中传播时衰减很快,在不良的气候下甚至于无法进行工作。为克服这个困难发展出红外、微波及超声全息技术,即用相干的红外光、微波及超声波拍摄全息照片,然后用可见光再现物象,这种全息技术与普通全息技术的原理相同。技术的关键是寻找灵敏记录的介质及合适的再现方法。

超声全息照相能再现潜伏于水下物体的三维图样,因此可用来进行水下侦察和监视。如图(3)。由于对可见光不透明的物体,往往对超声波透明,因此超声全息可用于水下的军事行动,也可用于医疗透视以及工业无损检测测等。

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