激光全息全息影像的原理是什么？

激光模压全息技术给我们生活带来了什么？

买东西时，常常可在商品的外包装上看到一些彩色闪光的防伪商标。

当你上下左右移动它，并从不同的角度注视时，上面的图案或景物就会呈现各种不同的姿态。

这些形象逼真、富有立体感的图像令你赞叹不已。

这就是激光模压全息技术的产物。

该图案采用了全息照相技术。

为了提高观赏价值，还应用。

光衍射现象，赋予图片一种附加的彩虹色彩，即称为“彩虹全息图。

” 我们所看到的全息图片，主要是采用精湛的模压印刷方法，加工仅需一张全息原版就能印制出成千上万张复制品。

由于激光模压全息生产属高新技术范畴，再加上制版工艺的特殊性，连制作者本人也难以造出两张一模一样的全息模压原版，别人要仿制就更不可能了，因此各种名优产品商标、特殊票证(如信用卡、护照签证、钱币)等等都可用它来作防伪标识，其应用前景非常广阔。

求助：全息照片的原理。

谓全息照相，就是将激光技术用于照相，在底片上记录下物体的全部光信息，而不像普通照相仅仅是记录物体的某一面投影。

因此当底片上的物体重现时，在观看者的眼里显得异常逼真，它产生的视觉效应，完全与观看实物时一模一样。

全息照相的原理，简单地说，主要利用了激光颜色纯这个特点。

其实，关于全息照相的理论早在1947年就由英国科学家伽波提出来。

但直到亮度高、颜色纯、相干性好的激光问世后，才真正拍摄出全息照相。

全息照相与立体照相是两回事。

尽管立体彩色照片看上去色彩鲜艳、层次分明，富有立体感，但它总归仍是单面图像，再好的立体照也代替不了真实的实物。

比如，一个正方形木块的立体照，不论我们怎样改变观察角度，横看竖看，看到的只能是照片上的那个画面。

但全息照就不同了，我们只要改变一下观察角度，就可以看到这个正方块的六个方面。

因为全息技术能将物体的全部几何特征信息都记录在底片上，这也是全息照相最重要的一个特点。

全息照相的第二个特点是能以一斑而知全貌。

当全息照片被损坏，即使是大半损坏的情况下，我们仍然可以从剩下的那一小半上看到这张全息照片上原有物体的全貌。

这对于普通照片来说就不行，即使是损失一只角，那只角上的画面也就看不到了。

全息照的第三个特点是在一张全息底片上可以分层记录多幅全息照，而且在它们显示画面时不会互相干扰。

正是这种分层记录，使得全息照片能够存储巨大的信息量。

全息照片为什么会有这样的一些特点？为什么普通照片没有这些特性呢？这要从拍摄的原理谈起。

假如用一束激光照明一个微小颗粒。

从小颗粒上反射出来的光波基本上是不断向外扩大的球面波。

我们向小颗粒看去，是明亮的一点。

用照相机为这小颗粒照相时，光波通过镜头在底片上形成一个亮点，这一点的亮度与小颗粒反射出来的光强有关。

照相底片可以记录下这一点的亮点，但记不下小颗粒在三维空间的位置，印出来的照片上也只有一个亮点。

看起来没有一点立体感觉。

拍摄全息照片时，不用照相镜头，而是把一束发出平面波的激光和小颗粒反射出的球面波一起照到照相底片上。

整个底片都受到光照，它记录下的不是个亮点，而是一组同心圆，当同心圆间隔很小时，看起来，就像是用刀把一个圆萝卜切成一片片薄片，叠在一起，成为一组同心环那样。

底片经冲洗后，放到原来的位置，再用拍摄时那束发出平面波的激光，以拍摄时的角度照到底片上，我们可以看到原来放置微小颗粒的位置上有一个亮点。

注意！这个亮点在空间，而不是在底片上，我们看到的光就像是从这个亮点发出来的。

所以，全息照片记录下来的不仅是一个亮点，还包含亮点的空间位置，或者说记下从亮点发出的整个光波。

全部奥妙就在于这种新奇的拍摄方法，在于这一束平行（平面波）激光束。

这一激光束，我们称之为参考光束。

因此，任何物体实际上都可以看成是无数个明暗不同的亮点组成的立体图像。

用上面的拍摄方法拍成的全息照片就是无数个同心圆组成的复杂图形，看起来也是灰暗的一片。

同样，这张全息照片不仅记录了物体各点的明暗，还记下了各点的空间位置。

当用参考光束照射冲洗后的底片时，我们看到的光就像是从原物体上发出来的。

所以，我们说它记录了有关物体发出的全部光信息，全息照片的名称就是因此而得来的。

不过激光全息照片只有在激光照射下，眼睛看上去才有立体的形象，而激光器是一种价格较贵的设备，一张照片要配备一架激光器，除了科研部门、专门的场所中有可能设置外，要普遍、广泛地应用是不可能的。

针对这个缺点。

科学家不断研究，终于发明了一种在白炽灯光下也能看到全息景象的全息照片。

称为白光全息或彩虹全息。

激光全息照的底片，可以是特种玻璃，也可以是乳胶、晶体或热塑等。

一块小小的特种玻璃，可以把一个大型图书馆的上百万册藏书内容全部存储进去。

如果留心一下报纸上的照片，就能发现它们是由一个个小点子组成的。

每一个小点子叫做一个像素，它的密度大约是每平方毫米内有几个点。

而全息照相用的特种玻璃膜层厚约10微米，像点密度每平方毫米内在2000个点以上。

在这种底片上，每平方毫米的地方内，可以装下一张310平方厘米的大照片。

在一小块5毫米见方的薄膜上就能装下一本200页厚的图书。

全息照相机的发明，主要意义不在于照相，它作为激光技术的一个方面，在工业、农业、科研等领域具有广泛的实用价值。

从照相方面讲，这是一种全新的技术。

因为全息照片有逼真的立体感，用它来代替普通照片有独特的效果。

在国外，已有人用全息照片做成书的插页，做成商标，做成立体广告；博物馆用它来代替珍贵文物展出。

国外有一家机床制造公司，到另一个国家开商品介绍会，就用全息照片代替实物办了一个机床展览会。

展览厅里全部是各种机床的全息照片，这些全息照片看起来和真的机床并没有什么两样，反而更加引起参观者的兴趣。

构思精巧的全息照片也是一件精美绝伦的艺术品。

美国和法国等国家都有全息照片博物馆，集中了全世界最精美的作品。

全息照相还可以将珍贵的历史文物记录下来，万一有文物古迹遭到严重破坏，即使荡然无存，我们仍然可以根据全息照相重建。

比如像北京圆明园那样的名胜，当年被八国联军焚毁，现在虽然打算重建，因为不知道整个面貌，就难以完全恢复。

如果全息照相提早100年发明的话，事情就好办了。

从立体景象的全息照片得到启发，科学家想到了全息电影和全息电视。

实验性的全息立体电影已经在前苏联出现。

放映这种电影时，观众看到的景象并不在银幕上，而是在观众之中，使人有身临其境的真实感觉。

至于全息电视，因为它涉及的技术问题比较复杂，目前还在研究。

1982年，德国的电视台播送的立体电视，并不是激光全息电视，它的原理和普通立体电影一样，观看时要戴一副特殊的眼镜。

预计到本世纪末，电影和电视又要换代了；到那时，人们的文化娱乐生活，可能会由于激光全景立体电影和激光立体电视的出现而变得更加丰富多彩。

全息照相的另一项重要应用是制作可以在一些特殊场合代替玻璃的全息光学元件。

这种特殊的光学元件具有加工方便、小巧、轻、薄等优点。

一个凹透镜可以使光束发散，一束平行光波照上去变为球面波；我们前面谈到的用小颗粒拍摄的全息照片也会把平行光参考光束变为球面波；这样的全息照片也就是一个特殊的凹透镜。

用类似的方法可以制作出凸透镜、柱面透镜等光学元件。

这种元件和纸一样薄，一样轻，还不会碎。

现在已经有用全息光学元件做成的望远镜，它的厚度和一般近视镜片差不多。

还有人报道用全息光学元件做成窗玻璃。

这种奇异的窗玻璃不会影响人的视线，却能反射大量的阳光，兼有窗帘的功能；更有趣的是，可以把它反射的阳光集中到装在窗檐下的一排太阳能电池上，转化为电能，供室内使用，真是一举三得。

全息照相技术有明察秋毫的本领。

因为全息照片能精确地再现原来被拍摄的物体，我们可以用它作标准检查原物有没有变化；事实上只要有1微米的变化，就可以用全息照相技术检查出来。

科研生产部门，还让激光全息摄影来担任成品内在质量的“检验员”。

检验时，给被检物加上一点压力或加点热；如果物体内部有裂痕、微孔，它的表面就会发生相应的变化。

尽管这种变化的程度极为细微，肉眼根本无法觉察，但在全息摄影这对“火眼金睛”下面，所有这些瑕疵、隐患，统统暴露无遗。

这种方法除了可以精密地检查内在质量外，还有对被检物丝毫无损的的优点，特别适用于贵重物品，例如珍贵文物、古代雕塑品的检测。

希腊科学家曾用这种方法查出古代塑像受风化的程度。

生产上用这种方式检查精密零件、飞机蒙皮、飞机轮胎的内在质量。

在国外的飞机轮胎工厂里，已经起用了激光全息照相“检验员”。

这种方法还被用来作生物学研究，比如研究脑壳受力时产生的形变，研究蘑菇的生长速度等等。

还在发展当中的是全息存贮技术。

我们在谈全息照相特点时提到过的存贮信息，也就是记录信息的能力。

从理论上计算，用光盘存贮信息，每平方厘米可以存贮的信息约为106位，而用全息存贮，每平方厘米可以存108位，高100倍！而且读出信息的时间只有百万分之一秒！ 现在，已经可以把信息存到材料里面去，全息照相用的材料不是一薄层底片，而是整个一块晶体可以存入10万册图书，一个图书馆只要保存几块记录晶体就可以。

这看来带有一点幻想色彩，然而是有希望做到的。

更重要的是全息存贮的发展将会促进计算机的发展、换代。

一般的全息照片，只能一张一张制作，价格也很高；除了科研上的使用以外，只能当作高级艺术品。

80年代出现了一种新的压印全息技术。

用这种方式制造全息照片，先要做成一块金属的微浮雕板；把它当作印板，在镀有金属膜的特殊纸张上压出全息照片。

这比印邮票还要方便，可以大批生产，成本大大降低，应用面也越来越广。

这种全息照相不仅有立体感；在阳光或灯光下呈现多种色彩，衬在银白色的金属背景上，显得更为绚丽。

人们用它来装饰书刊、玩具、旅游纪念品，很具魅力。

这种全息照相也包含着丰富的信息，而且完全取决于制作时采用的景物和拍摄方式，就像加了密码一样。

没有原始印版，无法复制。

因而，它成为防止伪造的有效手段。

已经在纸币、信用卡、磁卡及外交签证等凭证上出现各种全息标识以防伪造。

在我国，也已有不少厂商采用全息照相商标来防止有人伪造商标，欺骗顾客。

值得一提的是，全息照相这项重大技术成就，却是在与普通摄影毫不相干的科研领域内发明的。

发明者加伯研究这一课题的目的是想要提高电子显微镜的分辨率。

他设计了这种新的成像方法，并于1948年公开发表在科学杂志上。

但是，当时没有激光这样好的单色光，技术上也有一些困难，加伯并没有取得成效，他的论文也没有人重视。

直到十多年后的1964年，因为出现了激光器这种理想的光源，全息照相技术才开始发展起来。

很快，全息照相术便成为一种用途十分广泛，并且具有无限发展潜力的新技术。

加伯因为首创全息照相的理论，荣获1971年诺贝尔物理学奖。

他本人由此而被世界公认为“全息照相之父”。

全息影像的原理是什么？

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，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。

[编辑本段]原理 全息原理是“一个系统原则上可以由它的边界上的一些自由度完全描述”，是基于黑洞的量子性质提出的一个新的基本原理。

其实这个基本原理是联系量子元和量子位结合的量子论的。

其数学证明是，时空有多少维，就有多少量子元；有多少量子元，就有多少量子位。

它们一起组成类似矩阵的时空有限集，即它们的排列组合集。

全息不全，是说选排列数，选空集与选全排列，有对偶性。

即一定维数时空的全息性完全等价于少一个量子位的排列数全息性；这类似“量子避错编码原理”，从根本上解决了量子计算中的编码错误造成的系统计算误差问题。

而时空的量子计算，类似生物DNA的双螺旋结构的双共轭编码，它是把实与虚、正与负双共轭编码组织在一起的量子计算机。

这可叫做“生物时空学”，这其中的“熵”，也类似“宏观的熵”，不但指混乱程度，也指一个范围。

时间指不指一个范围？从“源于生活”来说，应该指。

因此，所有的位置和时间都是范围。

位置“熵”为面积“熵”，时间“熵”为热力学箭头“熵”。

其次，类似N数量子元和N数量子位的二元排列，与N数行和N数列的行列式或矩阵类似的二元排列，其中有一个不相同，是行列式或矩阵比N数量子元和N数量子位的二元排列少了一个量子位，这是否类似全息原理，N数量子元和N数量子位的二元排列是一个可积系统，它的任何动力学都可以用低一个量子位类似N数行和N数列的行列式或矩阵的场论来描述呢？数学上也许是可以证明或探究的。

1、反德西特空间，即为点、线、面内空间，是可积的。

因为点、线、面内空间与点、线、面外空间交接处趋于“超零”或“零点能”零，到这里是一个可积系统，它的任何动力学都可以有一个低一维的场论来实现。

也就是说，由于反德西特空间的对称性，点、线、面内空间场论中的对称性，要大于原来点、线、面外空间的洛仑兹对称性，这个比较大一些的对称群叫做共形对称群。

当然这能通过改变反德西特空间内部的几何来消除这个对称性，从而使得等价的场论没有共形对称性，这可叫新共形共形。

如果把马德西纳空间看作“点外空间”，一般“点外空间”或“点内空间”也可看作类似球体空间。

反德西特空间，即“点内空间”是场论中的一种特殊的极限。

“点内空间”的经典引力与量子涨落效应，其弦论的计算很复杂，计算只能在一个极限下作出。

例如上面类似反德西特空间的宇宙质量轨道圆的暴涨速率，是光速的8.88倍，就是在一个极限下作出的。

在这类极限下，“点内空间”过渡到一个新的时空，或叫做pp波背景。

可精确地计算宇宙弦的多个态的谱，反映到对偶的场论中，我们可获得物质族质量谱计算中一些算子的反常标度指数。

2、这个技巧是，弦并不是由有限个球量子微单元组成的。

要得到通常意义下的弦，必须取环量子弦论极限，在这个极限下，长度不趋于零，每条由线旋耦合成环量子的弦可分到微单元10的-33次方厘米，而使微单元的数目不是趋于无限大，从而使得弦本身对应的物理量如能量动量是有限的。

在场论的算子构造中，如果要得到pp波背景下的弦态，我们恰好需要取这个极限。

这样，微单元模型是一个普适的构造，也清楚了。

在pp波这个特殊的背景之下，对应的场论描述也是一个可积系统。

[编辑本段]特点和优势 1、 再造出来的立体影像有利于保存珍贵的艺术品资料进行收藏。

2、 拍摄时每一点都记录在全息片的任何一点上，一旦照片损坏也关系不大。

3、 全息照片的景物立体感强，形象逼真，借助激光器可以在各种展览会上进行展示，会得到非常好的效果。

[编辑本段]应用 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。

在生活中，也常常能看到全息摄影技术的运用。

比如，在一些信用卡和纸币上，就有运用了俄国物理学家尤里·丹尼苏克在20世纪60年代发明的全彩全息图像技术制作出的聚酯软胶片上的“彩虹”全息图像。

但这些全息图像更多只是作为一种复杂的印刷技术来实现防伪目的，它们的感光度低，色彩也不够逼真，远不到乱真的境界。

研究人员还试着使用重铬酸盐胶作为感光乳剂，用来制作全息识别设备。

在一些战斗机上配备有此种设备，它们可以使驾驶员将注意力集中在敌人身上。

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，而原物妥善保存，防失窃，大型全息图既可展示轿车、卫星以及各种三维广告，亦可采用脉冲全息术再现人物肖像、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物，多彩的花朵与蝴蝶。

迅猛发展的模压彩虹全息图，既可成为生动的卡通片、贺卡、立体邮票，也可以作为防伪标识出现在商标、证件卡、银行信用卡，甚至钞票上。

装饰在书籍中的全息立体照片，以及礼品包装上闪耀的全息彩虹，使人们体会到21世纪印刷技术与包装技术的新飞跃。

模压全息标识，由于它的三维层次感，并随观察角度而变化的彩虹效应，以及千变万化的防伪标记，再加上与其他高科技防伪手段的紧密结合，把新世纪的防伪技术推向了新的辉煌顶点。

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。

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。

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。

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。

全息技术不仅在实际生活中正得到广泛应用，而且在上世纪兴起并快速发展的科幻文学中也有大量描写和应用，有兴趣的话可去看看。

可见全息技术在未来的发展前景将是十分光明的。

[编辑本段]全息摄影 全息摄影是指一种记录被摄物体反射波的振幅和位相等全部信息的新型摄影技术。

普通摄影是记录物体面上的光强分布，它不能记录物体反射光的位相信息，因而失去了立体感。

全息摄影采用激光作为照明光源，并将光源发出的光分为两束，一束直接射向感光片，另一束经被摄物的反射后再射向感光片。

两束光在感光片上叠加产生干涉，感光底片上各点的感光程度不仅随强度也随两束光的位相关系而不同。

所以全息摄影不仅记录了物体上的反光强度，也记录了位相信息。

人眼直接去看这种感光的底片，只能看到像指纹一样的干涉条纹，但如果用激光去照射它，人眼透过底片就能看到原来被拍摄物体完全相同的三维立体像。

一张全息摄影图片即使只剩下一小部分，依然可以重现全部景物。

全息摄影可应用于工业上进行无损探伤，超声全息，全息显微镜，全息摄影存储器,全息电影和电视等许多方面。

全息摄影的拍摄要求 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： （1）光源必须是相干光源 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。

（2）全息照相系统要具有稳定性 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，再在同一时间内爆光，得到较好的效果。

 （3）物光与参考光应满足 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；两速光之间的夹角要在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。

（4）使用高分辨率的全息底片 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3000条，能满足全息照相的要求。

（5）全息照片的冲洗过程 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。

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