全息术是研究如何记录和重现物波波前的全部信息(振幅和位相)的一门学问，是利用干涉和衍射原理将物体发出的特定光波以干涉条纹的形式记录下来,使物光波前的全部信息都存储在记录介质中。全息术在信息处理与存储、干涉记录及全息显示方面有广泛的应用。
全息术是利用干涉原理,将物体发出的特定光波以干涉条纹的形式记录下来,使物光波前的全部信息都存储在记录介质中,故所记录的干涉条纹图样被称为“全息图”当用光波照射全。息图时,由于衍射原理能重现出原始物光波,从而形成与原物体逼真的三维像。
全息术具有以下突出的特点和优点:
(1)三维立体性——全息照相再现的像是三维立体的,具有如同观看真实物体一样的立体感,这一性质与现有的用偏振镜观看的立体电影有着本质的区别。
(2)可分割性——全息照片的碎片仍旧能反映出整个物体的像来,不会因照片的破碎而失去像的完整性。
(3)信息容量大——体全息存储的理论存储容量上限为13[1](Κ为记录光波长),远大于磁盘和光盘的存储容量。
过近十几年的发展,全息术在实际中的应用已相当广泛。下面就应用的主要方面进行介绍:
(一)模压全息技术模压全息技术是把全息和电镀、压印等技术结合起来的一种技术,它使全息技术冲破实验室的束缚实现市场化。这种模压全息技术可以象印刷一样大批量快速复制,又可以和其他印刷术结合使用,且价格低廉,被称为21世纪的印刷术”“。由于全息图的制作工艺复杂,技术难度大,再加上在拍摄过程中,可以加上编码技术进行加密处理,所以模压全息技术已作为一种行之有效的防伪手段越来越广泛的用于商品包装、信用卡、钞票等的防伪上。此外,由于激光全息图的色彩神奇、图像逼真,在艺术和装饰等方面也颇受青睐。
(二)全息干涉计量用全息干涉的方法进行精密测量,称为全息干涉计量,是目前全息应用最广泛的领域之一。干涉计量的基础是波前比较。全息术是能记录和再现波前的技术,这使我们有可能用严格标准波前与一个编写物体产生的波前相比较而实现干涉计量。由于标准波前和变形波前是通过同一光路来产生的,因而可以消除系统误差,这样对光学元件的精度要求可以降低,这是其它干涉计量方法不容易做到的。目前,全息干涉计量分析在无损检验、振动分析、微应力应变测量、形状和等高线的检测等领域中已得到广泛的应用。
(三)计算全息的应用将计算机技术和全息技术相结合,称为计算全息。计算全息不仅可以全面记录光波的振幅和位相,而且能综合复杂的,或者世间不存在的物体的全息图(只要知道该物体的数学表达式即可),在低噪声、高重复率等方面也远远优于光学全息,因而具有独特的优点和极大的灵活性。例如在工程设计中,为避免制作复杂模型,只需将设计数据输入计算机,制作计算全息图,就可显示出三维立体像来。目前,计算全息的主要应用范围是:二维和三维物体像的显示;制作各种空间滤波器;产生特定波面用于全息干涉计量;计算全息扫描器等等。此外,计算全息在安全方面也有独特的优点。例如,将要加密的图像信息根据干涉原理随机分解成两部分,分别记录在两张计算全息图上。当两张全息图对准合在一起照明再现时,才可以再现出原来的信息,只有同时拥有这两张配对的全息图才可解出原来的信息,因而用于图像信息加密时,具有很高的安全性。随着大容量、高速度计算机的不断出现,以及激光扫描器、电子束、粒子束等成像技术的发展,计算全息必将显示更大的优越性,展宽更多的应用领域。
从全息术的原理和特点可以看出,全息术由于有着独特的优点,可能在未来社会经济、生活、通信、国防等各个领域成为不可或缺的重要组成部分。在不久的将来,不仅以上提到的现阶段的各种应用会进一步的提高和完善,并且以下设想也将有可能成为现实。
(一)立体电影、电视等全息显示的普及
目前所看的立体电影,是利用偏振原理拍摄的,观看时需戴上令人不舒服的分辨率不高的偏振镜,并且由于这种眼镜容易使人感到疲劳和头晕,不便长时间观看,更不利于老人和儿童,因此这种立体电影并没有得到普及。而全息立体电影是利用体全息的角度选择性和颜色选择性,可以在一张体全息图中存储许多图像信息,再现时,只需将全息照片放在激光光束中转动,就能在照片的后面看到活动的立体景物。假如把全息图记录在电视摄像机的感光面上,然后电视台把信息号发射出去,当电视接收了这些信号,并用激光照明时,就能再现所摄的景象,这就是全息立体电视。观看这种影视时,眼睛就像现在看普通数字电视一样轻松,但景象却有了立体感。虽然目前全息图像传输仅能做到静止画面传输,但随着相关技术的逐渐完善,全息立体影视最终会走向千家万户。
(二)光全息存储器有望代替现有存储器
与已经成熟的磁性存储技术和光盘存储技术相比,全息存储有以下特点和优点:高冗余度、高存储容量、高的数据传输速率和很快的存取时间即可进行并行内容寻址等。目前,大容量、体全息存储的研究正在高涨。随着数字电子计算机系统运算能力和性能的提高,数字化信息领域不断扩展,全息有望在未来的数字数据存储领域发挥巨大作用,代替现有的磁盘、光盘等存储设备。例如,日本OPTWARE公司准备在今年上市的全息通用光盘(HVD,HolographicVersatileDisc),理论上,与DVD相同尺寸的HVD可记录319TB的数据,传输率也可达到1Gbps,相当于数百张DVD的容量,传输速度也比DVD快几十倍。并且,由于不可物理复制,所以在安全性方面也拥有出色的表现。此外,再加上计算全息的进一步发展,光全息完全可以满足人们在诸如虚拟现实、网络计算机、复杂多媒体文档、视频服务器、图象数据库和航空航天领域等应用中的数据存储的需求。
(三)全息显微技术
这些全息术还可用于通讯、导航、定位、检测等军事系统,提高行动的精确性和灵敏性。以上设想并非空想,因为实际上,利思和乌帕特尼克斯的离轴全息概念就是来自微波领域的旁视雷达——微波全息图。正如盖伯在他荣获诺贝尔奖时的演讲中所指出的,利思在雷达中用的电磁波长比光波长10万倍,而盖伯本人在电子显微镜中所用的电子波长又比光波短10万倍。他们分别在相差1010倍波长的两个方向上发展了全息照相术,这说明科学的发展总是相互渗透,相互影响的。因此,从长远来看,全息技术今后所带来的技术发展与应用是无法估量的。