《全息影像技术

　　《全息影像技术》全息影像技术全息摄影就是在摄影的同时将上述两类信息同时记录来实现的。

　　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。

　　与普通的摄影技术相比，全息摄影技术记录了更多的信息，因此容量比普通照片信息量大得多（百倍甚至千倍以上）。

　　全息影像的显示，则是通过光源照射在全息图上，这束光源的频率和传输方向与参考光束完全一样，就可以再现物体的立体图像。

　　观众从不同角度看，就可以看到物体的多个侧面，只不过看得见摸不到，因为记录的只是影像。

　　目前最常用的光源是投影机，因为一来光源亮度相对稳定，二来，投影机还具有放大影像的作用，作为全息展示非常实用。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　技术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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　? 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。

　　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。

　　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。

　　在超大屏幕的影院里， 戴上特制的眼镜， 以超大立体画面配合环绕立体声音效让观众本身融入影片中， 带来身临其境的真实感。

　　那么， 是不是看 3D 特效就必须戴眼镜呢？ 有没有不需要带眼镜就能看到的 3D 影像呢？ 全息影像技术就提供了这样一种解决方案。

　　另外， 由于全息摄影技术能够记录物体本身的全部信息， 存储容量足够大， 因此， 作为存储的载体， 全息存储技术也可以应用于图书馆、 学校等机构的文档资料保存。

　　与传统的 3D 显示技术相比， 全息影像技术无需戴专门的偏光眼镜， 不仅给观众带来了方便， 同时也降低了 成本。

　　同时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。

　　技术开发 比利时鲁汶校际微电子研究中心（Imec） 已开发出一套微电机像素系统（MEMS） 平台，让全息影视更加接近现实。

　　Imec 建造的全息显示器， 是用激光照射在一种微电机系统（MEMS） 平台上， 该平台能上下运动， 就像一个小的反光镜活塞。

　　安装 MEMS 之前， 芯片是在硅晶片上生长一层氧化硅， 有序地在氧化硅上蚀掉一些方块， 生成一种像国际象棋棋盘似的花纹。

　　蚀掉的像素仅比附近氧化硅低约 150 纳米， 然后在整个芯片最上面涂一层铝反光层。

　　小反光镜平台每秒钟若干次地迅速上下运动， 交换静止图像使像素动起来， 就能将这些全息图以动态形式放映。

　　Imec 视觉系统研究小组高级研究员理查德 斯塔尔解释说， 为了 产生衍射以形成全息图像， 每个 MEMS 构件都必须小于照射在芯片上的激光的波长， 因此构件要在 0. 5 微米 0. 5 微米左右， 由硅锗混合物制成， 目前公司已经用这种材料制作了 可倾斜的 MEMS 反光镜， 并希望能融合所需的数据处理逻辑， 直接控制像素下面的 MEMS构件， 以让快速显示更容易。

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　　技术历史 早在激光出现以前， 1948 年伽伯为了 提高电子显微镜的分辨本领而提出了 全息的概念， 并开始全息照相的研究工作。

　　1960 年以后出现了 激光， 为全息照相提供了 一个高亮度高度相干的光源， 从此以后全息照相技术进入一个崭新的阶段。

　　所有的光都拥有三种属性， 它们分别是光的明暗强弱、 光的颜色以及光的方向。

　　早期的银版照相和黑白照片只能记录下光的明暗变化， 而彩色照片在此之外， 还能通过记录光的波长变化， 反应出它的颜色。

　　全息摄影是惟一能同时捕捉到光的三种属性的一种摄影术， 通过激光技术，它能记录下光射到物体上再折射出来的方向， 逼真地再现物体在三维空间中的真实景象。

　　然而， 一直到根特兄弟的作品问世之前， 所谓的真实再现一直都不过是理论上的。

　　或许是因为好的全息图像罕见而且难于生成， 或许因为全息摄影的科学原理过于深奥， 在全息摄影发明了 半个世纪之后， 它却仍然是一项充满了神秘色彩的技术。

　　在一些媒体对伊夫 根特及其兄弟成就的报道中， 有人将他们描述为惟一真正实现了全息摄影的再现自然功能的人 ， 还有人说， 他们的作品就像摩尔斯所说那样， 是大自然的一部分 。

　　这些评论可能有些言过其辞， 因为实际上， 全世界也有许多其他人在从事着全息摄影的研究， 国际全息图像制造者联合会(International Hologram Manufacturers Association) 就是一个聚集了全球全息摄影专家和爱好者的组织。

　　但伊夫 根特毫无疑问是这些专家中的翘楚， 在 2019 年冬季， 这个联合会将本年度最佳全息摄影作品 和最新全息摄影技术 这两项最有分量的大奖颁发给了伊夫。

　　在随后的几年中， 伊夫 根特就在自己简陋的实验室中自学相关的化学原理， 并反复实践。

　　同其他的感光乳剂一样， 终极 的主要成分也是感光性极好的溴化银颗粒， 但终极 中的溴化银颗粒直径只有 10 纳米， 是普通胶片上感光颗粒的 1/10 到 1/100。

　　正是这些微小的颗粒使终极 能记录下细至纤毫的每一个细节， 并在同一个感光层上同时记录下红、绿、 蓝三色。

　　伊夫找到了被他称为30 年来所有人都在寻找的感光乳剂 ， 但他却还有很长的路要走。

　　他做出了复制肖维岩洞壁画的整个方案， 却因为找不到政府的权威人士而求告无门。

　　他还建议为巴黎的迪斯尼乐园建立一个来访名人的全息摄影肖像馆， 谈判却一拖再拖。

　　所有见过他作品的人， 都承认那是完美的全息图像， 但法国的投资者过于谨慎， 他们不仅要下金蛋的鹅， 还要一群这样的鹅能够工业化、 大规模下出金蛋， 才肯从自己的口袋里掏钱。

　　他所拥有的机器能将终极 母版上的全息图像复制到杜邦公司制造的某种聚合体材料上。

　　尽管这些图像还达不到终极 胶片上的图像水准， 但却远比从前的聚合体材料上的全息图像好多了。

　　伴随着这种杜邦材料上的全息图像的大规模生产， 使用终极 胶片的工业化生产也是指日可待。

　　[1] 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。

　　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。

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　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　全息影像展示装置 通寰互动的全息影像展示柜利用干涉衍射原理， 投射出悬浮空中极具纵深感的三维立体光影。

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