【精彩资讯】全息技术的发展及未来趋势
    全息(Holography)(来自于拉丁词汇,whole+ drawing的复合),特指一种技术,这种技术可以让从物体发射的衍射光被重现,其位置和大小同之前一模一样。从不同的位置观测此物体,其显示的像也会变化。因此全息图像是三维的。

   全息技术利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像,其{dy}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;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,在相关激光照射下,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。


    全息术可以应用在投影光刻、立体电影、电视、展览、显微术、干涉度量学、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。

60年前:全息术发明——波前记录与再现

  1948年丹尼斯•伽伯为改善电子显微技术的成像质量首次提出全息图概念。尽管他的所有实验过程都使用了光波,从而证实了技术的可行性,但在后来的电子显微镜研发过程中却屡受挫折,使得伽伯的天才想法最终不得不夭折在他的初衷里.幸运的是他所提出的”光波波前的记录和再现”的闪光思想点燃了后继科学家们追求三维显示的灵感,从而诞生了”光学全息和光学信息处理”这一对人类文明有重大深远影响的光学新学科—充满艰辛与幻想,并因此获得1971年诺贝尔物理学奖。


40年前:{dy}次实现全息三维显示

  全息显示术发明,但是,这等于用掠夺的财富来维持昂贵的研究。1962年,随着激光器的出现,诞生了高相干性光源。美国科学家爱埃米特•里斯和尤尼斯•乌波特尼克斯,在通信理论中的载波概念启发下,引入空间频率载波,发明了立轴全息术,{dy}次实现了三位全息显示。与此同时,另一位前苏联科学家尤尼•丹尼苏克,在xx的法国科学家、诺贝尔物理学奖得主伽伯利尔•李普曼所提出的彩色照相术的工作基础上发明了反射全息术。这两种激动人心的发明标志着一种区别于照相术的全新媒体的诞生,它将以三维的方式自然传递人类视觉信息,从而,重新点燃了人类实现三维显示{zj2}梦想的希望之火,似乎只要解决一些小技巧问题,科幻小说所描绘的时代就会很快到来。

20年前:模压彩虹全息术诞生

  模压彩虹全息术的发明开始了全息印刷与全息包装的深渊变革。自从上世纪60年代末期开始,全世界有一群科学家、工程师、及艺术家约数百人,一直坚持不懈地从事着这项神秘的未来显示方法的开拓工作,把其作为业余爱好或生存工具,以他们孩童般的天真与对更加美好明天生活的献身精神,不断对该事业“从兴奋到沉迷,再到放弃”。区别于其他许多科学家被迫从事冷战军事应用工作如当时刚刚诞生的晶体管技术,他们被称为自由科学家,而正是他们的工作奠定了现代全息技术的基础。这期间xxx的发明包括脉冲全息术、组合全息立体图、尤其是1969年麻省理工学院史蒂芬•A•本顿教授发明的彩虹全息术。将彩虹全息与全息图模压复制技术相结合,便诞生了先进风靡世界的全息印刷与包装产业,其核心是针对文件与品牌安全的防伪保真。除了实现三维显示,全息术还以其独特的优点体现为一些其他有前途的实用技术,如:全息无损探测(HNDT)、全息光学元件(HOE)和全息术据存储(HDS)等,并且正逐渐应用在各自的相关领域。近40年来,与建立在由{dy}次和第二次风险投资浪潮所催生的微电子产业与互联网革命基础上的其他现代信息技术的飞速发展相比,全息术像一只孤傲的乌龟,不知何故似乎有意识地,朝着必然的最终目标缓慢而坚定的前进着:其前进的动力来源于上述天才群体匪夷所思的坚强信心。

{zx1}进展:数码全息——从理论到实践上拓展了全新概念

  上世纪90年代初期,在全息立体图逐渐成熟的启发下,利用刚刚商用化的空间光调制器如LCD、DMD等,作为显示全息之父之一、一生致力于全息三维显示实用技术研发的麻省理工学院史蒂芬•A•本顿教授提出了“硬拷贝成像计算机制作全息图”项目没,这便是今天可以制作真彩色、全视差、大观察角度、大幅面、且可拼接为任意大尺寸显示全息图的数码全息技术的前期基础工作。这项技术带来了一种比传统计算机制作全息图技术更合理的方法,以更有效率的全息记录方式代替了繁琐计算和编码,从而克服了以恢复振幅和位相为目的的输出困难问题。令人遗憾的是,立体图和视差这些主观视觉概念还深深地扎根在今天的数码全息中,是得其至今还被限制在打印xx显示全息图上,虽然他被当作为“解释或开启这样一类疑难问题的典型工具”。幸运的是,这项由英年早逝的全息天才、全世界全息艺术家所共同尊敬与爱戴的史蒂芬•A•本顿教授所催生的数码全息技术,“为海量图像信息三维从构及显示技术研究”这一二十一世纪信息科技所留给人们的必然课题,提供了广泛的理论思考空间和现实实践工具。这个由知识爆炸所产生的聚变反应将带给我们比20世纪更加丰富多彩的自然内涵与文明表现。

 

未来二十年:全新的显示媒介

  未来,全息图将吸引海量的风险投资。有关实时三维显示,在全息技术发明前后都有大量方案被提出,然而,由于其对这个问题的主观视觉处理方式以及缺乏合理的理论支持和实验条件,这些方案均未得到进一步发展。最近,随着电视信息的进步及空间光调制器(SLM)的妙用,三维全息电视的方案被提出用于实时三维显示,然而这些方法均是利用视觉时间暂留效应如电影或电视节目一样实现三维显示而非严格意义上的全息地展现电视信息的真实全息电视。还有许多方法提出直接再现SLM上电写入的全息图实现三维实时显示,以及增大视角、实现彩色显示等技术,由于受到现有SLM空间带宽积的限制,这些方法都明显远离实际应用,而该空间带宽积的提高却又最终受限于表现电子集成能力的所谓摩尔定律,在“Nature,Vol.451/7 February 2008/694—698”上所发表的文章“An updatable holographic three dimensional display”,看起来似乎给出了全息电视的曙光,但这种新全息材料的实际应用却仍难以想象。

  实际上,大自然本来就以真三维的形式展现给我们人类。二维图像信息只能让我们了解到事物的某个侧面,从而极大程度地限制了人们对事物本质的全面认识。遗憾的是,我们虽然居住在这个三维的世界中,却无奈只能用二维的方式来表现我们对他的感受,如:相片、电影、或电视节目,构成了20世纪留给我们的有效传递人类视觉信息的只要媒体。能否将按照一定规律所采集的上述海量图像信息,以真三维的方式重新解释并加以显示,从而还原其所要表达的真实三维世界呢?怎么才能实现对上述海量图信息的三维从构及显示呢?二维图像与三维显示究竟有着怎样的科学关联呢?这些问题原本就是21世纪的科技发展所留给人们的必然思考。

  在未来的二十年,人类将把我们所感受到的光作为大自然“离散能量几率分布”的客观现实而进行处理。通过对这个现实波函数或概率幅的四维傅立叶变换,提供对光的新描述——时间谱和空间谱。人类将把目前成像系统中空间频率的概念拓展为大自然本身所具备的空间谱,同时把全息术中复杂波前(振幅与位相)的再现拓展为恢复大自然本身所固有的时间谱和空间谱。空间谱的三维空间编码将比过去电子文明中时间数字信号的调制与解调具有更强的信息处理能力,从而得出傅立叶变换全息图是现代电子文明的有效光子集成,也是未来信息科技中信息处理的基本单元,类似于今天的“0”或“1”数据。人们将利用数码全息作为基本工具,制作各式各样功能型全息投影显示的具体方案。这种显示将被当作上世纪空前成功的电子文明与本世纪更具挑战的光子智慧之间的有效接口,充分必要地实现全息影视节目的自然显示。
 
 

本文来源于中国投影网

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