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2023

激光的全息图像技术

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普通照相，是利用透镜成像原理，把被摄物的漫反射光的光强分布记录在“底片”上（如今的底片已经可以数字化了），以此获得二维平面图像。普通照相的物象间关系是点点对应的，只要底片破损就不能重现图像。普通照相对外界环境要求不高，一般条件都能照相。

激光也能照相，而且除了可以记录被摄物体的漫反射光的强度分布之外，还可以记录漫反射光的干涉信息，以这两类信息获得的“全息图像”，要比一般图像表现被摄物体会更“精细”、更“丰富”、更“全面”。这就是激光的全息照相技术，它有很多精彩的应用。

一．全息照相的原理

激光全息照片要在暗室中拍摄。全息照相的记录光路如下图所示。

激光束通过快门后经过分束板分为两束：

一束称为参考光，经平面镜反射、扩束镜，直接投射到全息干板上。另外一束称为物光，经平面镜反射、扩束，照射到被摄物体上，其漫反射光也在全息干板上接受。两束光都在同一个平面上，物光与参考光夹角在45°左右，在全息干板上形成干涉条纹，并被记录。

这里有几个问题需要解释一下：

为什么要用“扩束镜”？因为激光器射出的光束太集中，照射的区域小，通过扩束镜可以让照射区域扩大。

什么是“全息干板”？是玻璃制造的，一面镀有一层粘性感光剂，在红色或绿色激光的照射下，附着其上的感光剂将会被曝光，从而记录下干板所接受到的，又细又密的干涉条纹的，光强分布。

“全息干板”所记录的干涉条纹有什么信息？如果只有物光漫反射，干板记录的是被摄物体的一般平面照片，如果干板同时接受到物体反射光和参考激光，干板记录的就是干涉条纹，干涉条纹中既有物光漫反射强度的信息，也有漫反射光的相位信息（因为没有相位差就不会产生干涉条纹），还含有被记录物体的尺寸、形状、亮度和对比度等信息。所以“全息干板”上记录的干涉条纹就是被摄物体的全息图。

当然，“全息干板”现在可以不用感光材料了，可以数字化了，就像数码相机的记录方式一样。

二．全息照相的优点和缺点

全息技术具有以下突出的特点和优点:

（1）立体感强。因为光线所涉及的物体表面的信息，不仅光的强度还有光的相位都记录在全息图中，所以再现的物体表面的信息表现的很详细。

（2）可再现物体的立体图像。如果物光从多个角度照射，多次拍摄的全息图都集中在一个全息图中，那么用参考光从不同角度照射这个全息图，就可以互不干扰地分别显示出来每次拍摄的图像，从而能够再现物体的3维图像。

（3）全息照片的碎片仍旧能反映出整个物体的图像。?因为全息图像的部分都含有整体干涉的表现，所以，小部分全息图就能存储和再现整个物体的图像。

（4）信息容量大。用全息图存储信息，远大于磁盘和光盘的存储容量大。

全息技术的缺点是，拍摄环境要求高，拍摄成本高。

三．激光全息技术的应用

1.激光全息影像

观察者不动，可以看到物体的立体效果，可以看到不属于自己的视觉效果。用全息技术拍摄博物馆的藏品，其观察效果极佳。

用全息技术制作影像，用水蒸气作为幕墙，影像可以在水雾气幕墙上再现。

用全息技术制作虚拟影像，和实体影像结合，观察者会有身临3维境地的梦幻感觉。

2.激光全息防伪

下面列举几种常规的全息防伪技术。

多通道全息防伪技术。转动全息防伪标识时，会看到不同的图案。

隐形加密技术。将加密图案置于标识的任一位置，用激光仪可看到加密图案。

双层全息技术。揭开第一防伪层,还有第二防伪层。

荧光加密全息技术。与人民币荧光加密原理一样。

动态编码防伪技术。缓慢地转动商标会出现连续动作的图案。

电码全息防伪技术。把厂商的电话号码置于全息防伪标识中。

早期的激光全息照片，只能采用激光以一定角度照射才能观察到图像，其工艺复杂、成本高、效率低。

现在，采用模压激光全息方法，先用专门的感光材料涂在干板上，全息曝光，光腐蚀感光材料，经处理可以得到像浮雕一样的全息图，再以此制作模压全息图的母版。母版表面充满了凸凹不平的干涉条纹，其密度可以达到每毫米一千条以上。把金属母版安装到模压机上，以一定的压力压在薄膜材料上，得到全息薄膜材料做防伪标识。这种方法可以大量复制激光全息防伪标识，给激光全息技术的应用带来了一次飞跃；该方法还解决了防伪商标的二次转移问题；再加上烫印防伪标识和包装一体化，使得激光防伪技术得到了商业性的发展。

激光全息图像防伪技术还在不断地发展。

1）应用计算机图像处理技术改进激光全息图像

一种技术是用计算机合成二维图像，形成一般光学图像，再做全息成像，做成防伪标识。这种方法的好处是，图形和色彩都具有异常灵活多变的动态效果。

另一种技术是用计算机直接控制两束相干光束以形成全息图案。这种方法不需要拍摄对象，不需要控制曝光，所需图形完全由计算机生成。

2）透明的激光全息图像

将全息图像模压在透明材料上。例如1996年，我国公安部将透明激光全息图像应用在居民身份证上，将身份证用透明膜整体覆盖，在光线下观察身份证正面时，不但能看清证件内容，还能看到透明膜上显现出来的二维、三维全息图像（“长城”及“中国”的中英文字样）。

3）激光全息阅读防伪

把文字和图像信息一起存贮在全息图像中。

4）光学微缩的激光全息防伪

把文字信息用光学微缩的方式记录在全息图上，平常肉眼难以辨认，在10倍、甚至100倍放大镜下才可观察到具体内容。

5）低频光刻激光全息防伪

在全息图上增设印制另外的干涉条纹花样，花样条纹的密度较低一些。花样条纹可以是一般的衍射条纹，用于增加外部观察效果；花样条纹也可以是用计算机产生的全息条纹，这样的全息图中就有两套防伪条纹。