| 单词 | 国外全息显示技术 |
| 释义 | 【国外全息显示技术】 近年来，国外全息显示技术发展迅速，这里主要介绍国外全息显示技术的某些进展。 彩色反射全息正进入商业市场 与Bonton彩虹全息相比，反射全息的色彩与观察角度、位置关系不大，色彩基本保持不变，使它在全息显示中具有特别的地位。然而，因为复制多色反射全息图的成本随着颜色数目的增加而增加，使以往多数反射全息图是制成单色的。近年来，通过提高产量和改进方法，使多色反射全息图的制作过程流水线化，其成本降到市场能接受的水平。最明显的结果是：在1993年中，彩色反射全息图在商业全息显示领域内数量猛增，并在市场获得强烈的反响。为减小开支，多数厂家采用假彩色方法拷贝多色反射全息图。通过曝光前膨胀乳胶的厚度或在曝光后作适当的化学处理来控制乳胶的厚度。多数假彩色方法会带来彩色像差，使波长偏移后的像离开原位，而难以保持像的分辨率和景深。采用DCG介质则受到更严格的限制，为使图像无畸变，通常像深不能超过3cm。多色反射全息图也可采用3种适当波长的激光来制作。通常用红、绿、蓝(R、G、B)3种色。使用RGB记录介质和足够大的光学件，能提供共轭照明。所获得的像无色差，波前没有畸变，颜色的对准也得以简化，从而降低了制作成本。新的研究进展促成一种自动、彩色全息立体图拷贝装置的问世。1994年2月，SFIR／ES&T′的电子成像会议中举行实用全息技术第6次会议上，有两个研究组介绍了他们在彩色桌式全息印像机方面的工作。麻省理工学院的介质实验室，他们的装置由计算机处理系统和能够投影屏定位的光学系统以及在最后的全息立体图上可处于任意位置的光学元件组成。用单一波长的激光器拍摄、制作一步全色全息立体图，尺寸可达(24×10×8)cm3，水平视角可达68°。东京理工学院的图像科学和工程实验室制作的系统，使用3个波长进行彩色编码，采用双凸透镜来扩展全息图的视区，立体图的狭缝宽2mm，每帧之间狭缝的移动量仅0．5mm，因此每0．5mm的缝曝光4次，有助于像的连续，并防止全息图出现线条。制成的全息图具有60°的视角，曝光400帧。为了补偿波长弥散以及照明光源的尺寸，该系统采用立体图数据的预畸变处理。这种自动彩色全息立体图拷贝装置的开发将为非模压全息复制技术带来重大突破。边缘照明技术 边缘照明的概念在1970年已提出(L．H．Lin，1970)，1988年报导了用这种概念实现的一种紧凑显示装置(J．Upatineks，1988)。1990年开始用在显示彩虹全息图上。1992年美国阿拉巴马大学展出了用边缘照明方法显示的彩虹全息图，其光源装在全息图的镜框框内，镜框仅3cm厚，下端有一根带电源插头的软线，将它挂在墙上，插上插头，便可观赏。装置由3部分组成：光波导、彩虹全息图和光源。光波导包含两片平行放置的玻璃和中间的空气隙；光源是一个微型白光灯泡，位于玻璃片片间靠近其边缘处，全息图与光源需保持适当距离以提供较均匀的照明。从灯泡发出的光通过玻璃片的多次反射照明全息图，在靠近光源处，镀铝镜面复合在光波导上以减少光的泄漏并降低玻璃的温度。使用一只12W、20W的卤化物灯时，该系统的最大温度不超过65℃，这就保证了把光源装在镜框内的安全。照明光的主要部分具有非常倾斜度的入射角。为了获得有效的再现，全息图在记录时要采用相似的几何光路布局。此法也开始用在全息光学元件上。例如，将物光代之以一束准直光。此时全息图就变成了一个全息光学元件，具有准直光束的功能；同样也可直接使它具有会聚光速等其它功能。这种光学元件对空间的要求大为减少。例如，一个传统透镜系统占据的空间约为nfd／3，其中f是透镜的f数，d是透镜直径。而对边缘照明的全息元件，只需d／5的厚度，故其所占空间约为d3／5。其4－F透镜系统所要求的体积仅为传统透镜的1／10。另一种具有吸引力的应用前景是瞄准，可用作望远镜、测量仪器、罗盘或武器的瞄准。条纹锁定技术 为了获得高质量的全息图，必须在记录全息信息时获得能见度好的干涉条纹。为解决这问题，国外很早便提出条纹锁定法。经过多年的发展改进，现在已趋成熟。其基本原理是：物光与参考光相互干涉的光场中置一光电检测器，当任何因素引起这两束光的位相差发生变化时，条纹也将随之变化。这时，检测器收到的信号将通过反馈电路控制参考光光路中的压电陶瓷装置，使之增大或减小参考光的光程，从而使光场中的干涉条纹锁定在稳定位置。此法的缺点是：当两光束的夹角增大时，条纹间隔减小，以致在此情况下这种方法完全失效。为解决这一困难，Mac Quigg采取了一种改进方法。他在正常曝光记录之前，先用记录系统拍摄一幅全息图。然后放回原位，正式曝光时利用其莫尔条纹来取得信号。这时，两束光中任一束光路的位相变化将引起莫尔条纹变化。虽然此系统的灵敏度并未提高很多，但它可以从全息图的较大面积上获取较多的光能。可使用灵敏度要求不高的光探测器，并且对检测器的稳定性的要求也降低了。Frejlich以及Cescato等进一步发展了这种方法。他们使用光致抗蚀剂及重铭酸明胶作记录介质，当这些材料对于干涉条纹曝光时，在光较强的区域将引起介质折射率的微小变化。变化如此微弱，必须通过后继处理放大才能产生明亮的全息图。尽管如此，如果在处理前把全息图放在强再现光束下仍可见到微弱的像。在这新法中，曝光的头几秒钟记录的条纹与变化了的实时条纹将发生干涉而引起莫尔条纹，利用它作为锁定条纹的信号。此法的优点是，无需先制作全息图，只是这种条纹的对比度较低，它的衍射效率约为0．008%，此法使用于长时间曝光的全息拍摄中很有效。时序相干成像 瑞典Nils Abramson提出的飞行光全息术，是一种利用可见光透射人体的成像技术，称作时序相干成像(CCI)。它基于全息术中最基本的概念，即只有相干光才可干涉而形成全息图。并且全息图像的景深决定于光的相干长度。由于脉冲光相干长度很短，如将光脉冲分为两束来制作全息图，只有那些光程差小于相干长度的光才能干涉。对于1ps的光脉冲，其相干长度仅有0．3mm。在美国西北大学，研究者采用了一个字母“E”(笔画粗细为2．5mm，字高8mm)把它夹在两片散射板中作为被拍摄检测的物体。通常情况下，由于字母被散射板遮住，无论从那一面，肉眼都看不到这个字母。当把它放在扩展了的平行激光束中，光通过它后将产生散射。来自物光束未被散射的光与参考光中较短光程者相干，而被散射的物光则与参考光中较长光程的光相干，光程差超过相干长度者则不相干。因此，这幅全息图相当于一幅由连续的、对应于不同光程的许多全息图所组成。当再现激光束沿着全息图移动时，每幅全息图便依次逐一显示。这时，观察者可看到对应于曝光时间先后变化着的图像。于是，夹在散射板中间的字母“E”便显现在全息图的再现像中。目前CCI技术需要用高能量光脉冲，因为大部分光能被物体所吸收，但它的初步成果已受到科学界的重视。全息光学元件已进入汽车工业 全息光学元件作为平视显示器已成功地应用在飞机工业中；并已进一步走入汽车工业。德国的大众汽车公司和美国休斯公司分别独立的发展了此技术，并用在汽车的挡风玻璃上。大众系统的主要组件是一片倾斜放置的全息反射镜，它把来自液晶显示的像反射给驾驶员(只反射来自液晶显示器的光，而对其它的光则是透明)。这由体全息布拉格条件的波长选择性能所决定。用此系统驾驶员不仅无需低头看仪表读数，而且由于反射的虚像位于离驾驶员约两米远处，使驾驶员不那么费力地改变眼睛的聚焦，从而减低了眼睛的疲劳。此外，它还可衰减阳光的照射。休斯公司的设计与大众的不同，后者的液晶显示是从下向上投射在挡风玻璃上，再反射给驾驶员；而前者则采用一种悬在汽车中央的红灯照明系统(CHMSL)。照明灯包括卤化物灯泡、抛物面反射器、长波滤光片、用它发射近准直的红色光束。为使反射光束足够强，全息元件需有很高的衍射效率。乳胶要有足够的厚度，以免更高次衍射。然而又必须考虑窄光谱带宽与宽波带的照明灯相适应。解决的方案是选择25μm厚的重铬酸明胶。内窥全息成像 通常的内窥镜检查法是在细管内用有序排列的成像光纤束插入体内，从另外的光纤将照明光导入体内。用普通摄影方法记录时，由于透镜的使用而限制了图像的分辨率。即使采用分辨率高的胶片也无济于事。采用全息记录时，由于不使用透镜，在使用全息干记录时，可以获得分辨率比常规医疗器械高的图像。全息内窥镜的记录胶片压在机体组织上(接触型全息图)，激光通过单模光纤导向软片。然后从机体组织表面反射回软片，并与原始激光束干涉，将机体组织的反射全息图记录下来。这种全息内窥成像的主要优点是：用它产生的图像可同显微镜下看到的实际活体组织检查样品的图像相比，这样，外科医生就不必取得机体组织的样品。这种方法所摄制全息图像的质量决定于全息胶片的分辨率、染色以及所选择的激光波长。此方法可用于诊断消化道及妇科疾病，进一步改进全息内窥镜的型式，还可用它检查身体的其它部位。电视全息技术 电视全息技术也称作电子散斑干涉术，其主要应用是时间平均法振动分析。与传统的全息时间平均法相比。由于它用CCD摄像机取代全息干，免除了全息干的处理过程，具有准时分析的优点。近年来一些先进的光电子器件，如自聚焦透镜、线性压电位相调制器等，引入此技术。微机数字图像处理技术的新发展也进一步改善了其信息处理。特别是一些新的处理方法，如时间平均相减等方法的使用，产生了新一代的电子散斑干涉术，使产生的图像清晰，条纹反差度高，可见条纹级别高。而且使用此法时，几乎不需要特别的隔震设备，具有很好的实用价值。美国激光技术公司还开发了一种“电子剪切照像术”，它是研究复合件脱粘、组合不紧的极有力的检测手段。它获得变形结构的条纹图样的方式与电视全息技术相似，这些条纹在与其自身完全相同的副本上横向平移，所产生的拍频图纹表示位移的微分，使得发生在多数工程环境中的刚性位移得以补偿，使人们能在不稳定的环绕情况下进行测量。(云南工学院激光研究所熊秉衡、杨齐民、郭定君撰) |
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