全息

注意：全息影像技術（Holographic display），並非指由1956年丹尼斯·加博爾發明的全息攝影（holography）或稱全像攝影。而是一種在三維空間中投射三維立體影像（影像為物理上的“立體”而非單純視覺上的“立體”）的次世代顯示技術。

全息攝影（holography）由丹尼斯·加博爾發明的攝影方法，這種攝影方式列印出來的照片可以從多個角度觀看，但是有角度局限性。很多防偽標識都是使用全息攝影列印出來的圖像製作的。

全息投影（front-projected holographic display）寬泛的來說也可以算作是全息影像的一種，但是所謂的全息畫面只是投射在一塊透明的“全息板”上面。因此所謂的全息圖像也不過是一個平面而非立體圖像。這是最廣泛使用的全息技術。

全息投影技術（front-projected holographic display）也稱虛擬成像技術是利用干涉和衍射原理記錄並再現物體真實的三維圖像的記錄和再現的技術。

其第一步是利用干涉原理記錄物體光波信息，此即拍攝過程：被攝物體在激光輻照下形成漫射式的物光束；另一部分激光作為參考光束射到全息底片上，和物光束疊加產生干涉，把物體光波上各點的相位和振幅轉換成在空間上變化的強度，從而利用干涉條紋間的反差和間隔將物體光波的全部信息記錄下來。記錄著干涉條紋的底片經過顯影、定影等處理程序后，便成為一張全息圖，或稱全息照片；其第二步是利用衍射原理再現物體光波信息，這是成象過程：全息圖猶如一個複雜的光全息術柵，在相干激光照射下，一張線性記錄的正弦全息圖的衍射光波一般可給出兩個象，即原始象（又稱初始象）和共軛象。再現的圖像立體感強，具有真實的視覺效應。全息圖的每一部分都記錄了物體上各點的光信息，故原則上它的每一部分都能再現原物的整個圖像，通過多次曝光還可以在同一張底片上記錄多個不同的圖像，而且能互不干擾地分別顯示出來。

全息影像（Holographic display）尚在研究，多在科幻作品中出現的全息影像技術。製作一種物理上的純三維影像，觀看者可以從不同的角度不受限制的觀察甚至，進入影像內部。

全息投影技術（front-projected holographic display）也稱虛擬成像技術是利用干涉和衍射原理記錄並再現物體真實的三維圖像的記錄和再現的技術。

其第一步是利用干涉原理記錄物體光波信息，此即拍攝過程：被攝物體在激光輻照下形成漫射式的物光束（圖A）；另一部分激光作為參考光束射到全息底片上，和物光束疊加產生干涉，把物體光波上各點的相位和振幅轉換成在空間上變化的強度，從而利用干涉條紋間的反差和間隔將物體光波的全部信息記錄下來。記錄著干涉條紋的底片經過顯影、定影等處理程序后，便成為一張全息圖，或稱全息照片；其第二步是利用衍射原理再現物體光波信息，這是成象過程：全息圖猶如一個複雜的光全息術柵，在相干激光照射下，一張線性記錄的正弦全息圖的衍射光波一般可給出兩個象，即原始象（又稱初始象）和共軛象。再現的圖像立體感強，具有真實的視覺效應。全息圖的每一部分都記錄了物體上各點的光信息，故原則上它的每一部分都能再現原物的整個圖像，通過多次曝光還可以在同一張底片上記錄多個不同的圖像，而且能互不干擾地分別顯示出來。

全息術最早於1947年由英國物理學家Denise Gabor（ 1900-1979）發現，並因此獲得了1971年的諾貝爾物理學獎。其他物理學家也進行了很多開創性的工作，例如Mieczyslaw Wolfke解決了之前的技術問題，以使優化有了可能。這項發現其實是英國一家公司在改進電子顯微鏡的過程中不經意的產物（專利號GB685286）。這項技術最開始使用的仍然是電子顯微鏡，所以最開始被稱為“電子全息圖”。作為光學領域的全息圖直到1960年激光技術發明后才得以開始。

第一張記錄了三維物體的全息圖是在1962年由Yuri Denisyuk、Emmett Leith、Juris Upatnieks在美國拍攝的。

全息圖有很多種，例如投射全息圖、反射全息圖、彩虹全息圖等等。

普通照相，只能記錄物體光場的強度（復振幅模的平方） ，它不能表徵物體的全部信息。採用全息方法，同樣也是記錄光場的強度，但它是參考光和物光干涉后的強度。對採用如此方法記錄下來的光強（晶體或全息膠片中），利用參考光再現時，可以將全面表徵物體信息的物光的復振幅表現出來。

其製作過程如下。

對一束相干光（頻率嚴格一致，表現為可以產生明顯的干涉作用）進行1：1分光，照射到拍攝物體的稱為物光，另一束稱為參考光。保證光程（光走的距離）近似相同的情況下，使在物體上反射的物光和參考光在晶體（或者全息底片）上進行干涉。

觀察的時候只要使用參考光照射全息底片，即可在全息底片上觀測到原來的三維物體。

這是最簡單的全息圖原理，此外，還有白光（指非相干光源，例如燈光、日光）即可再現的全息圖（廣泛應用於防偽標識），彩色全息圖（可以用白光再現被攝物體的顏色）等等。這些全息圖的製作過程相當複雜。

雖然全息圖通常指三維光學全息圖，但這是一個誤解。除此之外，聲場也可以被製作成全息圖。

全息應用

投影

全息投影是 一種無需配戴眼鏡的3D技術，觀眾可以看到立體的虛擬人物。這項技術在一些博物館、舞台之上的應用較多，而在日本的舞台上較為流行。(初音未來是世界第一個應用全息技術的虛擬歌手).全息立體投影設備不是利用數碼技術實現的，而是投影設備將不同角度影像投影至國外進口的MP全息投影膜上，讓你看不到不屬於你自身角度的其他圖像，因而實現了真正的全息立體影像。

360度幻影成像系統

360度幻影成像是一種將三維畫面懸浮在實景的半空中成像，營造了亦幻亦真的氛圍，效果奇特，具有強烈的縱深感，真假難辯。形成空中幻象中間可結合實物，實現影像與實物的結合。也可配加觸摸屏實現與觀眾的互動。可以根據要求做成四面窗口，每面最大2-11米。可做成全息幻影舞台，產品立體360度的演示；真人和虛幻人同台表演；科技館的夢幻舞等。

適合表現細節或內部結構較豐富的個體物品，如名表、名車、珠寶、工業產品、也可表現人物、卡通等，給觀眾感覺是完全立體的。

照相的拍攝要求

為了拍出一張滿意的全息照片，拍攝系統必須具備以下要求：

通過前面分析知道，全息照相是根據光的干涉原理，所以要求光源必須具有很好的相干性。激光的出現，為全息照相提供了一個理想的光源。這是因為激光具有很好的空間相干性和時間相干性，實驗中採用He-Ne激光器，用其拍攝較小的漫散物體，可獲得良好的全息圖。

由於全息底片上記錄的是干涉條紋，而且是又細又密的干涉條紋，所以在照相過程中極小的干擾都會引起干涉條紋的模糊，甚至使干涉條紋無法記錄。比如，拍攝過程中若底片位移一個微米，則條紋就分辨不清，為此，要求全息實驗台是防震的。全息台上的所有光學器件都用磁性材料牢固地吸在工作檯面鋼板上。另外，氣流通過光路，聲波干擾以及溫度變化都會引起周圍空氣密度的變化。因此，在曝光時應該禁止大聲喧嘩，不能隨意走動，保證整個實驗室絕對安靜。我們的經驗是，各組都調好光路后，同學們離開實驗台，穩定一分鐘后，再在同一時間內曝光，得到較好的效果。

物光和參考光的光程差應盡量小，兩束光的光程相等最好，最多不能超過2cm，調光路時用細繩量好；兩束光之間的夾角要在30°～60°之間，最好在45°左右，因為夾角小，干涉條紋就稀，這樣對系統的穩定性和感光材料解析度的要求較低；兩束光的光強比要適當，一般要求在1∶1～1∶10之間都可以，光強比用硅光電池測出。

因為全息照相底片上記錄的是又細又密的干涉條紋，所以需要高解析度的感光材料。普通照相用的感光底片由於銀化物的顆粒較粗，每毫米只能記錄50～100個條紋，天津感光膠片廠生產的I型全息干板，其解析度可達每毫米30000條，能滿足全息照相的要求。

沖洗過程也是很關鍵的。我們按照配方要求配藥，配出顯影液、停影液、定影液和漂白液。上述幾種藥方都要求用蒸餾水配製，但實驗證明，用純凈的自來水配製，也獲得成功。沖洗過程要在暗室進行，藥液千萬不能見光，保持在室溫20℃左右進行沖洗，配製一次藥液保管得當可使用一個月左右。

相關應用

綜上所述，全息照相是一種不用普通光學成象系統的錄像方法，是六十年代發展起來的一種立體攝影和波陣面再現的新技術。由於全息照相能夠把物體表面發出的全部信息(即光波的振幅和相位)記錄下來，並能完全再現被攝物體光波的全部信息，因此，全息技術在生產實踐和科學研究領域中有著廣泛的應用〔2，3〕。例如：全息電影和全息電視，全息儲存、全息顯示及全息防偽商標等。

除光學全息外，還發展了紅外、微波和超聲全息技術，這些全息技術在軍事偵察和監視上有重要意義。我們知道，一般的雷達只能探測到目標方位、距離等，而全息照相則能給出目標的立體形象，這對於及時識別飛機、艦艇等有很大作用。因此，備受人們的重視。但是由於可見光在大氣或水中傳播時衰減很快，在不良的氣候下甚至於無法進行工作。為克服這個困難發展出紅外、微波及超聲全息技術，即用相干的紅外光、微波及超聲波拍攝全息照片，然後用可見光再現物象，這種全息技術與普通全息技術的原理相同。技術的關鍵是尋找靈敏記錄的介質及合適的再現方法。

超聲全息照相能再現潛伏於水下物體的三維圖樣，因此可用來進行水下偵察和監視。如圖(3)。由於對可見光不透明的物體，往往對超聲波透明，因此超聲全息可用於水下的軍事行動，也可用於醫療透視以及工業無損檢測測等。