,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,9.2,激光全息三维显示,全息术不断开展，至今已经历三个阶段。从盖伯最早提出全息术的思想之后的十多年，这个时期是全息术的萌芽阶段。这一阶段的全息术主要是理论研究和少量的实验。全息术开展的第二阶段是在1960年激光出现以后。20世纪80年代以后延续至今是全息开展的第三阶段。,9.2.1 全息术的历史回忆,9.2.2 激光全息术的根本原理和分类,1全息术不仅记录物体的散射光强，还记录了散射光的相位，能再现原物的立体图像。以下结合图简要地说明全息照相的拍摄和再现原理。全息图的拍摄光路如图a所示；图b所示的光路为再现光路,2全息图的分类有以下六种情况,按照记录介质的膜厚分类，有平面全息图和体积全息图两类；,按照投射率函数的特点分类，有振幅型和位相型两类，而位相型又可分为外表浮雕型和折射率型两类；,按照记录的物光波特点，可分为菲涅耳全息图、夫琅和费全息图和傅里叶变换全息图三类；,按照再现时对照明光的要求，可分为激光再现和白光再现两类。我们在后文将重点介绍这两类；,按照再现时观察者和光源的相对位置，可分为透射型和反射型两类；,按照显示的再现像特征，有像面全息、彩虹全息、3600全息、真彩色全息等等。,9.2.3,白光再现的全息三维显示,1.,白光反射全息图,白光反射全息图是较为简单的一种白光再现全息图，其记录和再现光路如下图。,2.,像面全息图,像面全息图需要利用透镜，记录的是物体的几何像。全息图的记录如图,a,。白光再现如图,b,。,3.,彩虹全息图,彩虹全息图因再现像存在彩虹般的色彩而得名，其根本方法是二步彩虹全息图。二步彩虹全息的根本原理如图,4.,真彩色全息,为了能反映物体的本来面貌也包括颜色信息，真彩色全息术的研究课题引起了人们的重视。目前已有多种真彩色全息图的制作方法，如白光反射型真彩色全息、夹层真彩色全息、假彩色编码的真彩色全息等，但是这些方法均还处于研究阶段，应用推广还有一定的困难。,5.,合成全息,3600全息可以显示出物体3600一周的像，其三维立体感更强。其记录分两步，第一步是将被拍摄的物体置于可绕中心轴旋转的平台上，用普通白光照明，当平台转动时，用电影摄影机对物体连续摄影图9-18a，第二步是合成过程，利用彩虹全息光路，且在光路中插入一狭缝(图9-18b)，用全息软片记录。再现时，观察者能见到一个连续动作的立体像图9-18c，像的颜色和彩虹全息的像相同，像的垂直方向视差也与彩虹全息再现像一样受到限制。,6.,模压全息,目前所见的模压全息图大多数采用彩虹全息光路制作模压母版。根据模压工艺的要求，模压母版需要制成浮雕型，通常采用光刻胶版材料制作全息母版，然后对全息母版进行处理，以电镀、电化学方法制作金属模压版，最后以这个金属模压版去压印涤纶薄膜，得到大量的与原全息母版一样的高衍射效率的模压全息图。,1.,计算全息图的制作和再现过程主要分为以下几个步骤,9.2.4,计算全息图,抽样，对物体或其波面抽样，得到在离散样点上的值；计算，计算物光波和参考光波叠加后在全息平面上形成的光场分布；编码，把全息平面上的光波复振幅分布编码成全息图的透过率分布；成图，在计算机控制下，将全息图的透过率变化在成图设备上成图，再经光学缩版得到实用的全息图；再现，需用光学方法再现出物光波,2.,计算全息的主要应用范围,3.,计算全息的优点,可以记录物理上不存在的虚拟实物，只要知道物体的数学表达式就可用计算全息记录下这个物体的光波，并再现该物体的像。,二维和三维物体像的显示；在光学信息处理中用计算全息制作各种空间滤波器；产生特定波面的光波用于全息干预计量；激光扫描器；数据存贮。,9.2.5,计算全息三维显示的优点,1,激光全息三维显示用于科学研究,9.2.6,激光全息三维显示的应用,1在显微领域的应用,激光全息三维显示技术却可以在较大的视野内获得水下物体的清晰像,2.,激光全息三维显示应用于工业产品检测中,全息显示和干预测量技术结合形成了全息干预测量技术，也叫三维干预测量技术，它特别适用于各种材料的无损检测。,全息显微镜具有高分辨率、高成像质量的优势，它已用于透明或不透明的生物细胞、分子和医学器官等的三维放大、显示。,2在海洋科学中的应用,3,激光全息三维显示应用于商业领域,激光计算全息图将激光全息技术和计算机技术结合起来，形成了新的数字化、自动化象素全息三维显示技术。全息图颜色鲜艳逼真，水平和垂直动态视场分别可达,100,度，全息图尺寸可以任意大,4.,激光计算全息三维显示应用于虚拟物品设计方面,5.,激光全息三维显示用于文教艺术方面,各种全息图本身就是一种文艺品，可以制作成惟妙惟肖的三维立体图片去美化人们的生活。全息与艺术的结合已经开辟了广阔的领域，种类繁多的全息艺术制品早已走进市场，走入寻常百姓的生活中。全息图在科教中可作为三维立体模型、三维挂图、杂志和教科书的立体插图等等。,6.,激光全息三维显示用于多媒体领域,正如全息照片不同于普通的立体照片一样，全息电影与用偏光镜观看的立体电影也截然不同，它的突出特点是三维立体性。,7.,激光全息三维显示应用于地理地形、地质勘测和气象观察等领域,利用全息技术，可将不同高度和角度的地形地貌拍摄成多幅全息图，那么再现时，得到三维立体图像，从而可取得更直观的观测效果。,8.,激光全息三维显示应用于军事、医学和财经等领域,利用真彩色显示在军事上可进行军事模拟训练和模拟演习，三维的立体场景将显著增强现场的真实感和实战气息。,1防伪新技术中的激光全息显示。,9.2.7,激光全息三维显示技术的展望,2大面积显示全息图和全息显示一体化产品的研制。,目前的产品存在两个问题：一是面积太小，作为高档次艺术挂图必需制作大面积全息图，这对全息记录材料和图像制作技术提出了挑战；二是全息图的显示必须在室内装有白炽灯或激光器并以特定的角度照明，才能显示出三维立体像的最正确欣赏效果。,3干预计量用激光全息彩虹相机的研究。,激光全息干预计量在无损探伤、应力与应变、以及光测力学等度量研究中有着广泛的应用前景。,4激光全息立体显示屏幕的研究,数字全息图的研究，将促进“全息电视或真正意义上的全息电影的问世。,5计算全息三维显示技术及其应用的研究。,计算全息首次将计算机引入光学处理领域，具有独特的优势和极大的灵活性，尤其是能够将复杂或虚拟的物体三维、完整地显示出来，这开拓了全息技术在信息时代广泛应用的新途径。,9.3,激光存储技术,一 激光存储的根本原理、分类及特点,1.激光存储是利用材料的某种性质对光敏感。带有信息的光照射材料时，该性质发生改变，且能够在材料中记录这种改变，这就实现了光信息的存储。,2.光存储的分类有很多种，如按数据存取方式可分为光打点式存储和页面并行存储；按存储介质的厚度可分为二维存储和三维存储；按鉴别存储数据的方式可分为位置选择存储和频率选择存储等等。,3.特点,1数据存储密度高，容量大。2寿命长。,3非接触式读/写和擦。4信息位价格低。,1.激光存储光盘的根本原理,1光盘存储包括信息“写入和“读出两个过程。图1为一根本的光盘系统图。,二 激光存储技术的应用激光光盘,图1 根本的激光光盘系统示意图,图,2,激光光盘记录斑示意图,2光盘是在衬盘上淀积了记录介质及其保护膜的盘片，在记录介质外表沿螺旋形轨道，以信息斑的形式写入大量的信息(参见图2)，其记录轨道的密度达1000道mm左右。,2.,激光光盘的类型,只读式光盘Compact Disc-Read Only Memory,CD-ROM,写读光盘Write Once Read Memory，WORM,可擦写光盘Optical Random Access Memory,ORAM,只读式光盘是第一代光盘，信息一旦录入，用户无法改变盘片上的内容，也无法录入自己的信息。这种光盘目前技术上最成熟，应用也最广泛。写读光盘是第二代光盘，不仅可以读出已录入的信息，而且可在空白的盘片空间追加录入新的信息，但与只读光盘一样，信息一旦录入，那么不能改变。可擦写光盘是第三代光盘，同磁盘一样，可以删除、改写已录入的信息，也可以在盘片空间允许的情况下录入新的信息。,光盘-光盘驱动器,3.,光盘的结构,光盘由三层构成：即盘基、记录层、防护层。,盘基由有机玻璃、聚酯树酯等材料制作。记录层是光盘的核心，由碲合金或碲与氧化碲混合记录薄膜等材料组成。防护层由塑料、有机玻璃等材料构成，用以保护盘面上信息。,盘片记录层上有稳定间距1.6微米的螺旋线信息轨道，存储信息时，激光束聚焦在记录层的螺旋线上，使其局部升温，形成凹坑，一连串的凹坑形成信息微痕。螺旋线上没有经过激光刻蚀的平面和经过刻蚀的凹坑对应于计算机二进制编码的和，从而实现信息的记录。,读取信息时，光盘驱动器中很细的激光束沿盘面的螺旋线轨道扫描，轨道的平面和凹坑局部反射到探测装置上，经光电转换成为计算机可识别的二进制信号，完成信息的读取和检索。,4.,激光光盘存储,激光光盘存储器,(1),激光光盘存储器由光存储盘片及其驱动器组成。驱动器提供高质量读出光束、引导精密光学头、读出信息、给出检测光盘聚焦误差信号并实现光束高精度伺服跟踪等功能。,(2),光盘存储器的光学系统大致可分为单光束光学系统和双光束光学系统两类。单光束光学系统适合于只读光盘和一次写入光盘，具备信息的写读功能，而双光束光学系统用于可擦重写光盘。下面以双光束光学系统,(,图,3),为例简单介绍。,图,3,光盘存储器的双光束光学系统示意图,5.,激光体全息光存储,与磁存储技术和光盘存储技术相比，全息存储有以下特点和优点：,(1),高冗余度,(2),存储容量大,(3),数据并行传输,(4),寻址速度快,(5),关联寻址功能,1.,体全息存储的原理,体全息图光路示意图如图,4a,所示，图,4b,是其再现示意图。,图,4,体全息图光路示意图,(1),数字数据的存储,图,5,紧凑型集成化的角度复用全息存储模块,2.,全息存储的应用,1997年，一个集成化的角度复用全息存储模块如图5所示由Drolet等人设计出来。,(2),超大容量全息存储器,图,6,给出基于全息存储技术的分块盘式全息存储示意图，图中沿盘面上的同心圆轨道上划分为互不重叠的空间位置,(,全息块,),，每个位置上复用存储大量全息图。,图,6,分块式全息存储盘的示意图,6.,激光存储技术的新进展,电子俘获存储方式可具有这些特点，它是通过低能量激光去俘获光盘特定斑点处的电子来实现存储的，它是一种高度局域化的光电子过程。,1.,电子俘获存储技术,2.,光学双光子双稳态三维数字存储,基于高速响应、锁模脉冲激光器的双光子吸收产生了光学双光子双稳态三维数字记录方法，其根本原理是根据两种光子同时作用于原子时，能使介质的原子中某一特定能级上的电子激发至另一稳态，并使其光学性能发生变化，所以假设使两个光束从两个方向聚焦至材料的同一空间点时，便可实现三维空间的寻址写入。,3.,持续光谱烧孔技术,持续光谱烧孔(PSHB：Persistent Spectral HoleBurning)技术利用对不同频率的光吸收率不同来识别不同分子，它有可能使光存储的记录密度提高34个数量级，它属于四维光存储。图7为光谱烧孔的原理示意图,3.,持续光谱烧孔技术,图,7,光谱烧孔的原理示意图,4.光存储技术的开展趋势,从整个学科开展的角度预测，高密度激光存储技术的主要开展将着重于：(1)最根本、有效的数字式记录方式。(2)进一步缩小记录单元。(3)从目前的二维存储向多维存储开展。(4)并行读写逐步代替串行读写，以提高数据的读取传输率。(5)改善和开展存储系统的寻址方法，努力实现无机械寻址的实用化(6)光学信息存储同光学信息处理相结合。,