1.2 全息术的应用和发展综述

1.2.1 全息术的基本应用

近50年来，全息技术不断的融入到人类生活中去，人们对于全息技术的研究也越来越深入，通过许多代人的不断努力，全息技术也被开发出许多新的领域，由于其特殊的运用性，其开始在光电信息领域取得一席之地。随着时代的进步,人们开始不断的发展计算机技术、光电子技术以及微电子技术,并且将这些越来越成熟的技术结合到新型材料方面去,全息技术的发展开始进入加速器，它被广泛的应用于全息干涉计量技术、全息存储技术分析、全息光学元件制造、全息显微技术、显示全息等诸多方面。而在这些技术中全息干涉计量、全息存储、显示全息应用最为广泛，而且生产方面也更加的适应市场。对于全息干涉计量术，它完全可以称为是自全息术诞生以来适用性最为广泛的一个领域，它的领域涉及十分广泛，尤其是在精密数据测量方面的运用尤为出色，比如微应力分析、无损检测、振动分析、表面微小位移测量等。而且它在身份证、护照、信用卡等一些需要存储特殊信息的各种证件中的应用也非常的宽泛。显示全息术，又称全息三维显示，在全息术中占着非常重的一个比例。随着科学技术的进一步提升，显示全息技术的应用越来越广，全息电影、全息游戏等，一旦在技术上取得突破，它的影响将是划时代的。

数字全息的产生是建立在光学全息的基础上的，所以它也同样分为两个与传统光学一样的步骤——记录过程与再现过程。在记录过程，数字全息的一个重要步骤就是通过利用分束镜将氦氖激光器发出的一束光分成两束具有相同光学性质的光，相同性质值得是具有相同的波长与频率，这样才能产生干涉现象，然后将其中一束光照射到物体上，物体可以是半透射性的，或者是反射性比较强的，通过物体反射出来的反射光就叫做物光，另一束光就叫做参考光。然后使这两束光最终在CCD摄像头的表面发生干涉，这样干涉条纹就可以被采集下来了，这样的干涉条纹就是全息图。这个全息图可以被计算机所储存，用的是数据采集卡将其数字化，它的储存形式为一个数据矩阵，这个矩阵就被称之为——数字全息图（Digital Hologram）。在再现过程，数字全息有着与传统全息最大的不同，我们那就是我们可以直接通过计算机来模拟出光学再现过程，根据前面存储的数字信息，我们可以模拟计算出其图像光波的复振幅分布，再通过计算机将物体光的强度分布显示在频幕上，这样我们得到了物体的还原像。然而由于在再现过程中，对数字全息图的在想过程有影响的因素不少，为了还原得到比较高质量的全息图，我们通常会在再现前对已经存储在计算机里的数字矩阵图进行预先处理，处理的方法有许多，采用的比较多的是降噪，减少干扰项和增大他们之间的对比度等。   

1.2.2 数字全息的发展

虽然数字全息理论经过很长一段时间的发展已经较为成熟了，但是成功的数字全息技术的实践却是在1992 年，在此之前虽然有很多人前赴后继的做了许多试验，但无一例外都失败了，直到美国学者 W.S.Haddad 等人做了一个实验，他们用 CCD 摄像头将全息图拍摄并记录下来，并且成功的利用计算机将菲涅尔算法结合，经过一系列复杂的运算后，他们的实验实现了全息图的再现。他们的实验是把很小的液滴当做微透镜，这样的好处就在于可以产生微距参考光源，实验所采用的对象为蛔虫幼虫细胞，通过记录并数值再现得到了蛔虫全息像，细胞的细胞壁和细胞核在该还原下可以被观测的非常的清楚，他的工作有着划时代的意义。在这个实验之后，数字全息技术的发展速度就如同开上了快车，发展迅速。世界各地的研究机构与科学家都踊跃的加入到这个领域的研究中去了。德国和瑞士科学家在数字全息技术发展早期作出了十分巨大的贡献，其中尤以德国的贡献最大，德国可以说是数字全息技术的发源地了，它们所做的贡献为数字全息技术的进一步发展奠定了良好的基础。全息技术发展迅猛，并开始展现出非凡的潜力，开始成为国际科学界的研究热点。世界上有许多国家投入到数字全息的研究中去了，其中发展全息技术达到的高度比较高国家有：德国、瑞士、意大利和美国。尽管各个国家对数字全息术所采用的记录方法和再现算法上有着很大的不同，但无一例外的是他们都得到了同样的结果——亚微米量级的横向分辨率和纳米量级的轴向分辨率。研究工作的重点放在以下几个方面：记录光路的改进、再现算法的改进、零级衍射像及孪生像的消除、再现像分辨率的提高、三维物场再现中相位畸变的矫正方法改进等。