自-激光全息技术的应用及发展趋势的研究

激光全息技术的应用及发展趋势的研究谢毛秋机械与电子工程系　光电子一班1２081414４摘要：举例介绍了激光全息技术在几个学科和产业领域的应用现状,分析了几个应用实例中的突出优点和存在的问题,讨论了几个学科领域激光全息技术的发展趋势。结论表明:随着激光全息技术不断与其它学科技术,尤其是其它学科最新技术的交叉和综合运用，激光全息技术的应用前景是很大的。目的是明确激光全息技术的发展方向，不断推动激光全息技术的发展和应用。关键词:激光全息技术;多学科技术的综合运用；激光全息图引言自激光全息术发明以来，激光全息技术的应用领域和范围不断拓展，对相关技术和行业的影响越来越大,尤其是近年来随着激光全息技术与其它学科技术的综合运用,激光全息技术更展现了它的巨大应用前景。基于这一点，对激光全息技术的应用概况和发展趋势进行较全面的研究和探讨,以促进激光全息技术应用范围的不断扩大和应用水平的不断提高,这对于推动激光全息理论和技术的发展是有意义的。２瞬态激光全息干涉计量技术在检测、诊断、分析和研究领域的应用及发展趋势2.1瞬态激光全息干涉计量技术的应用领域及近几年来开发研制的相关仪器设备瞬态激光全息干涉计量涵盖了超短脉冲激光、全息术、光电图像传感器、光敏 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 和计算机图像处理等新兴学科领域，实现对瞬态过程的 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 、再现和判读，做到对如位移、转动、应变、弯矩、振幅、温度、压力、质量密度、电子密度或应力等物理量的精确测量和关系曲线的描绘以及图片的摄制,从而达到对应力场、流场、燃烧场、冲击波、生物过程及无损探伤等超快物理现象的可见化诊断[１]。近几年新开发和研制的典型瞬态激光全息干涉计量测试设备举例[１]：(1)用于测试火箭发动机喷嘴雾化特性的YSC1型运动粒子瞬态激光全息测试仪；(2)用于激光热核聚变稠密等离子体电子密度测量的SPQ-1型四分幅皮秒紫外线激光全息探测仪；(3）包括记录、再现、图像处理三部分的瞬态激光全息干涉计量测试系统；（４）用于对航空、航天、石油化工等部门常用的膜盒进行位移检测的激光全息光栅精密测试系统。2.２激光全息干涉计量技术应用的几个实例（1)水平偏置椭圆管自然对流放热的激光干涉测量激光实时全息干涉法是一种非接触式的与全场性的测量新技术，对流体无扰动，使用方便。当改变实验工况时，它便于连续观察和记录流体的实时变化情况，在传热和传质等领域中得到广泛的应用和研究,例如水平偏置椭圆管自然对流放热的激光干涉测量。（2)分离器入口段颗粒间相互作用的激光全息诊断脉冲激光全息系统具有很好的诊断动态颗粒场的能力，将其用于气固两相流的研究,可以获得颗粒在流场中运动历程的三维高速瞬变行为细节,并具有很高的时间和空间分辨率,为人们深入细致地研究气固两相流动提供了可能。1998年,清华大学的沈明忠、李向阳对分离器入口段气固两相流颗粒间相互作用实施了激光全息诊断。2．3激光全息干涉计量技术的不断改进（1)2002年以来,以南京航空航天大学蔡云良教授为代表的科研人员,对三维位移测量中影响测量结果的各种因素进行了系统研究,提出了一套分析和解决方法,并已开始应用在相关领域。他们还对在测量位移、形变和作应力分析、振动分析过程中,既测位移或形变的大小，同时又测位移矢量的方向进行了大量研究,目前处于接近应用的阶段。(2)激光全息干涉法在测取干涉条纹照片时,常常会出现不均匀背景噪音，图像照片有时比较模糊。近两年，随着激光全息干涉条纹的计算机数字图像处理技术的发展，现已能够大幅消除不均匀背景噪音,使图像对比度增强,全息干涉条纹得到细化，从而获得清晰的干涉条纹图,达到精确定量测量的目的。瞬态激光全息干涉计量技术的时间分辨率可达nｓ、pｓ和fs级，光谱范围由近红外到紫外。随着光电图像传感器空间分辨率的提高，用大孔径面阵CＣD靶面替代全息干板将很快成为现实。目前美国和德国已经研制出由菌子质记录介质的激光全息干涉计量设备。随着半导体激光器技术的进步,脉冲固体激光器的小型化成为可能。更加小型、便携式瞬态激光全息计量测试设备将在科研、国防和国民经济中发挥更大作用。３激光全息技术在医学中的应用及发展趋势在医学领域,全息干涉计量技术以它独有的优点解决了许多其他技术难以解决的问题。(1)在眼科疾病的诊断过程中，利用激光全息成像技术可以提供整个眼睛的三维立体图像，并可以用显微镜对整个眼睛图像的不同位置（如:角膜前房、晶状体、玻璃体以及视网膜等)进行逐层观察和研究。也可以利用激光全息成像技术提供眼睛各个部分单独的三维立体图像以做深入的检查。利用激光全息干涉测量技术可以准确地观测玻璃体皱缩、玻璃体条索的生长、白内障的发展、视网膜水肿的改变、黑色素瘤的生长或缩小以及角膜的微小病变和角膜应力等。（2）超声波检测是目前临床诊断中的一种重要的手段,但它却难以记录和观测。采用激光全息技术,让穿过人体检查部位的超声波作用在液面上,同时把一束激光分成两束，一束照射到液面上并被液面反射到摄相机上，另一束作为参考光直接照到摄相机上，这样摄相机便可以记录下带有声全息的干涉图,再通过激光还原就可以得到超声波的全息图。利用这种全息诊断方法可以查出直径在１mm以上的乳腺癌，有利于癌症的早期诊断和治疗。（3）2０0１年,解放军军事医学科学院和海军总医院合作,研制成功了用于飞行员体检的激光全息随机点立体视觉检查仪，该技术属国内外首创。（４）现在已广泛使用的三维计算机体层成像(CT)和磁共振成像(ＭRI),只是类似人物素描肖像的效果。真正的三维图像是采用全息术分层分区二步法来实现头颅磁共振成像片的断层组合。第一步将一组磁共振成像片中的每一张按原来的间隔和次序记录在全息版的不同区域而形成一张菲涅耳全息图H1，然后在激光光路系统中重现Ｈ1而获得实像，进行第二次记录,从而得到可在普通白炽灯下观察的一组清晰、深度感强、且各个断层面之间互不干扰的三维透视头颅图像，为医生准确、迅速地判断出患病部位的情况和位置提供有利、可靠的帮助。（5)双端固定桥是口腔修复临床上常用的修复体,其受力后的应力、位移变化十分复杂。采用二次曝光全息干涉计量术,对桥基牙在修复前后受力时的微小位移进行三维测量，不与实验对象接触、灵敏度很高，具有直观性,能够给出全场情况的三维图像，为临床修复设计提供实验依据。上述(1）、（２)、(3)中所举例描述的激光全息技术，在临床使用中已经很成熟了。上述举例描述中的(4）、(5)两项激光全息技术正在向实用临床诊断仪器过度。其中（4)存在的主要问题是处理速度较慢，实际应用不太方便。解决的途径趋向于将所要处理的所有磁共振成像片存储于计算机内，由计算机将一幅幅二维图像依次输出到一液晶屏上,液晶屏置于光路系统的光机座轨道上（取代了原来手动的复位架）,其前后移动一次与H１上的狭缝平移一次同步并能自动控制。4激光全息技术在交叉和边缘领域中的应用及发展趋势(1）激光全息技术制成的全息激光防护薄膜在光电对抗中,激光干扰、致盲武器可以干扰、致盲、甚至毁伤对方武器系统中的光电传感器和人眼，从而使对方丧失战斗力。全息激光防护薄膜是采用高透明涤纶软片基,涂敷重铬酸盐明胶作为光敏介质,利用激光全息技术制作的反射或三维相位光栅［7]。全息激光防护薄膜能粘贴在光学系统上,可以按要求实现反射特定波长的激光，起到防护激光辐射的作用。薄膜能让除特定波长的激光以外的其它波长的光只有较少衰减地通过，可见光透过率高，对光学系统的视场亮度和像质影响较小。现在研制的激光防护薄膜均可承受二十次左右0.53μm波长激光的辐射,可见光透过率均在72％以上。今后的发展方向是进一步提高承受激光辐射的次数和强度。(２)采用激光全息技术研制的实时指纹取像系统指纹识别系统在工业发达国家已经广泛地运用于身份识别与身份确认的各个领域。200２年，重庆医科大学的甘平教授采用激光全息技术研制的实时指纹取像系统,具有质量好，无畸变、无失真和图像清晰的特点，甚至能看见指纹脊上的腺孔。可用平行光或发散光照明，填补了国内在该项技术上的空白,在国际上处于先进水平[8]，目前正在形成产业化。随着该系统的推广使用,将改变我国公安系统以外基本很少使用指纹识别系统的局面。将来通过指纹识别技术与IC卡结合可构成指纹IC卡取代ＡTＭ卡,制造指纹防伪证件、指纹考勤机以及取代门钥、身份证照片、证件、图章和ＩD系统等，还可取代计算机系统的运用程序密码,具有很大的应用和产业前景。(3）激光全息扫描技术激光全息扫描技术可以应用于高速打印机、条码阅读器、激光投射系统、光电跟踪等一系列产品中,充分显示了其应用前景。激光全息扫描能实现多方位、多焦距的扫描,能产生一个三维的扫描场，有收集被扫描物散射的散射光的功能。在散射光中包含着被扫描物的信息，全息图把带有此信息的散射光会聚到探测器。对于不需要的环境光时，它还有滤波的作用。激光全息扫描器的优势在于系统的尺寸,对驱动器的要求,扫描速度,机械容差以及价格。但它在精度上并不占有优势,目前还缺乏宽带的记录材料,因此，在记录和再现中要使用不同波长的激光，这会引入一些像差;为了得到高质量的光斑，必须进行一些像差校正的工作;全息图的衍射效率也是一个较大的限制。在这方面,中国科学院光电技术研究所的周崇喜、杜春雷等科研人员开发研制了一种新型的二元光学二维纯位相型激光扫描器［９]。比传统的扫描器具有扫描范围大,转动惯量小，容易实现二维扫描,衍射效率高,易于制作的优点。提高精度、减小像差、减少校正工作，仍然是激光全息扫描技术今后应着力解决的问题。（4)激光全息光刻技术与双光子聚合技术(高分子光化学）相结合生产光子晶体光子晶体是具有光子带隙的一种新型光学材料。被美国《科学》杂志列为当今十大科学进展之一的光子晶体，由于运行速度快、能量损耗小，效率高，在光波导器件、高效率发光二极管、光滤波器、光子开关等方面具有巨大的应用潜力,将逐步取代传统的电子器件。而要制造出具有更高折射指数的光子晶体，就需要通过激光全息光刻技术与双光子聚合技术，先制造出聚合物微结构作为模板,再用其它高折射率的材料(Ｓi、Ｇe、TiＯ2等)进行填充,通过煅烧、化学腐蚀等方法除去模板来实现。将来在家家户户都联通光纤网的时候,能对信号进行分检和解码的“机顶盒”将纳于光子晶体线路和器件中，而不再使用笨重的传统光纤（传统光纤的光损耗相当大，而光子晶体光纤的光损耗小,可传输极高功率的光信号而不受损坏）和硅电路。光子晶体的开发和研究会极大地促进新世纪IT产业的发展，通信网的全光化成为必然的趋势,21世纪的通信网将成为光子网络。在这个过程中,激光全息光刻技术与双光子聚合技术将发挥至关重要的作用。5激光全息技术在防伪、印刷及包装领域的应用及发展趋势5.1概述从世界范围看，激光模压全息术在上个世纪80年代中期形成了一个产业,９0年代达到了鼎盛时期。无论是高档商品促销,名优商品的防假冒或有价证券（如信用卡、钞票、护照签证)的防伪和加密以及图书、印刷、印染、装璜、纪念邮票和广告标牌等等,都普遍采用激光模压全息技术。模压全息图的制作主要分为三个阶段:激光摄制原片全息图,电成型制金属模板，模压复制。这三个阶段的生产工艺和技术要求都比较高，但由于防伪是该产业的技术关键，而重现具有动感的三维立体图像又是激光全息技术作为防伪手段的纲，所以母版全息图的摄制就成了这三个阶段中的关键环节。在母版全息图的制作上，上世纪８0、90年代比较典型的激光全息技术有:二维多层假彩色编码技术、真三维全息术、真彩色全息术、合成全息术、动态全息术,以及在全息标识上的加密技术。且在实际制作过程中又常将2~3种方法综合交叉使用，使全息图上具备光电、光磁、红外、荧光显示等多重防伪手段。但到了上世纪末和本世纪初，随着行业内部竞争的加剧和对防伪技术要求的不断提高,使得激光模压全息技术面临着在挖掘防伪潜能上必须有新的突破。这就要求激光模压全息技术必须打破以往的技术进步一般仅限于激光器与光学元件、光电图像转换器件与记录设备的改进方面，而要在图像来源多元化，照相技术彻底更新和不断开发新的记录材料上有新的突破。5.2新世纪出现的新技术（1)近年来,美国斑马图像公司推出了三维图像的数字化采集和拍摄技术［1０]。该技术是将被摄的物体放在旋转平台上,应用数码相机对物体的不同侧面拍摄出一系列二维图片,输入计算机进行处理后（或用计算机本身生成一系列的图像）依次显示到空间光调制器上，在暗室中用激光依次照射图片，形成散射光束。用全息摄影技术将这些信号光束依次顺序记录在同一块全息乳胶底版的不同条形区域或方形小区域中，经过化学处理后形成全息图，在白光点光源照明下可再现原来记录的一系列图片的信号光束,组成鲜明的大视场、大视差的三维彩色像。该技术的优点：（a)由数码相机采集输入计算机的一系列图像是数字化图像,其像质和彩色等可以方便的进行处理，并且整个记录过程可以应用计算机进行自动化控制。（b)由于采用像素记录信息,每个像素之上记录了一束图像信息，许多块基本大小记录版可拼接成为更大的全息图版，没有限制。（ｃ)采用了空间光调制器进行拍摄，以及自动化控制和实时处理（采用光聚合物记录介质）,免除了烦琐复杂的处理步骤,以及使用昂贵的大功率激光器。（2)2001年，华中科技大学的曹汉强、朱光喜等科研人员研究出了一种基于超复数系的数字全息图像生成方法[11]。制作过程是：先在计算机上采用软件VisｕalC5.０设计分形数字图像序列生成系统,生成模拟物体运动的数字图像序列,并经过滤波变换和动感测试，将分形数字图像按生成顺序输出到透明片上。然后,对透明片进行全息照相，就能得到一张浮雕型的白光再现彩虹全息图－母全息图。该全息图再现时可看到不同层次的图案,产生出运动的效果,色彩艳丽的图像给人以艺术的享受。由于分形数字全息图像生成过程具有较好的参数可控制性和不可逆转性，以及采用了多层曝光,合成的防伪标志难以仿制。（3)２003年，苏州大学信息光学工程研究所研制成功并已经批量生产“数码激光全息照排系统”[12］。该系统用计算机将普通的图形或图案转换成新的图形格式，由像素全息系统自动地在记录材料（光刻胶片)上光刻出全息母版；系统能组合不同的动感图案、动感效果和加密 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。系统生成的图像在３6０≠的视角内，任何光源和观察条件下可视，且随观察位置的改变而动态变化。系统对环境中的振动影响不敏感，无须使用全息隔振台,这是激光全息技术领域中的一个技术突破。近几年，光刻点阵全息技术、实时光电图像转换全息合成技术、光聚合物反射全息图技术、真彩色全息图技术、脉冲激光全息图技术也有望突破传统的照相方式,让激光全息防伪技术达到新的境界。２003年，同济大学的倪星元、张志华等科研人员研制成功了可替代传统镀铝防伪薄膜的透明TiO2激光全息防伪薄膜(激光模压全息技术第三步所用的薄膜基材）,这种新薄膜具有纳米多孔结构[１3,14］,能精细的反映激光全息图,在防伪功能和科技含量上都有了提高，可见光透过率为9０%,折射率n可达1.８以上。现在世界范围内每年全息材料的销售超过10亿美元,并且呈逐年增加的趋势,其中用于安全防伪目的的全息材料占全息市场的６0%以上。可以预见,随着社会的进步和经济的发展，这一市场的规模会更大,技术水平会更高。这一领域的技术发展方向大至有两个：一个是在图像来源、照相技术和记录材料的开发上不断有突破性的创新;另一个是注意将激光全息技术与其它学科的新技术密切地相结合，不断为防伪技术注入新的生命。把握激光全息技术作为防伪技术的发展方向,对于不断挖掘激光全息技术的防伪潜能和创新产品是至关重要的。6结论194８年，英国科学家DGaｂｏr发明了全息术，在短短半个世纪里，激光全息技术的实际应用范围越来越广，已从工程技术领域扩展到了医学、艺术、装饰、防伪、包装、印刷、印染、交叉和边缘学科等好多领域。随着激光全息技术本身的进步和与计算机、数码摄像机、ＣCD器件、新型液晶显示屏、空间光调制器、因特网和自动化控制技术的不断综合运用,激光全息技术的发展能够开拓出更多的应用领域和更加巨大的应用市场，人们设想的全息电影、全息摄像机、全息放映机等等,也许将来会不断变成现实。有鉴于此，经常对激光全息技术在各领域的应用情况进行系统的 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 和分析,对于各领域在应用激光全息技术上的相互借鉴和互相促进,不断开拓其应用范围和提高应用水平，以推动激光全息技术的不断发展是有益的。参考文献：[1]丰善,王淑岩.瞬态激光全息干涉计量与测试设备的研制与开发[J］.红外与激光工程，2001，30(5）：366—３71[2]罗军，黄素逸.水平偏置椭圆管自然对流放热的激光干涉测量［J].华中理工大学学报,1997,25（１０）：35—37[３]沈明忠，李向阳.分离器入口段颗粒间相互作用的激光全息诊断［J］.清华大学学报，１9９8,38（5）：2—6.[4]李季平,蔡云良.用参考物体全息法测量位移矢量方向［Ｊ].激光杂志,２002，238[5］甘平.采用激光全息技术的实时指纹取像系统［Ｊ]．激光杂志，２002,23（6):6４—67.[６]周崇喜，杜春雷.二元光学二维激光扫描器设计［J].光电工程，1997，24(sup）:5７—62．［7］徐大雄.激光全息三维图像信息处理和传输［J].电信工程技术与 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化,2004,３6（1）：７—９.[8］曹汉强,朱光喜.一种基于超复数系的数字全息图像生成方法［J］．光学学报，２０01,2１（1)：114—11７.［9］白木.数码激光全息技术［J］.中国包装,20０３,（4）：１0５—1０6.［1３]ZarｚyｃｋiＪ.Ｐasｔａｎdｐreｓentoｆsol-Ｇelｓciｅnｃeandtechnolｏｇy[J］.Jｓol－Gelsｃiｅｎｃeandｔechｎｏlogy，１９９7，(8):17—2２.［１0]UｈlmａnnDR，TeoospectsG.Ｓoｌ-Gelsｃｉｅｎceaｎdtｅchnoloｇy:Cuｒrenｔｓtａteａｎdfutuｒeｐrosｐeｃｔs[J].Ｊsol-Geｌｓcienｃeandｔｅch-ｎology,１99８，[11]：1５3—162（3）41—43.［12］邵立功，彭秀军.激光全息随机点立体视觉检查仪在选飞体检中的应用研究［Ｊ]．海军总医院学报,20０1，１４（2):88—89