激光原理與技術(shù)-第九章 激光在信息技術(shù)中的應(yīng)用

9.2激光全息三維顯示〔2〕全息圖的分類有以下六種情況按照記錄介質(zhì)的膜厚分類，有平面全息圖和體積全息圖兩類；按照投射率函數(shù)的特點(diǎn)分類，有振幅型和位相型兩類，而位相型又可分為外表浮雕型和折射率型兩類；按照記錄的物光波特點(diǎn)，可分為菲涅耳全息圖、夫瑯和費(fèi)全息圖和傅里葉變換全息圖三類；按照再現(xiàn)時(shí)對(duì)照明光的要求，可分為激光再現(xiàn)和白光再現(xiàn)兩類。我們在后文將重點(diǎn)介紹這兩類；按照再現(xiàn)時(shí)觀察者和光源的相對(duì)位置，可分為透射型和反射型兩類；按照顯示的再現(xiàn)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白光再現(xiàn)的全息三維顯示

1.白光反射全息圖白光反射全息圖是較為簡單的一種白光再現(xiàn)全息圖，其記錄和再現(xiàn)光路如下圖。2.像面全息圖

像面全息圖需要利用透鏡，記錄的是物體的幾何像。全息圖的記錄如圖a。白光再現(xiàn)如圖b。3.彩虹全息圖彩虹全息圖因再現(xiàn)像存在彩虹般的色彩而得名，其根本方法是二步彩虹全息圖。二步彩虹全息的根本原理如圖4.真彩色全息5.合成全息3600全息可以顯示出物體3600一周的像，其三維立體感更強(qiáng)。其記錄分兩步，第一步是將被拍攝的物體置于可繞中心軸旋轉(zhuǎn)的平臺(tái)上，用普通白光照明，當(dāng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，用電影攝影機(jī)對(duì)物體連續(xù)攝影〔圖9-18a〕，第二步是合成過程，利用彩虹全息光路，且在光路中插入一狹縫(圖9-18b)，用全息軟片記錄。再現(xiàn)時(shí)，觀察者能見到一個(gè)連續(xù)動(dòng)作的立體像〔圖9-18c〕，像的顏色和彩虹全息的像相同，像的垂直方向視差也與彩虹全息再現(xiàn)像一樣受到限制。6.模壓全息目前所見的模壓全息圖大多數(shù)采用彩虹全息光路制作模壓母版。根據(jù)模壓工藝的要求，模壓母版需要制成浮雕型，通常采用光刻膠版材料制作全息母版，然后對(duì)全息母版進(jìn)行處理，以電鍍、電化學(xué)方法制作金屬模壓版，最后以這個(gè)金屬模壓版去壓印滌綸薄膜，得到大量的與原全息母版一樣的高衍射效率的模壓全息圖。

1.計(jì)算全息圖的制作和再現(xiàn)過程主要分為以下幾個(gè)步驟9.2.4計(jì)算全息圖①抽樣，對(duì)物體或其波面抽樣，得到在離散樣點(diǎn)上的值；②計(jì)算，計(jì)算物光波和參考光波疊加后在全息平面上形成的光場分布；③編碼，把全息平面上的光波復(fù)振幅分布編碼成全息圖的透過率分布；④成圖，在計(jì)算機(jī)控制下，將全息圖的透過率變化在成圖設(shè)備上成圖，再經(jīng)光學(xué)縮版得到實(shí)用的全息圖；⑤再現(xiàn)，需用光學(xué)方法再現(xiàn)出物光波2.計(jì)算全息的主要應(yīng)用范圍3.計(jì)算全息的優(yōu)點(diǎn)可以記錄物理上不存在的虛擬實(shí)物，只要知道物體的數(shù)學(xué)表達(dá)式就可用計(jì)算全息記錄下這個(gè)物體的光波，并再現(xiàn)該物體的像。

①二維和三維物體像的顯示；②在光學(xué)信息處理中用計(jì)算全息制作各種空間濾波器；③產(chǎn)生特定波面的光波用于全息干預(yù)計(jì)量；④激光掃描器；⑤數(shù)據(jù)存貯。9.2.5計(jì)算全息三維顯示的優(yōu)點(diǎn)1．激光全息三維顯示用于科學(xué)研究9.2.6激光全息三維顯示的應(yīng)用〔1〕在顯微領(lǐng)域的應(yīng)用2.激光全息三維顯示應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品檢測中全息顯微鏡具有高分辨率、高成像質(zhì)量的優(yōu)勢，它已用于透明或不透明的生物細(xì)胞、分子和醫(yī)學(xué)器官等的三維放大、顯示。〔2〕在海洋科學(xué)中的應(yīng)用3．激光全息三維顯示應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域4.

激光計(jì)算全息三維顯示應(yīng)用于虛擬物品設(shè)計(jì)方面6.激光全息三維顯示用于多媒體領(lǐng)域正如全息照片不同于普通的立體照片一樣，全息電影與用偏光鏡觀看的立體電影也截然不同，它的突出特點(diǎn)是三維立體性。7.激光全息三維顯示應(yīng)用于地理地形、地質(zhì)勘測和氣象觀察等領(lǐng)域8.激光全息三維顯示應(yīng)用于軍事、醫(yī)學(xué)和財(cái)經(jīng)等領(lǐng)域利用真彩色顯示在軍事上可進(jìn)行軍事模擬訓(xùn)練和模擬演習(xí)，三維的立體場景將顯著增強(qiáng)現(xiàn)場的真實(shí)感和實(shí)戰(zhàn)氣息。

〔2〕大面積顯示全息圖和全息顯示一體化產(chǎn)品的研制?！?〕干預(yù)計(jì)量用激光全息彩虹相機(jī)的研究。激光全息干預(yù)計(jì)量在無損探傷、應(yīng)力與應(yīng)變、以及光測力學(xué)等度量研究中有著廣泛的應(yīng)用前景?！?〕激光全息立體顯示屏幕的研究數(shù)字全息圖的研究，將促進(jìn)“全息〞電視或真正意義上的全息電影的問世。一激光存儲(chǔ)的根本原理、分類及特點(diǎn)

1.激光存儲(chǔ)是利用材料的某種性質(zhì)對(duì)光敏感。帶有信息的光照射材料時(shí)，該性質(zhì)發(fā)生改變，且能夠在材料中記錄這種改變，這就實(shí)現(xiàn)了光信息的存儲(chǔ)。2.光存儲(chǔ)的分類有很多種，如按數(shù)據(jù)存取方式可分為光打點(diǎn)式存儲(chǔ)和頁面并行存儲(chǔ)；按存儲(chǔ)介質(zhì)的厚度可分為二維存儲(chǔ)和三維存儲(chǔ)；按鑒別存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方式可分為位置選擇存儲(chǔ)和頻率選擇存儲(chǔ)等等。3.特點(diǎn)〔1〕數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度高，容量大?！?〕壽命長?！?〕非接觸式讀/寫和擦?！?〕信息位價(jià)格低。1.激光存儲(chǔ)光盤的根本原理〔1〕光盤存儲(chǔ)包括信息“寫入〞和“讀出〞兩個(gè)過程。圖1為一根本的光盤系統(tǒng)圖。圖1根本的激光光盤系統(tǒng)示意圖圖2激光光盤記錄斑示意圖〔2〕光盤是在襯盤上淀積了記錄介質(zhì)及其保護(hù)膜的盤片，在記錄介質(zhì)外表沿螺旋形軌道，以信息斑的形式寫入大量的信息(參見圖2)，其記錄軌道的密度達(dá)1000道／mm左右。2.激光光盤的類型

只讀式光盤〔CompactDisc-ReadOnlyMemory,CD-ROM〕寫讀光盤〔WriteOnceReadMemory，WORM〕可擦寫光盤〔OpticalRandomAccessMemory,ORAM〕3.光盤的結(jié)構(gòu)光盤由三層構(gòu)成：即盤基、記錄層、防護(hù)層。

盤基由有機(jī)玻璃、聚酯樹酯等材料制作。記錄層是光盤的核心，由碲合金或碲與氧化碲混合記錄薄膜等材料組成。防護(hù)層由塑料、有機(jī)玻璃等材料構(gòu)成，用以保護(hù)盤面上信息。盤片記錄層上有穩(wěn)定間距〔1.6微米〕的螺旋線〔信息軌道〕，存儲(chǔ)信息時(shí)，激光束聚焦在記錄層的螺旋線上，使其局部升溫，形成凹坑，一連串的凹坑形成信息微痕。螺旋線上沒有經(jīng)過激光刻蝕的平面和經(jīng)過刻蝕的凹坑對(duì)應(yīng)于計(jì)算機(jī)二進(jìn)制編碼的０和１，從而實(shí)現(xiàn)信息的記錄。

讀取信息時(shí)，光盤驅(qū)動(dòng)器中很細(xì)的激光束沿盤面的螺旋線軌道掃描，軌道的平面和凹坑局部反射到探測裝置上，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換成為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的二進(jìn)制信號(hào)，完成信息的讀取和檢索。4.激光光盤存儲(chǔ)激光光盤存儲(chǔ)器(1)激光光盤存儲(chǔ)器由光存儲(chǔ)盤片及其驅(qū)動(dòng)器組成。驅(qū)動(dòng)器提供高質(zhì)量讀出光束、引導(dǎo)精密光學(xué)頭、讀出信息、給出檢測光盤聚焦誤差信號(hào)并實(shí)現(xiàn)光束高精度伺服跟蹤等功能。

(2)光盤存儲(chǔ)器的光學(xué)系統(tǒng)大致可分為單光束光學(xué)系統(tǒng)和雙光束光學(xué)系統(tǒng)兩類。單光束光學(xué)系統(tǒng)適合于只讀光盤和一次寫入光盤，具備信息的寫／讀功能，而雙光束光學(xué)系統(tǒng)用于可擦重寫光盤。下面以雙光束光學(xué)系統(tǒng)(圖3)為例簡單介紹。圖3光盤存儲(chǔ)器的雙光束光學(xué)系統(tǒng)示意圖5.激光體全息光存儲(chǔ)(1)高冗余度(2)存儲(chǔ)容量大(3)數(shù)據(jù)并行傳輸(4)尋址速度快(5)關(guān)聯(lián)尋址功能1.體全息存儲(chǔ)的原理體全息圖光路示意圖如圖4a所示，圖4b是其再現(xiàn)示意圖。圖4體全息圖光路示意圖(1)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)

圖5

緊湊型集成化的角度復(fù)用全息存儲(chǔ)模塊2.全息存儲(chǔ)的應(yīng)用1997年，一個(gè)集成化的角度復(fù)用全息存儲(chǔ)模塊〔如圖5所示〕由Drolet等人設(shè)計(jì)出來。(2)超大容量全息存儲(chǔ)器圖6

分塊式全息存儲(chǔ)盤的示意圖電子俘獲存儲(chǔ)方式可具有這些特點(diǎn)，它是通過低能量激光去俘獲光盤特定斑點(diǎn)處的電子來實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)的，它是一種高度局域化的光電子過程。2.光學(xué)雙光子雙穩(wěn)態(tài)三維