全息技术及其调制技术

李九慧

摘 要：全息技术在生活中的应用越来越多，随着其发展，由光全息、声全息等技术的出现，如今，全息技术的发展尚不能满足人们在各个领域的应用，不仅尽可能发挥的全息技术的作用，而且也可使用各种关于全息技术的调制器来完善全息技术的使用。本文将从介绍光全息技术、声全息技术以及光调制器、声光调制器在全息技术中的应用来说明全息技术的原理及其应用。

关键词：光全息;声全息;光调制;声光调制

引言

目前科学技术高速发展，更多的高科技产品融入人们的生活中，例如扫地机器人、AR眼镜等，显而易见的，人们的生活逐渐进入高科技化时代，且对高科技化产品的需求越来越大。而且随着经济的发展，人们越来越向往高品质、高科技、更为便利的生活环境。全息技术作为一种新兴的科学技术，还处在发展阶段。使其在现实生活中的各个领域都能有所发展，因此全息技术的发展空间都十分巨大。

光全息技术：

光全息技术主要分为两个步骤：波前记录及再现。波前记录是物光波与参考光波之間的发生干涉后，用光化学方法将振幅与相位信息的全息图记录在全息记录介质上，即形成全息图。而波前再现是指借助照明光，将在全息图中信息进行恢复，形成的波继续传播，进而形成立体的三位图像。可应用于全息电影，全息防伪商标。

声全息技术：

全息技术可对来自物体的光波波阵面的振幅及相位的信息进行记录，从而可再现物体的三位图像。而因声波和光波广播的传播特性有相似的规律，所以亦可用“波阵面重建”原理进行立体成像。首先由超声束（物波换能器发射），穿过被观察物体后投射到位于水面的液膜上;而由另一个参考波换能器发射的同频率超声束直接投射于液面。两波在液面上叠加干涉形成的声强分布，使液膜产生相应的形变构成全息图。然后，在液面上方用激光束照射液膜，通过光学重建获得物体图像。可应用于呈现水下物体的三位图像、医学影像诊断等。

声全息的重建：

声全息对声场进行重建时，全息面上记录声源信号的幅值信息和相位信息全息数据，对其进行处理后作为全息函数，将全息函数带入重建公式中，根据全息面与重建面的距离，可以计算出重建面上的声源分布。

在上图中的H面为全息面，S面为重建面，它们相互平行，间距为z，由全息面上的复声压分布及重建公式可得到重建面上的声场分布

重建公式为：

其中是重建面S上任一点的声场值，U是全息面H上其他一点的复声压，是两点之间的距离，是重建面上电到全息面的距离。

应用于全息技术的调制技术：

1、声光调制：

光弹效应：：当介质中有超声波传播时，由于超声波是弹性波，在介质中就产生了随时间和空间周期变化的弹性应变，因而介质中各点的折射率就会随着该点上的弹性应变而发生相应的改变。折射率的改变影响了光的传播特性。即超声波弹性波弹性力-弹性应变-光的传播特性变化。

声光调制技术是一种基于光弹效应的外调制技术，由声光介质和压电换能器、吸声器及反射器构成。当一频率的超声波传入声光介质中，介质内的产生的周期性的应变场，从而通过光弹效应是其折射率发生相应的变化，光束通过这种含有超声波的介质时，传播特性将发生改变，即光光发生散射或衍射。

衍射方式主要分为喇曼—奈斯衍射以及布拉格衍射。他们的使用条件不同，喇曼—奈斯衍射方式：（1）超声波频率比较低，（2）光线平行于声波面入射和声波传播方向垂直入射（3）超声波的宽度比较小。布拉格衍射需要满足条件以下：（1）涩会给宁波的频率较高（2）声光相互作用长度L-光栅变成三位空间相位光栅（3）入射光与声波面由一定角度，但不可为垂直入射（4）满足布拉格条件。

声光调制在生物医学光学成像中的应用：

因生物组织对光的散射和吸收，在医学上，只能对深度为毫米量级的浅层生物组织进行成像，无法对深层组织进行准确、清晰成像，无法满足医学临床诊断的需求。而声光调制的出现，将会使医学成像的技术更加先进。利用超声波在生物组织中具有良好的穿透能力以及较小的散射，及光弹效应，将超声调制的光学层析较好的应用于医学光学影像诊断方法。此种方法很好的结合光学方法和声学方法的优点。

2、空间光调制：

光调制就是将携带信息的信号叠加到载波光波上，完成这一过程的器件称为空间调制器。空间光调制器按照读出光的输出方式分为反射式和透射式，因其写入信号的不同可分为光寻址及电寻址。其原理主要是将液晶作为单轴晶体，液晶可以对穿过其的光进行双折射效应。随着电子技术发展，可以通过空间光调制器调制入射光来实现全息的动态三位显示。空间光调制器中，液晶光调制器广泛应用于数字全息中。在合成全息图像时，以液晶光调制器产生的图像作为掩模，用计算机进行实时控制以及监控。

空间光调制器可以使载波光波的参数随这外加的信号变化而变化，这些参数含有光波振幅、波长、位相、频率、偏振等。承载信息的调制光波在光纤中传输，再由光探测器系统解调，进而检测出所需要的信息。

结语

全息技术的拓展应用将会越来越多的体现在各个领域中，全息技术是基本的应用，如体积显示，高密度的数据存储和光镊，需要空间控制复杂的光学或声学领域内的三维体积。该技术是价格低廉，适合于传输和反射元件、规模以及信息含量越高，孔径尺寸更大和更高的功率，复杂的三维压力分布和相位分布产生的声全息图允许我们证明新方法的固体水控制的超声波处理，和在空气中的固体和液体。但随着电子科技的快速发展，全息技术应用的要求将面临难度增加的问题，希望随其发展全息技术将改善医学成像，为人们的娱乐活动增加趣味性等，且可推动超声的新应用。

参考文献

[1]于美文.光全息学及其应用[M].北京：理工大学出版社，1996：233

[2]陈海云，基于空间光调制器的数字全息实时动态显示技术研究[D];浙江师范大学，2006年