全息图

背景

全息图是一个平坦的表面，在适当的照明下，似乎包含一个 3D 图像。全息图还可以将三维图像投射到空中——虽然无法触摸但可以拍摄的逼真图像。由于无法通过普通手段复制，全息图被广泛用于防止伪造信用卡、驾驶执照和入场券等文件。全息图这个词来自希腊词根 holos 意思是整体和 语法 意思消息。制作全息图的过程称为全息图。制作全息图时，来自激光的光会在胶片或照相底片上记录所需物体的图像。

基本上有两种类型的全息图。从正面照射时可以看到反射全息图，而从背面照射光线可以看到透射全息图。压纹全息图是通过在透射全息图上放置一种类似镜子的物质制成的，这样可以在从正面照亮时看到它。也可以制作显示移动物体的全息图；这些序列称为立体图，通常长 3 到 20 秒。

尽管全息图是物理对象的视觉图像，但它与照片有很大不同。例如，当拍摄对象时，照片的每个部分都包含原始对象相应部分的图像。但是，全息图的每个部分都包含原始对象的完整图像，从与该部分在全息图上的位置相对应的有利位置观看。因此，如果包含透射全息图的透明板损坏，尽管从不同的角度来看，每块仍然能够投影整个图像。使用全息板顶部附近的一块会产生从上方看到的图像，而使用全息板底部附近的一块会产生向上看物体的印象。

全息图的另一个有趣特性是它们保留了物体（例如透镜）的光学特性。例如，考虑制作放在蝴蝶面前的放大镜的全息图。当观察这些物体的全息图像时，观察者会发现通过放大镜图像看到的蝴蝶部分会被放大。

全息包装已被证明可以增加某些产品的销售额。投影全息图特别引人注目，用于贸易展览和零售店。它们可用于展示极其精致或贵重的物品。一个经典的例子是 1970 年在纽约市卡地亚珠宝店外的人行道上投射出一只镶钻手的图像。它不仅引起了路人的注意，还吸引了电视新闻工作人员。事实上，它甚至被一个认为这是“魔鬼的工作”的打着雨伞的行人袭击。在另一个例子中，研究人员没有反复处理具有 2300 年历史的林多人脆弱的头骨，而是研究了它的全息图像。苏格兰场的法医科学部使用这张全息图像构建了史前人类遗骸的物理模型。作为全息技术的另一种应用，前芝加哥熊队足球教练迈克·迪特卡 (Mike Ditka) 在他的餐厅展示了自己的全息肖像，以在他无法亲自到场时营造出一种有点个人的形象。

业余爱好者可以在家中制作全息图，只需对设备进行适度投资。该过程需要一个激光器和一个隔离台，以防止在胶片曝光时设备移动。全息图也可以商业化生产，可以大量复制。使用库存艺术品，可以低至 2,500 美元创建用于批量生产的主全息图，而使用定制艺术品可能需要 5,000 到 10,000 美元。复制图像的成本为每英寸（2.5 厘米）1 到 4 美分，具体取决于体积；这表示自 1970 年代后期压纹全息图首次上市以来减少了 40%。完成的全息图可以作为压敏标签（每个 0.5 至 1.5 美分）或通过烫印（每个 2 至 5 美分）附加到其他物体上。艺术品完成后，大约需要三个月的时间来创建和复制一批商业全息图。据估计，1995 年生产的压花全息图价值超过 2 亿美元。

历史

第一个全息图是由在伦敦帝国理工学院工作的匈牙利出生的科学家丹尼斯·加博 (Dennis Gabor) 于 1947 年制作的。 Gabor 试图改进电子显微镜的设计。他设计了一种新技术，他决定先用过滤后的光束进行测试，然后再用电子束进行测试。 Gabor 通过仔细过滤他的光源制作了透射全息图，但直到技术提供了一种产生相干光（由单一频率和单一波长组成的光）的方法后，该过程才变得可行。随着 1960 年激光的发明，全息图的生产开始起飞，因为激光产生单一颜色（频率）的光并产生彼此同相传播的波。

1962 年，密歇根大学的 Emmett Leith 和 Juris Upatnieks 使用激光复制了 Gabor 的全息实验，制作了一张玩具火车和一只鸟的透射全息图。图像清晰，立体，但只能通过激光照射才能观看。同年，苏联的 Uri N. Denisyuk 制作了一种反射全息图，可以用普通灯泡的光来观察。 1968 年，斯蒂芬·A·本顿 (Stephen A. Benton) 创造了第一个可以在普通光线下观看的透射全息图，取得了进一步的进展。这导致了压纹全息图的发展，使得大规模生产通用全息图成为可能。

在他制作第一个全息图近四分之一个世纪后，Gabor 于 1971 年因这项成就获得诺贝尔物理学奖。次年，Lloyd Cross 通过将普通电影胶片中的连续帧压印到移动全息图上，首次录制了移动全息图。全息胶片。

原材料

个人制作的全息图通常在涂有卤化银乳剂的高分辨率照相胶片上曝光。用于批量生产的全息图在用氧化铁预处理的玻璃板上曝光，然后涂上光刻胶。光刻胶材料会与特定波长的光发生化学反应，用于创建全息图。由于氦氖激光器成本相对较低，因此最常被制作全息图的个人使用。商业全息图制造商使用不同的激光器类型，例如红宝石、氦-镉或氪-氩离子。

曝光后，胶片或光刻胶板在化学显影剂中进行处理，如摄影中使用的显影剂。镍和银都用于制作生产母版，这些母版将用于将全息图的多个副本压印到聚酯或聚丙烯薄膜上。铝用于在压纹全息图背面形成反射涂层。

设计

三维物理对象可用于创建全息图。全息图像通常与原始图像大小相同 对象。这可能需要以适合全息图像的尺寸构建实际对象的详细比例模型。或者，要复制为全息图的艺术品可以由计算机生成，在这种情况下，软件控制图像文件的激光曝光，一次一个像素。 （像素是构成计算机屏幕或打印输出上的图形图像的单个点。）

制造
过程

有各种手册可以向业余全息摄影师解释如何在家制作全息图。以下步骤描述了实际三维物体的全息图像的商业批量生产。

掌握

• 1 使用激光照射物体，反射光落在光刻胶板上。同时，来自激光器的参考光束也直接落在光刻胶板上。这两条光束的干涉图案与感光涂层发生反应，从而记录物体的全息图像。常见的曝光时间在 1 到 60 秒之间。在摄影中，物体或胶片的轻微运动会导致图像模糊。然而，在全息术中，如果在曝光期间有激光波长（可见光的波长范围从 400 到 700 亿分之一米）的四分之一的移动，则曝光的板将是空白的（根本不包含任何图像） ）。

  典型的光刻胶板有一个 6 英寸（15.24 厘米）见方的工作区域；两个边缘上额外的半英寸（1.25 厘米）空间允许将板夹到位。因为许多全息图都比这小，所以可以将几个不同的图像“组合”（聚集）到一个印版上，就像在一卷胶卷上曝光大量单张照片一样。

• 2 记录原始全息图的印版称为母版。曝光后，母版在化学浴中使用标准照相显影剂进行处理。在进行生产之前，检查母版以确认图像已正确记录。由于激光和显影剂在光刻胶上发生化学反应，显影后的印版表面类似于留声机唱片的表面；每英寸大约有 15,000 个凹槽（每厘米 600 个），深度达到大约 0.3 微米（1 微米是千分之一毫米）。

电铸

• 3 将母版安装在夹具（框架）中并喷上银漆以达到良好的导电性。夹具与镍供应一起下降到罐中。引入电流，母版电镀镍。将夹具从罐中取出并用 去离子水。薄的镍涂层，称为金属主垫片，从主板上剥落。它包含主全息图的负像（负像实际上是原始全息图的镜像）。

  使用类似的过程，创建了几代垫片。那些由金属主垫片制成的被称为“祖母”，它们包含原始全息图的正像。在此阶段，原始图像的多个副本被“组合”（成行复制）在一个垫片上，该垫片可用于一次印模打印多个副本。连续几代垫片被称为“母亲”、“女儿”和“冲压垫片”。由于这些代在原件的负片和正片图像之间交替，因此压模垫片是将在实际生产运行期间用于打印最终产品全息图的负片图像。

压花

• 4 压印垫片安装在压花机中。一卷涂有丙烯酸涂层的聚酯薄膜（或类似材料）穿过机器。在强烈的热量和压力下，垫片将全息图像压在薄膜上，深度为百万分之 25 毫米。压纹薄膜被重新卷绕到卷上。

  

金属化

• 5 将压纹薄膜卷装入一个腔室，从中除去空气以形成真空。该室还包含铝线，通过将其加热到 2,000°F (1,093°C) 会使其蒸发。当板材被重新缠绕到另一个卷上时，它会暴露在蒸发的铝中，并在此过程中涂上铝。从真空室中取出后，对薄膜进行处理以恢复在热真空条件下损失的水分。在薄膜上涂上一层漆，以形成一个可以用墨水压印的表面。薄膜卷可能宽达 92 英寸 (2.3 m)，被切成更窄的卷。

转换

• 6 根据使用的薄膜类型和生产的产品类型，可能需要完成一个或多个整理步骤。例如，可以将薄膜层压到纸板上以赋予其强度。薄膜也被切割成最终产品所需的形状，并可以印上信息。将热敏或压敏粘合剂涂在全息图的背面，该全息图将贴在其他物体上或用作贴纸。

整理

• 7 全息图要么附在其他产品上，要么被计数和包装以备发货。

未来

今天，全息图最常见的用途是在消费品和广告材料中。还有一些不寻常的应用程序。例如，在一些军用飞机上，飞行员可以通过使用投射在他们眼前的全息显示器，一边透过挡风玻璃看仪表，一边阅读他们的仪表。汽车制造商正在考虑为他们的汽车使用类似的显示器。

可以在没有可见光的情况下创建全息图。紫外线、X 射线和声波都可以用来制造它们。天文学中正在使用微波全息术来记录来自深空的无线电波。声学全息术可以透过固体物体来记录图像，就像超声波用于生成女性子宫内胎儿的图像一样。用短波（例如 X 射线）制成的全息图可以创建小到分子和原子的粒子图像。

全息电视机可能会在未来十年内将表演者投射到观众家中。光纤通信系统将能够将人们的全息图像传输到远方的朋友家中，以进行真实的访问。正如 CD-ROM 技术使用光学方法将大量计算机信息存储在相对较小的磁盘上一样，三维全息数据存储系统将进一步革新存储容量。据估计，这项技术将在一个方糖大小的空间中存储相当于国会图书馆内容的信息量。