全息技术第九辑彩色全息

4.4 全息图的复制
• 全息图的制作需要激光器以及许多特殊的 设备，每一张全息图都从头至尾用激光器 制作是不经济的，全息图的廉价复制也是 全息显示技术的重要方面
4.4.1全息图的光学复制
• 全息图的光学复制一般仍采用 干涉的方法，用激光照明原始 全息图，以再现的像光束作为 物光，直射光作为参考光，记 录全息图。这样在获得一张优 质的母全息图后，就可以用一 束光照明进行复制，反射全息 和透射全息都可以用这一方法 进行复制。图4.20显示的是反 射全息的复制光路，其中HM是 母全息图，H是复制全息干板 。
• 将它们作为母全息图记录彩虹全息，光路 如图4.17（b）。与图4.17（a）相似，图中 仅保留了彩虹全息记录干板H前的物光和参 考光部分。 • 由于母全息图H1、H2和H3非常狭窄，每一全 息图本身就相当于图4.3（a）中的狭缝，因 此在全息图H上相当于记录了三张彩虹全息 图。
• 用彩虹全息方法制作三维彩色全息同样有 二步法和一步法 • 二步法记录彩色彩虹全息的光路如图4.18
• 用彩虹全息方法记录二维彩色照片的方法 如图4.17所示
• 母全息图HM的记录光路如图4.17（a）所示 ，参照图4.1a，图中仅保留了彩虹全息的母 全息记录干板H前的物光和参考光部分，其 中O1、O2、O3分别固定在毛玻璃上，它们 分别是二维彩色照片的三原色分色反转片 • 按对应的颜色设计，分别置入O1、O2 和O3 ，对全息干板的不同部分分别曝光。曝光 部分的位置就是虹全息的狭缝位置。经处 理后得到三个狭窄子全息图H1、H2和H3，
蓝
蓝绿 蓝绿 绿 绿
氩
氩 氩 氩 氩
1200
3500 3500 700 4000
520.8
568.2 632.8 647.1
绿
黄绿 红 红
氪
氪 氦氖 氪
700
1100 100 3500
• 为记录彩色全息图，必须要选择合适的全 息记录材料。卤化银记录介质是常用的全 息记录介质。在彩色全息中或直接用全色 干板，如柯达644F、Agfa8E56等，或用红敏 和蓝敏的卤化银分别对红光和蓝绿光感光 ，然后再将这两种材料复合。折射率调制 位相型的记录材料是另一种比较理想的材 料。现已有红敏的重铬酸明胶，全色的光 致聚合物，特别是杜邦公司的光致聚合物 已进入商品化阶段。
光刻胶版
金属镍
银 膜
镍 母 版
• 电铸的目的是把光刻胶表面上的浮雕形条纹转移到金属板上，它也分 三个过程。
• 第一个过程是对光刻胶表面金属化，通常有两种方法，真空镀膜和化 学沉积。现大部分采用化学沉积方法。化学沉积的过程是：先对光刻 胶板表面进行清洁敏化处理，使光刻胶表面离子化，形成均匀分布的 离子颗粒（即反应中心），再使用硝酸银溶液在光刻胶表面发生银镜 反应，在光刻胶表面形成一薄层银导电层，完成金属沉积过程。 • 第二个过程是电铸，用化学电镀的方法使金属层加厚。将表面已金属 化的光刻胶板放入电铸槽中作为阴极，电铸槽中的电解液为氨基磺酸 镍，以较易溶解的含硫镍作为阳极。经十小时左右的时间电铸后，金 属沉积厚度约0.1mm。在金属层与光致抗蚀剂剥离后，金属表面上就 具有了浮雕型条纹，也就形成了金属头版。 • 第三个过程是翻铸工作板。先将头板在钝化液中作钝化处理，使表面 生成一层金属氧化物，便于在翻铸时剥离。然后在头板上用电镀的方 法沉积镍，制成第二道板。再经同样的过程进行几道电铸后，即得到 直接用于模压的工作镍板。
模压全息的特点：
可以机械化、大批量生产，成本降低，
价格低廉，使全息技术走出实验室，进入商
品市场。由于发展前景广阔，生产方式类似
于印刷，产品又大多薄如纸张，因而被称为
“21世纪的印刷术”
• 模压全息的基本过程分三个阶段，彩虹全 息光致抗蚀剂母板制作、电铸金属母板、 模压复制。
二、复制金属版
利用电铸工艺，将光刻胶版上的全息图复制（转移） 到金属镍版上。 主要设备：电铸槽 负极 正极 酸 性 铸 液 玻 璃 基 底 光 刻 胶 版
4.4.2全息图的模压复制
• 模压全息技术起始于二十世纪七十年代， 八十年代初期在美国、日本、英国等国获 得迅速发展。国内的模压全息技术开始于 1985年，以后在九十年代初模压全息发展 迅猛，模压全息生产厂家数量居世界首位 。模压全息类似于凹凸印刷技术，复制成 本相当低廉，是目前为数不多的商品化全 息技术之一
4.3.2彩色彩虹全息
• 用彩虹全息实现彩色全息可以这样考虑， 在一张全息记录材料上记录三张彩虹全息 图，它们分别是三基色全息图像，三基色 中的每一基色对应的狭缝在空间重合，人 眼在它们的狭缝重合处将能同时观察到三 基色的全息图像，三基色的全息图像的复 合就形成了彩色全息。三基色全息图像可 以由三基色激光得到，也可以用电子分色 设备得到。
x+y+z=1
• 因此每一种颜色都可用平面上的一点（x，y ）来表示。国际照明委员会的色品图如图 4.16所示，图中画出的平面面积包含了所有 可能的颜色，表示单色光（光谱色）的点 都按波长画在色品图中马蹄形的外边缘上 。如用三个光谱色按它们的比例变化来混 合成彩色，按色品图的使用规则，只有色 度坐标在这三个光谱色的坐标围成的三角 形内颜色可以由这三光谱色混合得到，显 然，这个三角形面积越大，可能匹配出的 颜色就越多。
三、模压
利用热压工艺，将浮雕转移到镀铝聚脂薄膜上 主要设备：模压机
镀铝聚脂膜
镍工作版
热压辊
• 模压复制是将金属板上的条纹压印到热塑 性薄膜材料上，形成模压全息图。这一阶 段是在特制的模压机上完成的。将工作镍 板包在模压机加热滚筒上，通过滚压的方 式将金属板上的条纹压在薄膜上。薄膜可 以是聚乙烯膜、聚酯膜或烫金膜，膜层可 以是镀铝的或透明的。模压全息的复制效 率比较高
• 一步法的彩色彩虹全息记录光路与普通一 步法彩虹全息非常相似，只是将普通彩虹 全息的记录激光光源换成三基色激光，曝 光时如记录材料的灵敏度与三色激光的光 强相匹配，可一次曝光完成，不然的话， 通过调整曝光时间，分别三次记录。
4.3.3反射体息记录和再现 的原理虽然简单，但实验制作还是有不少 困难。首先，三基色激光的功率与记录介 质的三基色灵敏度匹配问题，三基色激光 的每一基色功率不是能任意选择的，为与 记录介质的灵敏度匹配，必须对三基色激 光分别加进滤光片进行功率调节，或分别 三次曝光。其次，记录介质经曝光化学处 理后，一般会发生收缩或膨胀，使再现波 长漂移，造成彩色失真。因此记录介质的 防收缩工艺显得非常重要。
4.3 彩色全息术
• 一般情况下，用单波长激光记录的全息图是 单色的。彩色全息术的目的则是记录和再现 彩色三维全息图像。与普通彩色印刷技术一 样，彩色全息术涉及两个基本问题：三原色 信息的获取和三原色信息的再现。
1、一般原理 任何颜色都由三原色按比例合成 三原色：红 绿 蓝（ R G B ） 人眼辨别颜色靠视网膜上三种感色的锥体细胞， 分别对 红 绿 蓝 三种颜色敏感 三原色波长的国际标准（由国际照明委员会规定）： 1964年CIE—RGB系统的标准：
• 三色激光波长的选择也应按照这一原则进行。表 4.1列出了现有的能用于全息记录的激光波长
波长（nm） 413.1 441.6 457.4 476.2 近似的颜色 蓝紫 蓝紫 蓝紫 蓝 激光介质 氪 氦-镉 氩 氪 输出功率（mw） 1000 200 700 400
476.5
488.0 446.5 501.7 514.5
4.5 合成全息
红 645.2 nm He-Ne Laser 632.8 nm
半导体激光器
绿 526.3 nm Ar+ Laser 514.5 nm 532.0 nm
蓝 444.4 nm Ar+ Laser 488.0nm
• 三原色的获取目前有两种方法
– 一种是用含有三原色的单台激光器或多 台单色复合激光器作为光源，照明彩色 物体获取三原色信息
– 另一种方法是对彩色二维图片进行类似 于彩色印刷的分色处理，以黑白的三原 色图片作为全息记录的物。
4.3.1彩色全息的激光器和记录材料
• 人眼的颜色感觉既包含生理过程，又包含 心理过程，很难用普通的方法对颜色下定 义，或给出定量描述。通常人们用三原色 的刺激值来描述颜色，每一种颜色都用三 刺激值表示，这三刺激值又称色度坐标（x ，y，z），它们满足下列关系