信息光学理论与应用-动态点阵全息图

近年来随着计算机的快速发展，计算机与全息技术的结合越来越紧密，一些新型的、具有鲜明动感的全息图在这一形势下应运而生。这类全息图最初称为动态衍射图或衍射光学可变图像（Diffractive Optically Variable Image Devices，DOVIDs），近年来逐步发展成一类动态点阵全息图，人们称它们为动态全息图（Kineform、Kinegram、Movigram）、像素全息图（Pixegram、Exelgram）和点阵全息图（Dot Matrix Hologram）等。这种全息图是由大量不同的微小衍射单元，即光栅点组成。这些光栅的条纹密度、取向和排列按一定规律分布，由计算机设计和控制，应用激光进行制作。其制作方法如图5.8.4所示。全息干板放置在由步进电机控制的二维可移动平台上，两束相干细激光束在全息干板处会聚形成干涉条纹。两束光的夹角可变，并且两束光组成的平面（入射面）可绕平台的法线转动，也就是干涉条纹的间距和条纹与平台移动方向的夹角（条纹倾角）可变。干涉条纹被记录和处理后即形成光栅，此小面积光栅称为全息像素（Holographic Pixel），其线度约0.025～0.1 mm，每个像素的条纹间距和条纹倾角按一定规律分布，控制步进电机移动二维平台，逐点曝光记录，完成整幅像素全息图。当白光入射至每一小区域光栅时，衍射光发生色散，色散特性由条纹间距和倾角决定；当像素的条纹间距和条纹倾角按一定规律分布时，像素的衍射光就组成了有序的图案，这些图案富有极强的动感，极具观赏性。

图5.8.4　像素全息图的制作方法

图5.8.5所示为形成干涉条纹的一种实用的光路结构。采用光栅作为分束器，透镜L将光栅的正一级和负一级衍射光会聚相干形成条纹，光栅转动即引起条纹倾角发生变化，若光栅不同区域的空间频率不同，则平移光栅就能改变条纹的空间频率。

图5.8.5　用光栅作为分束器形成条纹

动态衍射图像具有一系列突出的优点：(www.xing528.com)

（1）醒目的动感，给使用者以深刻的印象。它的动感由计算机设计，制作前可在计算机屏幕上预览动感效果。

（2）高衍射效率。传统的彩虹全息模压制品形成3D全息图（或2D/3D全息图）的物光为复杂光波，它和参考光波形成的光栅具有复杂的振幅分布，而由两束接近于平行光的细光束形成的动态衍射图有比较规则的振幅分布，在光刻胶版上形成的浮雕型光栅比3D全息图的沟槽要深且规则，因此它的衍射效率比3D全息图的要高，并且对于电铸、模压等工序而言，它的沟槽转移比较容易，失真较小，最终的模压全息重现像能保持高的衍射效率。

（3）高亮度。像的亮度除了与全息图或光栅的衍射效率有关外，很重要的是一级衍射光波（重现像）的扩散程度。对于3D全息图，为了能在一定范围内便于观察重现像，在明视距离附近衍射光波要形成长180～300 mm，宽4～10 mm的实狭缝像。人眼只有位于该狭缝像的位置才能观察到重现像。但人眼的瞳孔一般只有2～4 mm，故接收到的光能仅仅为一级衍射光波中很少的部分。而动态衍射图均由不同的微小单元光栅组成，它们的一级衍射波的发散程度很小。人眼同样位于明视距离，在衍射效率相同的情况下，对动态衍射图而言，人眼收到的光能量远大于对3D全息图接收的光能量。因此，人眼感觉动态衍射图像特别明亮。

（4）观察时对照明光的要求较低，即对照明光源的面积、照明光的方向性和亮度等均无特殊要求。在宽光源或弱的散射光下也能看到较为明亮、清晰的图像。

（5）很难用通常的全息照相方法仿制，因此这类全息图特别适用于制作防伪标识。现在，对高安全产品，均应采用热烫印DOVIDs模压全息图。