1948年，Gabor提出了全息（Holography）的概念，开创了一个全新的研究领域，因此荣获1971年诺贝尔物理学奖。20世纪60年代，激光的出现解决了全息应用中的光源问题，使激光全息技术获得了长足发展。早期的激光全息主要指激光全息摄影，随着技术的发展，激光全息的概念得到了扩展，涉及两束或多束激光相干的技术都被归入激光全息的概念范围内。激光全息的应用早已突破全息摄影的范畴，扩展到显示、数据存储、安全防伪和微纳制造等高新技术领域。

图1  等光强双束干涉图案的光强分布曲线

激光全息的核心物理学原理是光的干涉。在激光全息应用中，全息材料（也被称为全息记录材料）负责对激光干涉图案的光强分布信息进行响应。全息材料的主要性能指标包括衍射效率、折射率调制度、感光灵敏度、响应速度、存储稳定性等。不同的应用场合对全息材料的性能要求也不同，例如，在全息显示应用中，要求全息材料具有较快的响应速度，而在全息数据存储应用中，则要求全息材料具有较高的存储稳定性。

全息图像存储也被称为全息摄影，由前苏联科学家Denisyuk于1962年首次报道。常见的全息摄影光路如图2a所示首先将一束激光分成两束相干光，一束作为参考光直接照射全息记录材料，另一束作为物光照射物体，在物体表面发生反射，再照射全息记录材料。物光和参考光在全息记录材料中发生干涉，形成带有物体立体信息的干涉图案并被材料记录。然而，采用该方法拍摄全息照片时，物像离全息照片的视觉距离与拍摄时物体离全息记录材料的物理距离相同，导致该全息照片在自然光下难以观察，只能用特定光源照射全息照片、在特定角度下才能观察到物体的立体图像。母版全息技术是解决该问题的有效方法，具体光路如图2b所示。将图2a中制得的母版（master）放在物光的光路中，物光照射该母版后发生衍射，调整全息记录材料的位置，使所得的物像正好出现在全息记录材料上，与参考光发生干涉后，全息记录材料将物光的全部相位和振幅信息记录，制得新的全息照片。观察该全息照片时，由于物像在全息照片的平面内，因此该全息照片在普通光源下就能观察，具有较高的实用性。

图2  (a)全息摄影所使用的光路；(b)母版全息技术所使用的光路

全息显示是一种裸眼三维显示技术，是新一代显示技术的研究热点。图3为京都工艺纤维大学Tsutsmni教授课题组报道的全息显示装置示意图。图中532 nm绿光激光器作为写入光源，可以对全息材料进行连续写入，594 nm或642 nm激光作为读取光，可将物体的三维图像传递给观众。近年来，科学家们正在研发新型全息显示材料和技术，以改进全息显示系统并改善显示效果。日本青山学院大学Abe教授课题组通过使用新的光致异构化合物及对复合材料进行优化，降低了全息显示所需的电压。韩国先进科技研究院Park课题组通过使用体散斑场的动态控制技术，大幅提高了全息显示的清晰度。

图3  三维全息显示系统示意图

光学存储技术自1982年投入使用以来，在市场上获得了极大成功，形成了包括CD、DVD和BD（Blu-raydisc）三代主流光学存储介质。然而目前人类每天产生的数据量仍在快速增长，亟待开发容量更高的数据存储系统。与传统二维光学存储相比，全息数据存储可以将数据保存在存储介质的三维空间内，存储密度可达1TB/disc。此外，不同于传统二维光学存储系统点对点的读写方式，全息数据存储系统可实现面到面的读写，具有更快的读写速度。

全息光刻是激光全息技术应用于微纳制造领域的一个成功案例。全息光刻的基本原理是：用两束或多束相干激光形成的干涉图案代替掩模板，实现光强在二维平面内的有序分布；再利用激光干涉图案对光刻胶进行曝光，构建所设计的微纳结构。全息光刻技术的优势在于成本低廉，无需复杂光路和掩模板，并且可以实现三维立体光刻。全息数据存储己成为下一代光学数据存储手段的有力竞争者。

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