彩色全息的案例
SUTD研究人員使用3D打印的納米結(jié)構(gòu)來制造防偽裝置
當前最流行的防偽產(chǎn)品是以全息圖為基礎(chǔ)，然而，這些防偽全息圖產(chǎn)品僅能做到調(diào)制光的相位，而且很容易復(fù)制。
六色全息彩色打印提供增強的光學(xué)安全性。圖片來源：SUTD
新加坡科技與設(shè)計大學(xué)（SUTD）的研究人員發(fā)明了一種新型防偽技術(shù)，名叫全息彩色印刷品，主要用于對身份證，護照和紙幣等重要文件的保護。研究小組進行了一組演示：這種全息彩色印刷品在白光下顯示為彩色打印，但在用激光照射時可將三幅圖像及以上投射到遠處的屏幕上。與磨砂玻璃外觀和僅投影單個圖像的常規(guī)衍射光學(xué)元件不同，這些全息彩色印刷品會對偽造有更強的威懾力。此外，印刷品由納米3D打印的聚合物結(jié)構(gòu)組成，并且特別用于光學(xué)文件安全性。
研究團隊開發(fā)的這種新防偽- 全息彩色印刷，還可調(diào)節(jié)光的相位和幅度。全息彩色打印通過調(diào)整光的幅度在環(huán)境白光下顯示彩色圖像，同時在紅色，綠色或藍色激光照射下投影三個全息圖。每個像素用作燈的減速帶（相位控制）和路障（幅度控制）。全息彩色打印的雙重功能可提高安全性并防止偽造。
設(shè)備的彩色像素是通過將結(jié)構(gòu)彩色濾光片疊加到相位板上而創(chuàng)建的。不同高度的納米結(jié)構(gòu)柱用作結(jié)構(gòu)彩色濾光器以調(diào)節(jié)光的幅度。該團隊以多個圖像作為輸入算法，并生成一個輸出文件，用于確定不同相位和彩色濾波器元素的位置。然后借助納米級3D打印機將全息照片打印出來。
全息圖在打擊侵權(quán)造假行為方面的關(guān)系類似于抗生素對抗感染。隨著傳統(tǒng)的全息圖變得更容易復(fù)制，每隔一段時間就需要新的技術(shù)來阻止造假者。這是第一次使用先進的納米加工技術(shù)將多個有選擇性的全息圖編織成彩色圖像，可以為防偽應(yīng)用提供更強的安全性。
來源：蜂鳥3D打印
展開 基于Matlab的三維相位型全息圖設(shè)計
（a）z=300mm （b）z=305mm （c）z=310mm
（d）z=315mm （e）z=320mm （f）z=325mm
（g）z=330mm
圖3不同再現(xiàn)距離下的再現(xiàn)結(jié)果
最后我們也對彩色全息進行了設(shè)計，選用如下圖4所示的目標圖像“蒙娜麗莎”進行模擬計算，得到其三個分量的再現(xiàn)像，其設(shè)計結(jié)果與上述三維全息不同，通過控制三原色的不同分量即（R、G、B）進行不同參數(shù)的計算，也就是不引入那么復(fù)雜的深度信息，但是要合理的控制三原色的初始參數(shù)。將設(shè)計的全息圖如圖5所示進行全息再現(xiàn)得到的結(jié)果如下圖6所示。
圖4 彩色全息目標圖像
圖5 彩色相位全息圖
R分量 G分量 B分量
圖6 再現(xiàn)結(jié)果
針對全息顯示技術(shù)的發(fā)展十分迅速，因此對全息圖的設(shè)計也是比較復(fù)雜的，其工作難點全是在全息圖的設(shè)計優(yōu)化過程中。
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展開 3D打印納米材料讓防偽邁向新高度
許多產(chǎn)品和文件都會用到防偽技術(shù)，目前最流行的防偽產(chǎn)品多是基于全息影像，但是這一類防偽全息圖產(chǎn)品僅能調(diào)制光的相位，并且可以被輕易復(fù)制。
日前，新加坡科技與設(shè)計大學(xué)的研究人員研發(fā)出了一種既可調(diào)制光相也可調(diào)制光的幅度的全息彩色打印防偽技術(shù)。研究人員展示了一個光學(xué)設(shè)備，它在白光下顯示為正常的彩色打印，但在紅、綠和藍三色激光照射下則可投影出三種圖像。這是由于打印成品由納米3D打印聚合物結(jié)構(gòu)組成，這些納米結(jié)構(gòu)在光的傳播過程中起著減速帶（控制光相）和路障（控制光的幅度）的作用。全息彩色打印的這個雙重功能可以提升安全性、有效監(jiān)測假冒偽劣，因而對假冒偽劣具有更強的威懾力。
研究組帶領(lǐng)人Joel Yang副教授指出，彩色像素是通過將結(jié)構(gòu)彩色濾光片疊加到相位板上來創(chuàng)建的。結(jié)構(gòu)彩色濾光器采用不同高度的納米結(jié)構(gòu)柱，以調(diào)節(jié)光的幅度。研究人員還發(fā)明了一種計算機算法，收錄多種圖像生成一個輸出文件用來確定不同相位和彩色濾光器元件的位置。隨后借助納米級3D打印機將全息打印圖片“雕刻”出來。研究人員彩色打印了Luigi Russolo的藝術(shù)繪畫 Perfume（1910），顯示在白光下可見。不同厚度的聚合物長方體用來調(diào)整相位板及形成三個多路復(fù)用全息圖，投影為一個紅色指紋、一把綠色鑰匙和藍色的SECURITY字母。這些圖形都包含在一次打印中。
來源：3D打印世界
展開 華中科技大學(xué)解孝林、彭海炎團隊《Nat. Commun.》：在光聚合領(lǐng)域取得最新研究成果
光聚合反應(yīng)在全息存儲、3D打印等前沿領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，關(guān)鍵科學(xué)問題在于反應(yīng)機理以及反應(yīng)動力學(xué)的瞬時控制和空間調(diào)控。團隊從光引發(fā)體系著手，系統(tǒng)研究了香豆素酮等光敏劑的光還原和光氧化反應(yīng)機理，進而高效調(diào)控了光聚合反應(yīng)動力學(xué)。在前期工作中，團隊發(fā)現(xiàn)香豆素酮、熒光素衍生物經(jīng)過胺類化合物光還原時，同時產(chǎn)生具有引發(fā)聚合功能的自由基和具有阻聚功能的自由基，提出了"光引發(fā)阻聚劑（photoinitibitor）"新概念。通過這兩種自由基的競爭與協(xié)同效應(yīng)有效調(diào)控了光聚合反應(yīng)動力學(xué)，實現(xiàn)了彩色全息圖像的存儲及其與熒光圖像的正交存儲和協(xié)同溫敏響應(yīng)。該團隊進一步研究了香豆素酮的光氧化反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)香豆素酮被三嗪化合物光氧化后生成脫乙基產(chǎn)物，因此在可見光波段保持了較強的光吸收。利用這一特點，成功抑制了3D打印過程中的側(cè)向光聚合，在保持高3D打印分辨率（23 μm）的前提下，將打印速度提高了2.1倍（5.1 cm?h-1）、光能利用效率提高了12倍，解決了3D打印速度與分辨率之間的矛盾，實現(xiàn)了復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高效打印。
圖為基于香豆素酮光氧化反應(yīng)的3D打印：（a）香豆素酮光氧化和光還原的主要反應(yīng)產(chǎn)物；（b）3D打印裝置示意圖；（c）香豆素酮光氧化和光還原反應(yīng)所對應(yīng)的3D打印效果對比；（d）基于香豆素酮光氧化反應(yīng)的3D打印實物圖。
3D打印是在計算機輔助設(shè)計下構(gòu)建三維實物的增材制造方法，不僅可以制備傳統(tǒng)方法難以獲得的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，而且還能夠根據(jù)個性化需求在所打印的結(jié)構(gòu)上集成特定的功能，因此被譽為將帶來“第三次工業(yè)革命”的新技術(shù)。然而，在基于光聚合反應(yīng)的3D打印中，側(cè)向光聚合難以避免，導(dǎo)致打印分辨率不高。
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Ansys Zemax | 利用 Kogelnik 方法模擬體全息光柵的衍射效率
，“厚全息光柵的耦合波理論”，貝爾系統(tǒng)技術(shù)公司J.48，2909-2947（1969）。
Bjelkhagen，H.和兄弟頓 - 拉特克利夫，D.，超現(xiàn)實成像：模擬和數(shù)字彩色全息術(shù)的先進技術(shù)。CRC出版社， 2016.
程漢祥，田曉超然，“一種先進的多色全息光學(xué)元件光線追蹤模型”，SPIE 11188，全息、衍射光學(xué)及應(yīng)用IX，1118817（2019年11月18日）;https://doi.org/10.1117/12.2537762
