G03H1/00
1.本发明人李宗诚请求对发明“演化信息照相技术”拥有占有权、生产权和 经营权。为此，提出如下保护范围。
一、独立权利要求
(一)前序部分
本发明属于光学信息处理技术领域。
现有技术中与本发明主题密切相关的技术特征是：在平面感光材料上利 用被分为双光束的相干光记录物体光波的振幅和位相信息，并进而可重现物 体的三维图象(现有全息图技术特征)，以非线性振荡电路为基础而产生具 有非平衡演变性的输出(非线性电子技术特征)。
(二)特征部分
本发明的技术特征是：发明电致受激光级联簇射器以产生具有级联演变 性的新相干光源，建立分级高感光度照相底板以记录演变物体光波的级联振 幅和级联位相信息，从而可再现含时间维的物体四维图象。
2.二、从属权利要求
(一)引用部分
引用的权利要求①：发明电致受激光级联簇射器以产生具有级联演变性 的新相干光源。
引用的权利要示②：建立分级高感光度照相底板以记录演变物体光波的 级联振幅和级联位相信息。
(二)特征部分
(1)对于引用的权利要求①本发明附加的技术特征是：以非线性电路为 基础，利用X射线管产生最初演化级上的高频光辐射。
(2)对于引用的权利要求①，本发明附加的技术特征是：以非线性电路 为基础，利用氙灯(或氪灯)产生较高演化级上的低频光辐射。
(3)对于引用的权利要求①，本发明附加的技术特征是：在与快门相应 的有效时间内，可通过对电势差的控制而将光辐射从最初演化级调到当前演 化级上。
(4)对于引用的权利要求②，本发明附加的技术特征是：选用对于级联 振荡波长有较高感光度的感光材料作为照相底板。
演化信息照相技术
(一)本发明全称为“演化信息照相技术”，可简称为“广义全息术”或“演摄 术”。
(二)本发明属于光学信息处理技术领域。
(三)对本发明的理解、检索、审查最相关的现有技术，是近二十多年来发展 迅速的全息技术。全息摄影是Gabor于1948年研究成功的，有关文献可参 见D.Gabor：Nature161，177(1948)；D.Gabor：Proc.Roy.Soc.A197， 454(1949)；Proc.Phys.Soc.B64，449，(1951)。当时，由于电子透镜的象 差。使电子显微镜分辨率的提高遇到了很大困难。Gabor使电子束构成的物 体衍射波与相干的背景波重合，将物体衍射波的振幅和位相以干涉条纹的形 式记录在照相底片上(他首次把这种记录取名为全息图)，然后用波长范围 比电子束波长大105倍的光波照明此全息图，加以光学放大，得到了重现的 物体。但是，由于Gabor的全息术使用从物体周围透过的背景光作为参考 光，所以只适用于有限物体，并且不能得到理想的重现光。1962年Leith等 人利用激光作相干光源，并利用物体的衍射波与从物体旁侧通过的倾斜的参 考光发生干涉制作全息图，而后用倾斜的照明光重现的方法，解决了Gabor 方法中的某些缺点(参见E.N.Leith and J.Upatnieks：J.opt.soc.Amer.52， 1123(1962)；J.Opt.Soc.Amer.53.1377(1963))。另外，他们还记录了漫反 射物体的全息图，由此而得到物体地立体重现象(参见E.N.Leith and J.Upatnieks：j.Opt.Soc.Amer.54，1295(1964))。此外，在1962年 Denisyuk发表了另一种全息术，就是在物光波照射全息图的同时，使参考 光从背面以相反的方向照射全息图，从而得到三维记录(参见 Yu.N.Denisyuk：Soviet Physics-”Doklady”7，543(1962)；Optics and Spectrosc.15，279(1964)。自Gabor发明全息术以来，全息术有了显著发 展，出现了菲涅尔全息术，象面全息术、夫琅和费全息术、傅里时变换全息 术等各种全息术。有关文献可参见J.B.DeVelis，G.B.Parrent，Jr.and B.J.Thompson：J.Opt.Soc.Amer.56，423(1966)；G.W.Stroke：“An Intro- duction to Optics of Coherent and Non-Coherent Electromagnetic Radia- tions，＂P.137；The Univ.of Michigan.March(1965)；L.Mertz and N.O.Young：“Proc.Conf.Optical Instruments and Techniques，”P.305， Chapman and Hall(1962)。虽然全息术有许多新的发展，但无论哪一种都 可认为是基于Gabor、leith和Denisyuk所研究的全息学原理。
对本发明的理解、检索、审查有参考作用的另一项现有技术，是近十多 年来出现的非线性振荡电子技术。回顾非线性振荡的研究史(参见Kennedy M.P.，Chua L.O.，IEEE Trans.Circuits and Systems，33(1986)974)， 我们可以知道，虽然早在1927年荷兰无线电工程师Vander P01等在三极管 振荡电路中就已看到“不规则的”现象，但由于当时技术不够发达，没有对这 种分叉一混沌现象给以重视。重要的倍周期分叉现象也直到1978年才由美 国物理学家Feigenbaum发现(参见M.J.Feigenbaum，J.Stat.Phys.，19， 25(1978)；21，669(1979))。1979年3位苏联学者提出了修正的Vander Pol振荡器，发现了复杂输出(参见Zongh G.O.，Ayrom F.，Int.J.Circuit Theory Appl.，13(1985)93；程极泰，《自然杂志》，12(1989)668； Matsumoto T.et al，IEEE Trans.Circuits and Systems，32(1985)797)。 1981年P.S.Linsay对含变容二极管的RLC振荡电路(附图1)进行实验研 究(Tang Y.S.et al.，IEEE Trans，Circuits and Systems，30(1083) 620)。此二极管的电容随电压变化的规律是C＝C0(1＋βV)y，其中C0，β 和γ是常数。当讯号发生器的输出电频较低时，RLC回路响应是线性的， 有一确定共振频率ν。将发生器调到此频率上，以讯号电压V为控制参量， 当V增至阈值V1时，突然有二分频ν/z…………，当V增至阈值Vn时， 突然有2n分频ν/2n，这些阈值Vn按Feigenbaum普适常数δ收敛。实验 结果与理论预计值比较列于表1。1984年L.O.Chua设想一3阶非线性自治 电路(参见Chua.L.O.et al.Int.J.Circuit Theory Appl.，14(1986)315)， 此电路可与Lorenz混沌模型相比。1986年黄安山在Chua电路中发现“周期 一混沌一周期加(减)1律”，继而又在该电路中到了混沌消失时的边界 (黄安山，《电子学报》，18，2(1990)121)。实际上，在其他3阶自治电 路，例如仿Chua电路、双回路3阶自治电路中，都存在着相同现象。特别 是在仿Chua电路中遵循着一条完善的规律：从平衡点开始Hopf分叉由倍 周期进入混沌，然后从周期2开始经倍周期进入混沌，再后从周期3开始… …(参见Chua.L.O.，Madan R.N.，IEEE.Circuits and Devices Magazine，1(1988)3)。
(四)本发明的目的，是想设计并建立一种新型照相装置和方法，以使 人们不仅能够在平面感光材料上记录物体光波的振幅信息和位相信息，而且 能够在这种具有立体性质的三维光学信息处理技术基础上引入时间维，从而 在平面感光材料上记录物体光波的演化振幅信息和演化位相信息，实现对非 平衡演变过程进行四维光学信息处理。
现有各种全息术，不论菲涅尔全息术、象面全息术、夫琅和费全息术、 傅里叶变换全息术，还是相干全息术、脉冲激光全息术、非相干全息术、积 分照相术，或是电波全息术、声波全息术、X射线全息术、电子计算机全息 术，都基于Cabor、Leith和Denisyuk所研究的全息学原理，因而都只能重 建三维图象。至于对反映时间进程的演化信息，现有全息术则无能为力了。
作为演变结果的物体不仅都是三维信息载体，而且都是与过去和现在相 联系(甚至还与未来相联系)的含时信息载体。全息照相技术使得全息照片 的每一点不论大小都保留有被摄物体的全部信息，全息学由此而指明：部分 保留有整体的信息。现在，本发明人试图通过创造广义全息技术使得广义全 息照片的当前图象保留有被摄物体的过去信息(甚至潜存有被摄物体的将来 信息)，并由此而以新原理的形式指明：当前物体保留有过去的信息(甚至 当前物体潜存有将来的信息)。实际上，近现代科学研究的大量成果(包括 生物进化学说、地质分析、考古学、全息生物学、天体物理等)已经证实了 这一点。本发明人现在所要做的，主要是从技术上实现对被摄物体过去形象 的重演和对被摄物体未来形象的预演。
(五)现从科学基础、工作原理和基本构成三方面介绍本发明的内容。
1、科学基础
生物进化学说(包括新达尔文主义)、地质分析、考古学、全息生物 学、高能物理、天体物理等近现代科学大量研究成果已证实：物体由部分演 化而来，就是说，物体由微观粒子、从而由原子、进而由分子、再进而由分 子结合体(生物体由生物大分子)演化而来。由此我们可以断定：只要部分 不消失，整体的过去信息就不会消失。从而可将“部分保留有整体的信息”这 一全息学原理拓广到时间进程中：部分不仅保留有整体的现在信息，而且保 留有整体的过去信息，甚至可能保留有整体的将来信息。
要在平面感光材料上摄取物体的四维信息图象，就必须有相应的新相干 光源。我们知道，利用γ射线、硬X射线的强穿透力，可获得由物体内部微 观粒子、原子分子或细胞载运的整体三维信息图象；利用软X射线、紫外 线的照射力、可获得由物体表层内组织运载的整体三维信息图象；利用可见 光、红外线的辐射特性，可获得由物体表面部分运载的整体三维信息图象。 为了摄取物体以往各个演化阶段上的广义全息图，就必须有一种能够分级产 生不同波长电磁辐射的演化光源。这种光源实际上是存在的，如大气中的宇 宙线电磁级联簇射，高能多光子过程等。对这种新光源，本发明人从科学上 做了如下探讨(详见本发明人李宗诚在1994年将要出版的学术刊物《光谱 学与光谱分析》上发表的论文“N级分叉一混沌光子模型及其演化波谱研 究”)。
本发明的基础由RLC振荡电路系统构成。本发明所以要采用非线性电 路，是由于有不少实验和理论分析(前面已列出有关文献)已表明，许多非 线性器件、电路和系统能够呈现一种远比经典电路所呈现的直流稳态响应、 周期响应、子谐波响应、超谐波响应和殆周期(准周期)响应更为复杂的响 应，而这种复杂响应与生物体的复杂响应是相适应的。
从前面提到的非线性振荡电路实验结果，我们可以断定：ⅰ)随着分叉 级数n的增加，非线性振荡以Z(n)倍周期而递增；ⅱ)在第n级分叉上， 非线性振荡由Z(n)个分叉波迭加而成。这里，Z(n)取整数值。关于这 一点，可参见发明人李宗诚在《1994年全国自动化控制理论学术论文集》 发表的论文“自组织控制系统分析方法：分叉一混沌信号与N级分频谱变 换”，还可参见本发明人李宗诚在1994年将要出版的学术刊物《数据采集与 处理》上发表的论文“关于非平衡信号的采样间隔和频率”。
在将非线性电路引入探测器或加速器的条件下，由非线性振荡电路实验 结果，我们可以看到：电子具有N级分叉波动性；第n级分叉波的频率应 为ν/z(n)、波长应为z(n)λ。特别地，当n→∞，电子具有混沌波动 性；当n＝0，电子具有de Broglie波动性。
根据电子光学所确认的如下事实：A)在电场和磁场中控制电子运动轨 迹的规律(最小作用量原理)与折射率有变化的化学媒质中控制光线的规律 (费马原理)之间的相似性；B)L.V.德布罗意于20世纪20年揭示了电子的 波动性及其与光波的相似性；进而，考虑到电磁级联簇射及其它高能多光子 过程，我们可以看到，在将非线性电路引入发射器的条件下，光子将具有倍 周期演变性，而且以分叉一混沌波为基本演变形式。关于这一点，可参见本 发明人李宗诚在1994年将要出版的学术刊物《光谱学与光谱分析》上发表 的论文“N级分叉一混沌光子模型及其演化波谱研究”。本发明人给出如下两 个重要结论：
①根据Feigenbaum分叉间距等比关系(见M.J.Feigenbaum， J.Stat.Phys.，19，25(1978)；21，669(1979)〕
Δn/Δn-1→δ＝4.669201609……
则N级分叉光子的速度应为
式中，η0为未分叉时段[t0，t1]在一特定演变时段[t0，t]中所占的比重，且0≤ η0＜1；η1为一级分叉时段[t1，t2]在一特定演变时段[t0，t]中所占的比重，且0≤ η1＜1。
②N级分叉波的频率和波长应为
2、工作原理
以上述科学内容为基础，本发明人提出广义全息术原理如下：
广义全息术的第一步是把物体各演化级光波波面的全部振幅和位相信息 记录在广义全息图上。用作广义全息图的记录材料是照相底片或其他感光材 料，它们必须对非线性振荡波长有较高的感光度。这里应采用具有级联演变 性的相干光作为光源。并将它分成物体级联照明光和级联参考光，前者经物 体表层内至表面不同深度上各部分的级联衍射后与级联参考光在广义全息图 上重合，从而形成级联干涉条纹，并作为级联强度分布记录下来。在附图2 中，设由物体级联衍射后到达广义全息图H{N}的演变物各级分叉光波的复振 幅为A0，〔n〕(x(t)，y(t))，相干光源R发出，到达广义全息图H{N}的各级分叉参考 光波的复振幅为Ar，〔n〕(x(t)，y(t))。这里有如下两两对应的复振幅：
A0，〔0〕(x(t)，y(t))←→Ar，〔0〕(x(t)，y(t))
A0，〔1〕(x(t)，y(t))←→Ar，〔1〕(x(t)，y(t))
A0，〔2〕(x(t)，y(t))←→Ar，〔2〕(x(t)，y(t))
…… ……
A0，〔N〕(x(t)，y(t))←→Ar，〔N〕(x(t)，y(t))
设A0，〔N〕与Ar，〔n〕相遇所产生的干涉条纹的强度分布为I〔n〕(x(t)，y (t))，则
I[n](x(t)，y(t))＝|Ar，[n](x(t)，y(t))＋A0，[n](x(t)，y(t))|2 (3)
I[n](x(t)，y(t))＝|Ar，[n](x(t)，y(t))|2＋|A0，[n](x(t)，y(t))|2
＋A*r，[n](x(t)，y(t))A0，[n](x(t)，y(t))
＋Ar，[n](x(t)，y(t))A*0，[n](x(t)，y(t)) (4) 式中*表示共轭复数，利用与各级分叉干涉条纹强度I〔n〕(x(t)，y(t)) 成正比的曝光量在照相材料H上曝光、记录之后，我们可得到广义全息 图。
广义全息术的第二步是由感光广义全息图重现演变物的级联演变光波。 设具有级联演变性的重现照明光AC，〔n〕和广义全息图记录时的参考演变光 完全相同，即AC，〔n〕＝Ar，〔n〕。当用照明演变光AC，{n}照明广义全息图，可得 透过广义全息图的光的振幅分布的光的振幅分布 ，y(t))为：
3、基本构成
本发明是由电致受激光级联簇射器、多级波长高感光底板、分光器、透 镜系统等组成的演化信息照相装置，如附图3所示。
电致受激光级联簇射器是本发明的主要部件。它可产生具有级联演变 性、级联定向性和分级单性的高相干光源。此部件由三部分组成：工作物 质，以非线性电路为基础的激励系统和级联演化光学共振腔，如附图4所 示。在这里，工作物质是指用来实现粒子数反转并产生光的级联受激簇射作 用的物质系统。以RLC非线性振荡电路为基础的激励系统，是为使级联簇 射光工作物质实现并维持粒子数反转而提供能量来源的机构或装置。根据工 作物质和超光器运转条件不同，可采取不同的激励方式和激励装置。但这些 不同的激励方式和装置，都必须以非线性电路为基础。见附图5，这里是非 线性光学激励系统，即是利用以非线性电路为基础的外界光源发出的光来辐 照工作物质以实现粒子数反转，整个激励装置可由气体放电光源组成。
最重要的是，为了能够透射物体表层内以便从广义全息图提取演化信 息，电致受激光级联簇射器发射的最初演化级上的光波的频率应较宽而波长 应较短，例如，发射的最初演化级上的光为软X射线，其波长应在200～ 1000之间。对于广义全息图所包含的当前信息，电致受激光级联簇射器发 射的当前演化级上的光波的频率应较窄而波长应较长，例如，发射的当前演 化级上的光为通常的可见光。
感光材料对于级联演化波长应有较高的感光度，而且，这里要求感光材 料的空间频带宽度由大到小呈级联分布。对于广义全息图，需要记录多级分 频的干涉条纹，因此使用各级分辨率分别高于各级记录分频的感光材料。
(六)本发明的优点
本发明的最大优点是能够在平面感光材料上处理包含时间维在内的四维 光学信息图象，从而提取物体的演化信息。具体说来，本发明主要有如下优 点：
1、通过采用非线性振荡电路技术，将受激光辐射技术和受激光散射技 术结合起来，从而将受激光辐射效应和受激光散射效应综合起来，产生具有 级联演变性的新相干光源；
2、通过采用对级联演化波长有较高感光度、各级分辨率分别高于各级 记录分频的感光材料，为载有演化信息的四维全息图提供可靠的物质基础；
3、由于为重现物体的演化过程而采用与原来的级联演变性相干光源相 对应的电致受激光级联簇射，因而可以帮助人们重建载有演化信息的四维全 息图象。
由于具有上述优点，本发明可广泛应用于科学研究、技术开发、文化、 工业、农业、医药、艺术、国防、公安侦破、档案分析、地质勘探、商业以 及民用照相等领域。
(七)附图说明如下：
附图1--本说明书前面对此图已有说明。现进一步指出，图1所给的实 验，在许多实险室都不难做到，而且三十年代就有人发现过非线性电路中的 倍周期分叉现象。曾有五十年时间科学家对非线性电路进行了不知多少研 究，却漏过了这里的分频现象。
表1--美国物理学家Feigenbaum对许多非线性函数进行过叠代试验， 都得到分叉间距之比δ和分叉宽度之比α为
δ＝4.669201609……
α＝2.502907875……
这并不是巧合，而是自然界的普适常数。
附图2--本说明书第(五)部分对此图有说明。
附图3--本说明书第(五)部分对此图有说明。
附图4--本说明书第(五)部分对此图有说明。
附图5--本说明书第(五)部分对此图有说明。
(八)实现本发明的最好方式如下：
首先，我们可采用X射线管、氙灯、非线性电路、工作物质、光学共 振腔组成电致受激光级联簇射器，以产生具有级联演变性的相干光源。X射 线管如附图6所示，当加热了的灯丝发出的电子经过较大的电势差加速并打 在金属靶上时，就产生X射线。氙灯电路如附图7所示。
对整个电致受激光级联簇射器，可用电势差作为控制参量，在与快门相 应的有效时间内，可通过对电势差的控制而将光辐射从最初演化级调到当前 演化级。
其次，采用分光器将电致受激光级联簇射器发射的级联演变性相干光分 成两束：一束为级联参考光Ar，{N}，另一束为物体级联衍射光A0，{N}。如附图 8所示。透镜用来扩展级联演变光束但不改变它们的相干性质。
又次，采用对级联振荡波长有较高感光度的感光材料作为照相底板，级 联参考光束和被反射的级联光束在照相底板上干涉时就形成广义全息图。
最后，采用与原来的级联演变性相干光相应的级联演变光照明广义全息 图，以重现演变物体。
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