彩虹全息概述
从商品包装的角度考虑，包装防伪标识不仅应该具有较强的防伪功能，而且更重要的是当在包装上使用了防伪标识后，标识不仅不破坏原来包装图案的整体协调感和装潢效果，而且应该增强原包装的装潢促销功能。目前常用的全息防伪标识主要采用彩虹全息图。所以本书重点介绍彩虹全息图的制作工艺。
彩虹全息是用激光记录的全息图，用白光再现单色或彩色像的一种全息技术，从再现像与原物色彩之间的异同，彩虹全息又可分为假彩色彩虹全息和真彩色彩虹全息两类。
彩色彩虹全息的基本特点是在记录系统中适当位置加入一个狭缝，其作用为限制了再现光波,以降低图像的色模糊，从而实现白光再现单色或彩色像。彩虹全息首先由本顿受到全息图的碎片能再现物体完整像的启发，在1969年以二步记录全息（二步彩虹全息）的方式提出的。
二步彩虹全息先记录一张离轴菲涅耳全息图（称主全息或掩膜），如图1（a）所示。用记录主全息时的逆参考方向的共轭光照明主全息图，使其再现孪生实像，靠近主全息放一个宽为a的水平狭缝S，以限制衍射光束即以狭光束构成孪生实像，如图1（b）所示。这样记录的全息图即为二步彩虹全息。用再现白光照明这彩虹全息时，物体和狭缝的再现像将激光记录时，再现像束中红、绿、蓝（R、G、B）三种颜色波长光的再现像和狭缝像处在不同的位置，这样，在不同波长狭缝像的位置即看到不同颜色的像，这就是能用白光照明全息图再现单色像的原因。如果人眼沿z轴移动，使几种颜色的光进入眼睛，就会观察到像的颜色像雨后天空中的彩虹一样，这就是彩虹全息命名的由来。
图1 二步彩虹全息图的记录与再现
(a)主全息记录光路 (b)二步彩虹全息记录光路 (c)白光再现像
因为本顿提出的二步彩虹全息要记录二次全息图，手续较繁，易产生噪声，且不能对再现像的颜色的观察方位作设定。所以，后来发展了一步彩虹全息、加场镜的一步彩虹、像散二步和一步彩虹、无狭缝彩虹、无透镜彩虹、条形散射屏综合狭缝彩虹、编码二步彩虹和零光程差彩虹全息等多种彩虹全息技术。考虑到商品包装对防伪标识应具备能用专色表示品牌特色的功能，能通过景特色彩的设计，景特纵深感强、装潢效果好和色彩鲜艳多变引人注目等要求，本书仅介绍具有色彩编码功能的彩虹全息的制作工艺。
彩虹全息特点
现在我们分析一下彩虹全息图的特点。由于记录全息图H时，物光束受狭缝S的限制，只是—束细光束投射在H上，因而对应—个物点Ol的信息在全息图的y方向上只占了一小部分H0。对于这一部分全息图，也可以叫做线全息图(图2)。
由于一个物点的全息图的大小在y方向(铅直方向)受到限制，在x方向(水平方向)不受限制。这样再现像在y方向便失去了体视感，在x方向仍有体视效应。
图2 彩虹全息特点 图3 颜色设计原理
彩虹全息原版的记录方法
从上面的分析我们知道，当用白光照明彩虹全息图时，在与不同波长再现狭缝像对应的角度可观察到不同的颜色，这表明如果在彩虹全息的记录时，对狭缝的位置作适当设计，就能在特定角度观察到特定的单色或彩色像。为了使白光再现的彩虹全息图能在某一观察角度能再现出彩色像，人们对狭缝的位置作了特殊设计。本书介绍用三狭缝面积分割法进行假彩色编码设计的方法。所谓假彩色是指再现像的颜色与物体的颜色不一致，而真彩色是指再现像的颜色与物体相同。
1．假彩色编码单色设计
要得到预定的颜色组合，必须按光路参数来设置缝间距。本小节主要讨论如何设计原版全息像各个层或一个层次上不同部位的颜色，具体地说，就是如何根据记录光路的参、物光波间夹角和记录波长设计缝间的距离。
由于制作浮雕型彩虹全息图所用记录材料的限制，记录时要用偏紫的激光，故一般来说 ，而光路安排上往往希望狭缝设计在干版中心法线的两侧，故狭缝位置设计时往往取。对色彩要求不高的多色全息图，根据 和 的参数，各个狭缝之间的距离只要使再现像的颜色分开即可。当 一定， 大或狭缝宽度小时，再现像的色彩比较纯。 受到记录全息材料的分辨率限制，一般在35°左右。当狭缝宽度小时，制作全息图的物光比较弱。注意，实际上用白光再现全息图时，其中各个波长狭缝并不在一个深度上。
2 假彩色编码复色设计
3 多狭缝彩虹全息
在二步彩虹全息的记录光路中，我们看到对主全息图，只利用了一窄条部分。很容易联想到将一块干版分为若干带状区域，每个带状区域记录一个物体或一个物体的不同部分。当第二步记录时使它们同时再现并记录在一张全息图H上，这就叫作多狭缝彩虹全息，当全息图用激光照明再现时，则在某一狭缝像的位置观察，即可看到对应该物体的像。如用白光照明再现将看到所记录的各个物体以不同的颜色出现；若记录的是一个物体不同的部分则在一定的位置可看到整个物体以不同的颜色出现，这种情况就叫作对物体的假彩色编码。多狭缝彩虹全息也可用一步法完成，这主要在成像透镜的入瞳或出瞳面上设置多个狭缝。
加密彩虹全息原版记录方法主要是通过对主全息图的横向面积分割和色散观察窗的设计，产生物体的色序，以达到加密防伪的目的。它采用的加密方法主要有莫尔技术加密法以及随机位相编码光学防伪两种方法。
莫尔技术加密法
加密全息标识就是指在原有全息标识图像版面上的某个部分或整个版面置人密码，密码是以一些特殊函数的变换谱或光学现象为物理模型。当密码最后以光学图案形式显现出来的加密方法称为“显型加密码法”。而“隐型加密码法”必须用解码器才能读出所设计的密码。隐型密码与显型密码的不同之处在于隐型密码是隐蔽的,观察者一般不会发现加隐型密码的全息标识有什么特别之处。但是只要拥有记录过程中所用的另一函数的物理模型,即解码器,将其贴于标识上并旋转过一个角度,才可读出事先设计好的二个函数方程叠加所得结果,即一种新图像。而且此新图像和产生它的两个函数的图像可以完全不同。真因为如此“隐型密码法”在辨别真伪、防伪打假上比目前的许多防伪手段更有效。
1．莫尔现象的基本规律
光学莫尔图像是由两个频率相似的周期性图形叠加而成的。我们用两块光栅相叠合说明莫阿条纹的形成，光栅的特性用它的透射系数或透射本表征。
2 莫尔图像的特点是：
①它的形状和条纹间隔取决于构成它的两个周期图形的形状和重叠时的放置情况。
②它的形状与构成它的两个周期图形的形状可以完全不同。
因此不同的周期图形及不同的放置可以形成各种不同的莫尔图像，而从看到的莫尔图像却很难推断出构成它的图形的形状，使全息标识伪造者无法仿制，这就是采用莫尔技术制作全息密码的道理。莫尔密码的制作就是将莫尔图像用全息的手段记录在全息标识的某个部位或整个版面。制作过程通常采用两步法，也可以在制作第一张菲涅尔全息图时就记录进全息标识的版面中。
由光栅莫尔条纹形成规律可知，图形周期性的选择确定了莫尔图的形状和条纹间距，因此只要适当选择两个周期性图形，将其中一个制作在全息标识上，另一个制作在一块单独的全息版上（即解码版）由解码人收藏，当解码人将解码版放在记录了该密码信息的全息标识上并旋转某一角度，就可以在阳光下看到莫尔图像。如果将解码版放在没有注入全息密码信息不同的全息标识上，就看不到预计的莫尔图像，这样就可以马上判断出这张全息标识是伪造的。由于全息标识是记录在光刻胶版上，而光刻胶版是位相型，因此用单束激光记录在全息标识中的密码信息显影以后肉眼看不到；如果解码版也用光刻胶版，显影以后也只是一块白板，连持有解码版的人也不知道版内信息是什么；这样，就更增强了伪造性能。这种判断全息标识真伪的方法迅速可靠，与已有的方法比较，
3莫尔全息制版工艺
首先借助计算机绘图软件,描绘出各种线族,形成莫尔图。然后将形成令人满意莫尔图的两函数图像模型之一输入原有全息标识版面的某个部分或整个版面并分别进行精缩制版,然后制成反差片D将其记录在曝光好但没有经过显影的全息标识光刻胶版上,最后与全息图一起进行显影处理。由于记录时只是用单光束拷贝且显影后完全是位相型,所以无法读出,因此并不影响原有全息标识的质量。当我们用记录有另一函数图像模型的反差片贴于全息标识版面并旋转过一个角度,就能读出清晰的莫尔图。解码器上的信息与全息标识上的信息紧密相关,莫尔图显现时这两个信息缺一不可。
随机位相编码光学防伪
随机位相编码光学防伪技术主要有下列二种，一种是由一块包含大量象素的平面型相位模板来构成。普通的光强探测器不能探测编码板上的出每个象素的位相延迟，所以很难读取相位模板的内容。不知道相位编码密匙，就不可能再生图像。用相位模板对待保护图象商标和卡上的信息等编码加密，用光学相关器实现解密检测，只有真正的相位模板，才具有与防伪信息相关的高的相关峰。第二种是比第一种防伪性能更强的双随机相位模板光学防伪技术。这种技术用两块独立的随机相位模板分别对待保护图象在空间域和傅里叶频域进行编码，将原始图象编码为固定白噪声，如果不知道两个位相密匙，不可能恢复图像。该方法可进行需要高度安全的图象加密。虽然相位编码方法具有保密性好的特点，但是加密后图象是复数，这就给防伪卡的制作带来困难，检验也需要两个液晶电视，一个用于相位，一个用于振幅。且由于散斑噪声会造成重建图象的分辨率下降，甚至不能分辨制版较困难。
真彩色编码全息原版记录方法
彩色全息术的目的是记录和再现一种颜色与原始物体十分接近的三维像。它涉及到颜色光学和色度学中的问题。从全息像的颜色分就有彩色全息和无彩色(或称消色)全息两大类。本节仅讲述主要的几种透射式真彩色全息图记录方法。
透射真彩色全息图有很多记录方法，例如用三基色激光，利用一步法或二步法彩虹全息记录光路可直接记录二维三维物体的真彩色全息图。对于二维物体通过分色后的三张黑白正片可用单色光记录真彩色全息图。对于三维物体也可第一步用三基色激光。第二步用单波长记录，得真彩色全息。用单色光记录的真彩色全息图适于制作模压全息的浮雕母版。
1 单波长激光记录二维真彩色全息图
2 二步真彩色彩虹全息
3 单波长二步法真彩色彩虹全息
计算全息图原版制作方法
计算全息图与光学全息图不同，它不需要物体的实际存在，而是把物体光波的数学模型输入计算机处理后由计算机控制绘图仪画出阴极射线管显示的编码图样，再翻拍到感光片上制成的。编码图是由透明和不透明两种格点组成的，因而也称为二元计算全息图。若计算机与电视联接，指令电子束在荧光屏上扫描，则编码图样就由强度不同或者说灰度等级不同的格点组成，翻拍后称为灰阶全息图。计算全息图也有像全息、菲涅耳全息和傅立叶变换全息之分。
计算全息图（缩写符号CGH）的制作过程一般可分为四色：
①选择物体或光波面的数学表达式，并进行抽样；
②计算物光波在全息平面上的光场分布；
③把上述光波场编码成全息图的透射率变化；
④把上述折射率变化显示在阴极射线管上或曝光在照相软片上，或由绘图仪输出在绘图纸上，用光学再现装置再现成像
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