奇妙的全息照相技术

第四节　奇妙的全息照相技术

全息照相基本原理

普通照相是运用透镜成像原理，使物体在感光底片上成一实像，把物体的影像记录下来，其记录的仅仅是物体表面发射光波的振幅信息，即光的强度。而全息照相则是运用光的干涉原理，使感光底片上不仅记录光的强度信息，还记录了跟物体三维结构记录密切相关的相位信息。所谓全息，就是把物体发出或反射的光信号的全部信息包括光的振幅和相位全部记录下来，在再现被摄物体时就能得到物体的立体图像，这种摄像技术称为全息术，是1948年，伦敦工学院的伽伯教授发明的。全息术是一种两步成像的过程，包括光波记录和重现过程。

1.全息照片的拍摄

图7　全息照片的拍摄原理图

S－激光器；P－分束镜；M－全反射镜；

L－扩束镜；O－物体；H－全息干板

如图7所示，在拍摄过程中，将激光器发出的激光束用分光镜分成两束，其中一束经扩束透镜扩束后照射到被摄物体上，再经过物体反射后照射到感光底片上，这部分光叫做物光。另一束通过反射镜改变光路，并经扩束透镜扩束后直接照射到感光底片上，这部分光叫做参考光。

由于两束光在感光底片上相互叠加，形成干涉条纹，与参考光具有相同相位的那部分反射光干涉后形成亮纹，而与参考光相位相反的那部分反射光干涉后形成暗条纹，这样，被摄物体反射光中的振幅和相位信息分别以干涉条纹的反差和条纹的疏密分布形式储存在感光底片（称为全息干板）上，经过显影、定影等适当的处理，就得到一张全息照片。

图8　全息照片的显示过程

1－激光器；2－50%；3，4－全反光镜

5，6－扩束镜；7－全息于板

2.全息照片的显示

全息照片与普通照片不同，要看到被摄物体的像，必须用一束波长同拍摄时一样的激光束沿相同方向照明全息照片，还原物光波的振幅和相位信息，重现物光波，这就是全息照片的显示过程，如图8所示。

因为，在全息干板上的每一个位置都能同时记录到来自物体的信息，正如用两只眼睛所看到的远处目标的外貌，也可以用一只眼睛看到同样的外貌，所以只要从全息底片上取出一部分，就包含了物体某一角度的完整信息，即使全息照片变成碎片，仍能观察到物体的立体图，只是视角略有不同，分辨率变差了而已。

全息照相技术仍然在发展之中，如目前的全息照片拍摄仍只能在全息防振平台上进行，照片越大，激光束的功率越大，人们还无法制成一架全息照相机或全息摄像机，对大自然进行直接拍摄，随着研究的不断深入，我们相信全息技术会更加完备和方便。

全息照相的特点

全息照相与普通照相相比有以下独到的特点。

①它再现出来的像是跟原来物体一模一样逼真的立体像，跟直接观察实物感觉完全一样。

②把全息照片分成若干小块，每一小块都可以完整地再现原来物体的像，所以全息照片即使有缺损，也不会使像失真。

③在同一张感光片上可以重叠记录许多像，这些像能够互不干扰地单独显示出来。

④全息照片很易复制。

⑤全息照片不像普通光学照片那样是逼真而直观的形象，而是密密麻麻的明暗条纹，需要复杂的激光再现系统才能观察到三维像。

激光全息的妙用

用激光产生的高质量全息图的技术在很多领域得到广泛的应用，主要的应用如下。

①可用于研究三维物体的微小变化。复杂物体内部的缺陷和压力，识别指纹等。

②全息技术与训算机作图相结合，可以制作某项艺术品或工程计划的三维图，看到作品的全貌，便于对方案进行修正。

③生物学家和医生用激光全息技术首次记录了活细胞的三维图及其微结构。还可用于眼科和牙科的临床检测。

④由于全息照相再现物体的立体感很强，如果连续摄像，再现时即可看到活动的立体景象，这就是立体电影和立体电视。

⑤全息显微术扩大了普通光学显微镜的使用范围，不仅为普通显微镜提供了一个三维像，还加大了显微镜的景象。

⑥由于全息图难于伪造，因而被附加在信用卡中以加强保密功能。

⑦借助全息技术实现大容量高密度信息存储的效果更是惊人。一张10cm×15cm的全息卡片上就可以记录30兆比特的计算机信息。另外，整块固体介质材料对信息进行分层存储，使信息存储的密度和容量达到令人难以想像的程度。有报道称，根据理论推算，世界上最大的图书馆之一的美国国会图书馆的全部资料，竟可全部存储在一块糖果大小的全息记录固体介质之中。

总之，随着科学技术的日益发展，我们完全有理由相信，您具有一张自己的全息相片的日子不会再遥远。