全息照片

全息照片( hologram)是一種記錄被攝物體反射（或透射）光波中全部信息的先進照相技術。全息照相的原理是依據光的干涉原理，利用兩束光的干涉記錄被攝物體的信息。全息照片不用一般的照相機而要一台激光器。激光束被分光鏡一分為二，其中一束照到被拍攝的景物上，被稱物光束；另一束直接照到感光膠片即全息幹板上，稱為參考光束。當物光束被物體反射後，其反射光束也照射在膠片上，就完成了全息照片的攝製過程。彩虹全息照相技術還可拍立體圖像。

全息照片為什麼會有這樣的一些特點？為什麼普通照片沒有這些特性呢？這要從拍攝的原理談起。

假如用一束激光照明一個微小顆粒。從小顆粒上反射出來的光波基本上是不斷向外擴大的球面波。我們向小顆粒看去，是明亮的一點。用照相機為這小顆粒照相時，光波通過鏡頭在底片上形成一個亮點，這一點的亮度與小顆粒反射出來的光強有關。照相底片可以記錄下這一點的亮點，但記不下小顆粒在三維空間的位置，印出來的照片上也只有一個亮點。看起來沒有一點立體感覺。拍攝全息照片時，不用照相鏡頭，而是把一束髮出平面波的激光和小顆粒反射出的球面波一起照到照相底片上。整個底片都受到光照，它記錄下的不是個亮點，而是一組同心圓，當同心圓間隔很小時，看起來，就像是用刀把一個圓蘿蔔切成一片片薄片，疊在一起，成為一組同心環那樣。底片經沖洗後，放到原來的位置，再用拍攝時那束髮出平面波的激光，以拍攝時的角度照到底片上，我們可以看到原來放置微小顆粒的位置上有一個亮點。注意！這個亮點在空間，而不是在底片上，我們看到的光就像是從這個亮點發出來的。所以，全息照片記錄下來的不僅是一個亮點，還包含亮點的空間位置，或者説記下從亮點發出的整個光波。全部奧妙就在於這種新奇的拍攝方法，在於這一束平行（平面波）激光束。這一激光束，我們稱之為參考光束。

因此，任何物體實際上都可以看成是無數個明暗不同的亮點組成的立體圖像。用上面的拍攝方法拍成的全息照片就是無數個同心圓組成的複雜圖形，看起來也是灰暗的一片。同樣，這張全息照片不僅記錄了物體各點的明暗，還記下了各點的空間位置。當用參考光束照射沖洗後的底片時，我們看到的光就像是從原物體上發出來的。所以，我們説它記錄了有關物體發出的全部光信息，全息照片的名稱就是因此而得來的。不過激光全息照片只有在激光照射下，眼睛看上去才有立體的形象，而激光器是一種價格較貴的設備，一張照片要配備一架激光器，除了科研部門、專門的場所中有可能設置外，要普遍、廣泛地應用是不可能的。針對這個缺點。科學家不斷研究，終於發明了一種在白熾燈光下也能看到全息景象的全息照片，稱為白光全息或彩虹全息。

激光全息照的底片，可以是特種玻璃，也可以是乳膠、晶體或熱塑等。一塊小小的特種玻璃，可以把一個大型圖書館的上百萬冊藏書內容全部存儲進去。

如果留心一下報紙上的照片，就能發現它們是由一個個小點子組成的。每一個小點子叫做一個像素，它的密度大約是每平方毫米內有幾個點。而全息照相用的特種玻璃膜層厚約10微米，像點密度每平方毫米內在2000個點以上。在這種底片上，每平方毫米的地方內，可以裝下一張310平方釐米的大照片。在一小塊5毫米見方的薄膜上就能裝下一本200頁厚的圖書。

全息照相機的發明，主要意義不在於照相，它作為激光技術的一個方面，在工業、農業、科研等領域具有廣泛的實用價值。

從照相方面講，這是一種全新的技術。因為全息照片有逼真的立體感，用它來代替普通照片有獨特的效果。在國外，已有人用全息照片做成書的插頁，做成商標，做成立體廣告；博物館用它來代替珍貴文物展出。國外有一家機牀製造公司，到另一個國家開商品介紹會，就用全息照片代替實物辦了一個機牀展覽會。展覽廳裏全部是各種機牀的全息照片，這些全息照片看起來和真的機牀並沒有什麼兩樣，反而更加引起參觀者的興趣。

構思精巧的全息照片也是一件精美絕倫的藝術品。美國和法國等國家都有全息照片博物館，集中了全世界最精美的作品。

全息照相還可以將珍貴的歷史文物記錄下來，萬一有文物古蹟遭到嚴重破壞，即使蕩然無存，我們仍然可以根據全息照相重建。比如像北京圓明園那樣的名勝，當年被英法聯軍焚燬，雖然打算重建，因為不知道整個面貌，就難以完全恢復。如果全息照相提早100多年發明的話，事情就好辦了。

從立體景象的全息照片得到啓發，科學家想到了全息電影和全息電視。實驗性的全息立體電影已經在前蘇聯出現。放映這種電影時，觀眾看到的景象並不在銀幕上，而是在觀眾之中，使人有身臨其境的真實感覺。至於全息電視，因為它涉及的技術問題比較複雜，尚在研究。1982年，德國的電視台播送的立體電視，並不是激光全息電視，它的原理和普通立體電影一樣，觀看時要戴一副特殊的眼鏡。預計到本世紀末，電影和電視又要換代了；到那時，人們的文化娛樂生活，可能會由於激光全景立體電影和激光立體電視的出現而變得更加豐富多彩。

全息照相的另一項重要應用是製作可以在一些特殊場合代替玻璃的全息光學元件。這種特殊的光學元件具有加工方便、小巧、輕、薄等優點。一個凹透鏡可以使光束髮散，一束平行光波照上去變為球面波；我們前面談到的用小顆粒拍攝的全息照片也會把平行光參考光束變為球面波；這樣的全息照片也就是一個特殊的凹透鏡。用類似的方法可以製作出凸透鏡、柱面透鏡等光學元件。這種元件和紙一樣薄，一樣輕，還不會碎。已經有用全息光學元件做成的望遠鏡，它的厚度和一般近視鏡片差不多。還有人報道用全息光學元件做成窗玻璃。這種奇異的窗玻璃不會影響人的視線，卻能反射大量的陽光，兼有窗簾的功能；更有趣的是，可以把它反射的陽光集中到裝在窗檐下的一排太陽能電池上，轉化為電能，供室內使用，真是一舉三得。

全息照相技術有明察秋毫的本領。因為全息照片能精確地再現原來被拍攝的物體，我們可以用它作標準檢查原物有沒有變化；事實上只要有1微米的變化，就可以用全息照相技術檢查出來。科研生產部門，還讓激光全息攝影來擔任成品內在質量的“檢驗員”。檢驗時，給被檢物加上一點壓力或加點熱；如果物體內部有裂痕、微孔，它的表面就會發生相應的變化。儘管這種變化的程度極為細微，肉眼根本無法覺察，但在全息攝影這對“火眼金睛”下面，所有這些瑕疵、隱患，統統暴露無遺。這種方法除了可以精密地檢查內在質量外，還有對被檢物絲毫無損的的優點，特別適用於貴重物品，例如珍貴文物、古代雕塑品的檢測。希臘科學家曾用這種方法查出古代塑像受風化的程度。生產上用這種方式檢查精密零件、飛機蒙皮、飛機輪胎的內在質量。在國外的飛機輪胎工廠裏，已經起用了激光全息照相“檢驗員”。這種方法還被用來作生物學研究，比如研究腦殼受力時產生的形變，研究蘑菇的生長速度等等。

這種全息照相也包含着豐富的信息，而且完全取決於製作時採用的景物和拍攝方式，就像加了密碼一樣。沒有原始印版，無法複製。因而，它成為防止偽造的有效手段。已經在紙幣、信用卡、磁卡及外交簽證等憑證上出現各種全息標識以防偽造。在我國，也已有不少廠商採用全息照相商標來防止有人偽造商標，欺騙顧客。

還在發展當中的是全息存貯技術。我們在談全息照相特點時提到過的存貯信息，也就是記錄信息的能力。從理論上計算，用光盤存貯信息，每平方釐米可以存貯的信息約為106位，而用全息存貯，每平方釐米可以存108位，高100倍！而且讀出信息的時間只有百萬分之一秒！

當前，已經可以把信息存到材料裏面去，全息照相用的材料不是一薄層底片，而是整個一塊晶體可以存入10萬冊圖書，一個圖書館只要保存幾塊記錄晶體就可以。這看來帶有一點幻想色彩，然而是有希望做到的。更重要的是全息存貯的發展將會促進計算機的發展、換代。

一般的全息照片，只能一張一張製作，價格也很高；除了科研上的使用以外，只能當作高級藝術品。80年代出現了一種新的壓印全息技術。用這種方式製造全息照片，先要做成一塊金屬的微浮雕板；把它當作印板，在鍍有金屬膜的特殊紙張上壓出全息照片。這比印郵票還要方便，可以大批生產，成本大大降低，應用面也越來越廣。

這種全息照相不僅有立體感；在陽光或燈光下呈現多種色彩，襯在銀白色的金屬背景上，顯得更為絢麗。人們用它來裝飾書刊、玩具、旅遊紀念品，很具魅力。

值得一提的是，全息照相這項重大技術成就，卻是在與普通攝影毫不相干的科研領域內發明的。發明者加伯研究這一課題的目的是想要提高電子顯微鏡的分辨率。他設計了這種新的成像方法，並於1948年公開發表在科學雜誌上。但是，當時沒有激光這樣好的單色光，技術上也有一些困難，加伯並沒有取得成效，他的論文也沒有人重視。

直到十多年後的1964年，因為出現了激光器這種理想的光源，全息照相技術才開始發展起來。很快，全息照相術便成為一種用途十分廣泛，並且具有無限發展潛力的新技術。加伯因為第一次提出全息照相的理論，榮獲1971年諾貝爾物理學獎。 ^[1]  他本人由此而被世界公認為“全息照相之父”。