全息攝影

為了滿足產生光的干涉條件，通常要用相干性好的激光作光源，而且光和照射物體的光是從同一束激光分離出來的。感光片顯影后成為全息圖。全息圖並不直接顯示物體的圖象。用一束激光或單色光在接近參考光的方向入射，可以在適當的角度上觀察到原物的像。這是因為激光束在全息圖的干涉條紋上衍射而重現原物的光波。再現的像具有三維立體感。

在攝製全息圖時感光片上，每一點都接收到整個物體反射的光，因此，全息圖的一小部分就可再現整個物體。用感光乳膠厚度等於幾個光波波長的感光片，可在乳膠內形成干涉層，製成的全息圖可用白光再現。如果用紅、綠和藍三種顏色的激光分別對同一物體用厚乳膠感光片上攝製全息照片，經適當的顯影處理后，可得到能在白光（太陽光或燈光）下觀察的有立體感和豐富色彩的諾利德彩色3D全息圖。

兩束光在感光片上疊加產生干涉，感光底片上各點的感光程度不僅隨強度也隨兩束光的位相關係而不同。所以全息攝影不僅記錄了物體上的反光強度，也記錄了位相信息。人眼直接去看這種感光的底片，只能看到像指紋一樣的干涉條紋，但如果用激光去照射它，人眼透過底片就能看到原來被拍攝物體完全相同的三維立體像。一張全息攝影圖片即使只剩下一小部分，依然可以重現全部景物。全息攝影可應用於工業上進行無損探傷，超聲全息，全息顯微鏡，全息攝影存儲器,全息電影和電視等許多方面。產生全息圖的原理可以追溯到300年前，也有人用較差的相干光源做過試驗，但直到1960 年發明了激光器，全息攝影才得到較快的發展。

激光全息攝影是一門嶄新的技術，它被人們譽為20世紀的一個奇迹。它的原理於1947年由匈牙利籍的英國物理學家丹尼斯·加博爾發現，它和普通的攝影原理完全不同。直到10多年後，美國物理學家雷夫和於帕特倪克斯發明了激光后，全息攝影才得到實際應用。可以說，全息攝影是信息儲存和激光技術結合的產物。

激光全息攝影包括兩步：記錄和再現。

全息記錄過程是：把激光束分成兩束；一束激光直接投射在感光底片上，稱為參考光束；另一束激光投射在物體上，經物體反射或者透射，就攜帶有物體的有關信息，稱為物光束。物光束經過處理也投射在感光底片的同一區域上。在感光底片上，物光束與參考光束髮生相干疊加，形成干涉條紋，這就完成了一張全息圖。

全息再現的方法是：用一束激光照射全息圖，這束激光的頻率和傳輸方嚮應該與參考光束完全一樣，於是就可以再現物體的立體圖像。人從不同角度看，可看到物體不同的側面，就好像看到真實的物體一樣，只是摸不到真實的物體。

為了拍出一張滿意的全息照片，拍攝系統必須具備以下要求：

通過前面分析知道，全息照相是根據光的干涉原理，所以要求光源必須具有很好的相干性。激光的出現，為全息照相提供了一個理想的光源。這是因為激光具有很好的空間相干性和時間相干性，實驗中採用He-Ne激光器，用其拍攝較小的漫散物體，可獲得良好的全息圖。

由於全息底片上記錄的是干涉條紋，而且是又細又密的干涉條紋，所以在照相過程中極小的干擾都會引起干涉條紋的模糊，甚至使干涉條紋無法記錄。比如，拍攝過程中若底片位移一個微米，則條紋就分辨不清，為此，要求全息實驗台是防震的。全息台上的所有光學器件都用磁性材料牢固地吸在工作檯面鋼板上。另外，氣流通過光路，聲波干擾以及溫度變化都會引起周圍空氣密度的變化。因此，在曝光時應該禁止大聲喧嘩，不能隨意走動，保證整個實驗室絕對安靜。我們的經驗是，各組都調好光路后，同學們離開實驗台，穩定一分鐘后，再在同一時間內曝光，得到較好的效果。

物光和參考光的光程差應盡量小，兩束光的光程相等最好，最多不能超過2cm，調光路時用細繩量好；兩束光之間的夾角要在30°～60°之間，最好在45°左右，因為夾角小，干涉條紋就稀，這樣對系統的穩定性和感光材料解析度的要求較低；兩束光的光強比要適當，一般要求在1∶1～1∶10之間都可以，光強比用硅光電池測出。

因為全息照相底片上記錄的是又細又密的干涉條紋，所以需要高解析度的感光材料。普通照相用的感光底片由於銀化物的顆粒較粗，每毫米只能記錄50～100個條紋，天津感光膠片廠生產的I型全息干板，其解析度可達每毫米3000條，能滿足全息照相的要求。

沖洗過程也是很關鍵的。我們按照配方要求配藥，配出顯影液、停影液、定影液和漂白液。上述幾種藥方都要求用蒸餾水配製，但實驗證明，用純凈的自來水配製，也獲得成功。沖洗過程要在暗室進行，藥液千萬不能見光，保持在室溫20℃在右進行沖洗，配製一次藥液保管得當可使用一個月左右。

在普通攝影中，照相機拍攝的景物，只記錄了景物的反射光的強弱，也就是反射光的振幅信息，而不能記錄景物的立體信息。而全息攝影技術，能夠記錄景物反射光的振幅和相位。在全息影像拍攝時，記錄下光波本身以及二束光相對的位相，位相是由實物與參考光線之間位置差異造成的。從全息照片上的干涉條紋上我們看不到物體的成像，必須使用具有凝聚力的激光來準確瞄準目標照射全息片，從而再現出物光的全部信息。一個叫班頓的人後來又發現了更為簡便使用白光還原影像的方法，從而使這項技術逐漸走向實用階段。

再造出來的立體影像有利於保存珍貴的藝術品資料進行收藏。

拍攝時每一點都記錄在全息片的任何一點上，一旦照片損壞也關係不大。

全息照片的景物立體感強，形象逼真，藉助激光器可以在各種展覽會上進行展示，會得到非常好的效果。

全息攝影在信號記錄、形變計量、計算機存儲、生物學和醫學研究、軍事技術等領域得到廣泛的應用。 80年代初，法國全息攝影展在世界各地展覽，人們欣賞到了神奇莫測的全息攝影。牆頭上，看來明明伸出了一隻水龍頭，舉手前去擰一下，結果是抓了個空；一隻鏡框，裡面沒有什麼圖象，可是當一束光射過來，框里就出現一位美麗的姑娘，她緩慢地摘下眼鏡，正向人微笑致意；一隻玻璃罩，裡面空無一物，可是，在光的照射下，罩里馬上現出維納斯像；在鏡框上，玻璃罩內，圖象還在不斷地變換。

在我們的生活中，當然也常常能看到全息攝影技術的運用。比如，在一些信用卡和紙幣上，就有運用了俄國物理學家尤里·丹尼蘇克在20世紀60年代發明的全彩全息圖像技術製作出的聚酯軟膠片上的“彩虹”全息圖像。但這些全息圖像更多只是作為一種複雜的印刷技術來實現防偽目的，它們的感光度低，色彩也不夠逼真，遠不到亂真的境界。研究人員還試著使用重鉻酸鹽膠作為感光乳劑，用來製作全息識別設備。在一些戰鬥機上配備有此種設備，它們可以使駕駛員將注意力集中在敵人身上。把一些珍貴的文物用這項技術拍攝下來，展出時可以真實地立體再現文物，供參觀者欣賞，而原物妥善保存，防失竊，大型全息圖既可展示轎車、衛星以及各種三維廣告，亦可採用脈衝全息術再現人物肖像、結婚紀念照。小型全息圖可以戴在頸項上形成美麗裝飾，它可再現人們喜愛的動物，多彩的花朵與蝴蝶。迅猛發展的模壓彩虹全息圖，既可成為生動的卡通片、賀卡、立體郵票，也可以作為防偽標識出現在商標、證件卡、銀行信用卡，甚至鈔票上。裝飾在書籍中的全息立體照片，以及禮品包裝上閃耀的全息彩虹，使人們體會到21世紀印刷技術與包裝技術的新飛躍。模壓全息標識，由於它的三維層次感，並隨觀察角度而變化的彩虹效應，以及千變萬化的防偽標記，再加上與其他高科技防偽手段的緊密結合，把新世紀的防偽技術推向了新的輝煌頂點。

隨著人們對數碼相機逐漸認可和接受，數碼相機的市場也在一天一天的擴大，為了切分這塊大蛋糕，各數碼相機廠商也在不斷開發新技術或將已經存在的技術迅速應用到數碼相機領域，以保持和提升在數碼相機領域裡的地位。索尼在DSC-F707的對焦模式使用了全息攝影激光自動對焦輔助，也可以說，全息技術已經應用到了攝影領域，那麼到底什麼是全息技術呢？全息攝影和傳統的攝影又有什麼區別呢？

全息圖（Hologram）是蓋伯（Gabor）在1948年為改善電子顯微鏡像質所提出的，其意義在於完整的記錄。蓋伯的實驗解決了全息術發明中的基本問題，即波前的記錄和再現，但由於當時缺乏明亮的相干光源（激光器），全息圖的成像質量很差。1962年隨著激光器的問世，利思和烏帕特尼克斯(Leith and Upatnieks）在蓋伯全息術的基礎上引入載頻的概念發明了離軸全息術，有效地克服了當時全息圖成像質量差的主要問題---孿生像，三維物體顯示成為當時全息術研究的熱點，但這種成像科學遠遠超過了當時經濟的發展，製作和觀察這種全息圖的代價是很昂貴的，全息術基本成了以高昂的經費來維持不切實際的幻想的代名詞。1969年本頓（Benton）發明了彩虹全息術，掀起以白光顯示為特徵的全息三維顯示新高潮。彩虹全息圖是一種能實現白光顯示的平面全息圖，與丹尼蘇克（Denisyuk）的反射全息圖相比，除了能在普通白熾燈下觀察到明亮的立體像外，還具有全息圖處理工藝簡單、易於複製等優點。

全息技術應用到照相領域要遠遠優越於普通的照相，普通照相是根據透鏡成像原理，把立體景物“投影”到平面感光底板上，形成光強分佈，記錄下來的照片沒有立體感，因為從各個視角看照片得到的像完全相同。全息照相再現的是一個精確複製的物光波，當我們“看”這個物光波時，可以從各個視角觀察到再現立體像的不同側面，猶如看到逼真物體一樣，具有景深和視差。如果拍攝並排的兩輛“賓士”汽車模型，那麼當我們改變觀察方向時，后一輛車被遮蓋部分就會露出來。難怪人們在展覽會會為一張“賓士”汽車拍攝的全息圖而興奮不已：“看見汽車的再現像，好像一拉車門就可以就坐上‘賓士’，太精彩了！”一張全息圖相當於從多角度拍攝、聚焦成的許多普通照片，在這個意義一張全息的信息量相當100張或1000張普通照片。用高倍顯微鏡觀看全息圖表面，看到的是複雜的條紋，絲毫看不到物體的形象，這些條紋是利用激光照明的物體所發出的物光波與標準光波（參考光波）干涉，在平面感光底板上被記錄形成的，即用編碼方法把物光波“凍結”起來。一旦遇到類似於參考光波的照明光波照射，就會衍射出成像光波，它好像原物光波重新釋放出來一樣。所以全息照相的原理可用八個字來表述：“干涉記錄，衍射再現”。