淺談激光全息攝影

【摘要】激光全息攝影是利用被拍攝物體發(fā)射的物光與參考光相互疊加，在底片上形成干涉條紋，被拍攝物體的全部信息記錄在底片上，就完成了全息照片的拍攝，全息攝影與普通攝影有很大不同，除了拍攝的方式，觀賞的方法也有很大的差異，無論從全息性還是信息量上相比都具有很大的優(yōu)勢，在信息高度化的今天，全息攝影具有廣闊的發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】全息攝影；干涉；欣賞；發(fā)展

一、全息照片的拍攝

普通攝影需要通過鏡頭把景象發(fā)射或反射的光聚焦在膠片上曝光，膠片上就會留下景物的圖像，而全息照片的拍攝則不同于普通拍攝。

全息照片的拍攝需要用到激光，用分束鏡把激光分成兩束，一束激光經(jīng)反光鏡調(diào)整方向后直接向感光底片上投射，成為參考光；另一束激光經(jīng)反光鏡調(diào)整方向后向物體上投射，經(jīng)物體反射后，這束光就攜帶了景物的信息，稱為物光。我們可以調(diào)整反光鏡的方向，使物光正好也向感光底片上投射，就像我們可以調(diào)整鏡子的方向把窗外的陽光反射到室內(nèi)花朵上一樣。在到達(dá)底片前，物光與參考光相互疊加，在底片上形成干涉條紋，并被底片記錄下來，這就完成了全息照片的拍攝，全息攝影過程不用聚焦，所用底片與普通溴化銀膠片差不多，只是全息膠片上溴化銀顆粒比普通膠片精細(xì)得多。全息照片的沖洗與普通照片的沖洗方法類似，也需要定影和顯影過程。

由于全息底片上記錄的是又細(xì)又密的干涉條紋，所以在拍攝過程中極小的干擾都會引起干涉條紋的模糊，甚至無法記錄。因此，要求放置全息拍攝裝置的工作臺是防震的，而且所有光學(xué)器件都要用磁性材料牢固地吸在工作臺的鋼板上。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，在拍攝時還要禁止大聲喧嘩，不能隨意走動。

二、全息照片的欣賞

普通照片本身呈現(xiàn)的就是圖像，只要有亮光的地方，就可以欣賞普通圖片，而全息照片的欣賞卻需要用到激光。激光照射到全息圖上時，會在條紋處發(fā)生衍射，從而把當(dāng)時有關(guān)景物的信息再現(xiàn)出來，我們就看到了景物的立體圖像。而且人從不同的角度看，還可以看到景物的不同側(cè)面，就好像看到了真實(shí)景物一樣，具有空間立體感。

例如，一副全息照片要再現(xiàn)的是兩只可愛的大熊貓正在吃竹子，當(dāng)我們改變觀察的方向和角度時，可以看到后面的大熊貓被前面的大熊貓遮擋了一部分，而且變化觀察角度時，被遮掩的部分又重新顯現(xiàn)出來，與實(shí)際中觀察到的三維情景一模一樣，就是真實(shí)的再現(xiàn)。

一張全息照片就相當(dāng)于從多角度拍攝、聚焦成的許多普通照片，從這個意義上說，一張全息照片的信息量相當(dāng)于100張或1000張普通照片。

三、全息照片的全息性

普通照片一旦發(fā)生殘缺，就不能顯示出原來照片的全貌了，這往往給人們造成遺憾，這是因?yàn)槠胀ㄕ掌呐臄z是把景物通過光學(xué)鏡頭聚焦并成像在底片上，景物上的每一點(diǎn)與底片上的每一點(diǎn)是一一對應(yīng)的，把三維空間景物壓縮到二維平面上，殘缺就不能再現(xiàn)。而破損后殘留的全息照片就可以再現(xiàn)景物的全部圖像。例如，10平方厘米的全息照片，若是圖片毀壞而只剩下1平方厘米，那么，這1平方厘米的照片也可以再現(xiàn)景物的全部圖像，這是因?yàn)槿D片上的每一點(diǎn)都記錄了物體上所有點(diǎn)的反射光信息。也可以說，景物上一個點(diǎn)S發(fā)出的光可以覆蓋全部底片，即到達(dá)底片上任何一點(diǎn)并被記錄下來，因此，底片上任何一點(diǎn)都留有S點(diǎn)的信息。同樣推理下去，底片上任何一點(diǎn)都留有景物上所有點(diǎn)的信息。因此，不論全息圖片殘留多少，都可以看到景物的全部圖像。

既然全息照片上的一個點(diǎn)就可以記錄全部景物的圖像，我們?yōu)槭裁催€需要拍攝比較大的全息照片呢？這是因?yàn)?，雖然照片上的一個點(diǎn)就可以再現(xiàn)全部圖像，但是這時的圖像亮度很小，看起來非常暗弱，甚至無法看清，就像我們看到了虛幻景物一般。全息照片的面積增大一點(diǎn)，圖像的亮度就會增大一些，沒有任何缺損的全息照片呈現(xiàn)的就是當(dāng)時景物的真實(shí)亮度。

四、全息照片及全息技術(shù)的發(fā)展

普通照片的拍攝與觀看利用一般光線就可以完成，而全息照片的制作需要激光照射，全息照片的圖像景物再現(xiàn)也需要激光，這無疑增加了全息照片的制作難度，代價(jià)有點(diǎn)大，成本高一些，也就限制了全息照片的發(fā)展和普及，盡管如此，由于全息照片與普通照片相比有無與倫比的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了全息影視，能夠給人非常逼真、高檔的享受。而且科學(xué)家已經(jīng)發(fā)明了用白光就可以再現(xiàn)全息圖像的技術(shù)，使全息攝影更加實(shí)用。

隨著全息技術(shù)的成熟，現(xiàn)在還開發(fā)出了紅外、微波和超聲全息技術(shù)，這些全息技術(shù)在軍事偵察和監(jiān)視、工業(yè)、醫(yī)療等方面有重要意義。例如，一般的雷達(dá)只能探測到目標(biāo)的方位和距離等，而全息照相則能給出目標(biāo)的立體形象。這對于及時識別飛機(jī)、艦艇等有很大作用。但是由于可見光在大氣或水中傳播時衰減很快，在不良的氣候下甚至無法工作，而紅外、微波和超聲波就可以穿越很遠(yuǎn)的距離，因此可以用紅外光、微波及超聲波等拍攝清晰的全息照片?，F(xiàn)在，地震波、電子波、X射線等方面的全息技術(shù)也正在深入研究中。

全息技術(shù)分別在全息顯微術(shù)、全息信息儲存、全息干涉計(jì)量都有廣泛的應(yīng)用。還有全息電影、全息電視、全息X射線顯微鏡、特征字符識別等，均可使用全息技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，全息技術(shù)必將為人類的幸福生活做出更大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]趙近芳.大學(xué)物理學(xué)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2012.

[2]黃新民，張晉魯.普通物理學(xué)[M].南京：南京大學(xué)出版社，2015.

作者簡介：陳中銀，男，南陽理工學(xué)院，副教授。