全息攝影的介紹及其應用前景
摘要 本文通過對全息攝影的介紹，來展現這種特殊照相技術與(yu) 其他傳(chuan) 統照相方式相比的優(you) 勢和相關(guan) 的應用，以及在特殊場合的應用。
關(guan) 鍵字 全息攝影；激光光源；三維立體(ti)
一．全息攝影的百科名片[1]
全息攝影亦稱：“全息照相”，一種利用波的幹涉記錄被攝物體(ti) 反射（或透射）光波中信息（振幅、相位）的照相技術。全息攝影是通過一束參考光和被攝物體(ti) 上反射的光疊加在感光片上產(chan) 生幹涉條紋而成。全息攝影不僅(jin) 記錄被攝物體(ti) 反射光波的振幅（強度），而且還記錄反射光波的相對相位攝影亦稱：“全息照相”，一種利用波的幹涉記錄被攝物體(ti) 反射（或透射）光波中信息（振幅、相位）的照相技術。全息攝影是通過一束參考光和被攝物體(ti) 上反射的光疊加在感光片上產(chan) 生幹涉條紋而成。全息攝影不僅(jin) 記錄被攝物體(ti) 反射光波的振幅（強度），而且還記錄反射光波的相對相位
二．原理[2]
全息攝影是指一種記錄被攝物體(ti) 反射波的振幅和位相等全部信息的新型攝影技術。
普通攝影是記錄物體(ti) 麵上的光強分布，它不能記錄物體(ti) 反射光的位相信息，因而失去了立體(ti) 感。
全息攝影采用激光作為(wei) 照明光源，並將光源發出的光分為(wei) 兩(liang) 束，一束直接射向感光片，另一束經被攝物的反射後再射向感光片。兩(liang) 束光在感光片上疊加產(chan) 生幹涉，感光底片上各點的感光程度不僅(jin) 隨強度也隨兩(liang) 束光的位相關(guan) 係而不同。所以全息攝影不僅(jin) 記錄了物體(ti) 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，隻能看到像指紋一樣的幹涉條紋，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(ti) *相同的三維立體(ti) 像
2.激光全息攝影包括兩(liang) 步：記錄和再現。
把激光束分成兩(liang) 束；一束激光直接投射在感光底片上,稱為(wei) 參考光束；另一束激光投射在物體(ti) 上，經物體(ti) 反射或者透射，就攜帶有物體(ti) 的有關(guan) 信息，稱為(wei) 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(yu) 參考光束發生相幹疊加，形成幹涉條紋，這就完成了一張全息圖。
b激光全息攝影再現
用一束激光照射全息圖，這束激光的頻率和傳(chuan) 輸方向應該與(yu) 參考光束*一樣，於(yu) 是就可以再現物體(ti) 的立體(ti) 圖象。人從(cong) 不同角度看，可看到物體(ti) 不同的側(ce) 麵,就好像看到真實的物體(ti) 一樣，隻是摸不到真實的物體(ti) 。
全息成像是科技，全息照相和常規照相不同，在底片上記錄的不是三維物體(ti) 的平麵圖象，而是光場本身。常規照相隻記錄了反映被拍物體(ti) 表麵光強的變化，即隻記錄光的振幅，全息照相則記錄光波的全部信息，除振幅外還記錄了光波的圖相。即把三維物體(ti) 光波場的全部信息都貯存在記錄介質中。
全息原理是“一個(ge) 係統原則上可以由它的邊界上的一些自由度*描述”，是基於(yu) 黑洞的量子性質提出的一個(ge) 新的基本原理。其實這個(ge) 基本原理是量子元和量子位結合的量子論的。其數學證明是，時空有多少維，就有多少量子元；有多少量子元，就有多少量子位。它們(men) 一起組成類似矩陣的時空有限集，即它們(men) 的排列組合集。全息不全，是說選排列數，選空集與(yu) 選全排列，有對偶性。即一定維數時空的全息性*等價(jia) 於(yu) 少一個(ge) 量子位的排列數全息性；這類似“量子避錯編碼原理”，從(cong) 根本上解決(jue) 了量子計算中的編碼錯誤造成的係統計算誤差問題。而時空的量子計算，類似生物DNA的雙螺旋結構的雙共軛編碼，它是把實與(yu) 虛、正與(yu) 負雙共軛編碼組織在一起的量子計算機。這可叫做“生物時空學”，這其中的“熵”，也類似“宏觀的熵”，不但指混亂(luan) 程度，也指一個(ge) 範圍。
三．全息攝影和普通攝影的區別和特點
1.區別
在普通攝影中,照相機拍攝的景物，隻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(ti) 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(yu) 參考光線之間位置差異造成的。
從(cong) 全息照片上的幹涉條紋上我們(men) 看不到物體(ti) 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(cong) 而再現出物光的全部信息。一個(ge) 叫班頓的人後來又發現了更為(wei) 簡便使用白光還原影像的方法，從(cong) 而使這項技術逐漸走向實用階段。
2.顯著的特點
a、 再造出來的立體(ti) 影像有利於(yu) 保存珍貴的藝術品資料進行收藏。
b、 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(guan) 係不大。
c、 全息照片的景物立體(ti) 感強，形象逼真，借助激光器可以在各種展覽會(hui) 上進行展示，會(hui) 得到非常好的效果。
四．全息照相的拍攝要求
為(wei) 了拍出一張滿意的全息照片，拍攝係統必須具備以下要求
1. 光源必須是相幹光源
通過前麵分析知道，全息照相是根據光的幹涉原理，所以要求光源必須具有很好的相幹性。激光的出現，為(wei) 全息照相提供了一個(ge) 理想的光源。這是因為(wei) 激光具有很好的空間相幹性和時間相幹性，實驗中采用He-Ne激光器，用其拍攝較小的漫散物體(ti) ，可獲得良好的全息圖。
由於(yu) 全息底片上記錄的是幹涉條紋，而且是又細又密的幹涉條紋，所以在照相過程中極小的幹擾都會(hui) 引起幹涉條紋的模糊，甚至使幹涉條紋無法記錄。比如，拍攝過程中若底片位移一個(ge) 微米，則條紋就分辨不清，為(wei) 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台麵鋼板上。另外，氣流通過光路，聲波幹擾以及溫度變化都會(hui) 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(ge) 實驗室安靜。我們(men) 的經驗是，各組都調好光路後，同學們(men) 離開實驗台，穩定一分鍾後，再在同一時間內(nei) 爆光，得到較好的效果。
3.物光與(yu) 參考光應滿足
物光和參考光的光程差應盡量小，兩(liang) 束光的光程相等，zui多不能超過2cm，調光路時用細繩量好；兩(liang) 束光之間的夾角要在30°～60°之間，在45°左右，因為(wei) 夾角小，幹涉條紋就稀，這樣對係統的穩定性和感光材料分辨率的要求較低；兩(liang) 束光的光強比要適當，一般要求在1∶1～1∶10之間都可以，光強比用矽光電池測出。
因為(wei) 全息照相底片上記錄的是又細又密的幹涉條紋，所以需要高分辨率的感光材料。普通照相用的感光底片由於(yu) 銀化物的顆粒較粗，每毫米隻能記錄50～100個(ge) 條紋，天津感光膠片廠生產(chan) 的I型全息幹板，其分辨率可達每毫米3000條，能滿足全息照相的要求。
衝(chong) 洗過程同樣是很關(guan) 鍵的。我們(men) 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，用純淨的自來水配製，也獲得成功。衝(chong) 洗過程要在暗室進行，藥液千萬(wan) 不能見光，保持在室溫20°C左右進行衝(chong) 洗，配製一次藥液保管得當可使用一個(ge) 月左右。
五．全息攝影的日常生活和特殊場合的應用[4]
1.生活中全息攝影技術的運用。
在一些信用卡和紙幣上，就有運用了俄國物理學家尤裏·丹尼蘇克（Yuri Denisyuk）在20世紀60年代發明的全彩全息圖象技術製作出的聚酯軟膠片上的“彩虹”全息圖象。但這些全息圖象更多隻是作為(wei) 一種複雜的印刷技術來實現防偽(wei) 目的，它們(men) 的感光度低，色彩也不夠逼真，遠不到亂(luan) 真的境界。
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(ti) 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，亦可采用脈衝(chong) 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(li) 裝飾，它可再現人們(men) 喜愛的動物，多彩的花朵與(yu) 蝴蝶。迅猛發展的模壓彩虹全息圖，既可成為(wei) 生動的卡通片、賀卡、立體(ti) 郵票，也可以作為(wei) 防偽(wei) 標識出現在商標、證件卡、銀行信用卡，甚至鈔票上。
模壓全息標識由於(yu) 它的層次感，並隨觀察角度而變化的彩虹效應，以及千變萬(wan) 化的防偽(wei) 標記，再加上與(yu) 其他高科技防偽(wei) 手段的緊密結合，把新世紀的防偽(wei) 技術推向了新的輝煌頂點。
綜上所述，全息照相是一種不用普通光學成象係統的錄象方法，是六十年代發展起來的一種立體(ti) 攝影和波陣麵再現的新技術。由於(yu) 全息照相能夠把物體(ti) 表麵發出的全部信息（即光波的振幅和相位）記錄下來，並能*再現被攝物體(ti) 光波的全部信息，因此，在生產(chan) 實踐和科學研究領域中有著廣泛的應用。例如：全息電影和全息電視，全息儲(chu) 存、全息顯示及全息防偽(wei) 商標等。
2.特殊場合運用
除光學全息外，還發展了紅外、微波和超聲全息技術，這些全息技術在軍(jun) 事偵(zhen) 察和監視上有重要意義(yi) 。我們(men) 知道，一般的雷達隻能探測到目標方位、距離等，而全息照相則能給出目標的立體(ti) 形象，這對於(yu) 及時識別飛機、艦艇等有很大作用。因此，備受人們(men) 的重視。但是由於(yu) 可見光在大氣或水中傳(chuan) 播時衰減很快，在不良的氣候下甚至於(yu) 無法進行工作。為(wei) 克服這個(ge) 困難發展出紅外、微波及超聲全息技術，即用相幹的紅外光、微波及超聲波拍攝全息照片，然後用可見光再現物象，這種全息技術與(yu) 普通全息技術的原理相同。技術的關(guan) 鍵是尋找靈敏記錄的介質及合適的再現方法。
超聲全息照相能再現潛伏於(yu) 水下物體(ti) 的三維圖樣，因此可用來進行水下偵(zhen) 察和監視。由於(yu) 對可見光不透明的物體(ti) ，往往對超聲波透明，因此超聲全息可用於(yu) 水下的軍(jun) 事行動，也可用於(yu) 醫療透視以及工業(ye) 無損檢測測等。
除用光波產(chan) 生全息圖外，已發展到可用計算機產(chan) 生全息圖。全息圖用途很廣，可作成各種薄膜型光學元件，如各種透鏡、光柵、濾波器等，可在空間重疊，十分緊湊、輕巧，適合於(yu) 宇宙飛行使用。使用全息圖貯存資料，具有容量大、易提取、抗汙損等優(you) 點。
全息照相的方法從(cong) 光學領域推廣到其他領域。如微波全息、聲全息等得到很大發展，成功地應用在工業(ye) 醫療等方麵。地震波、電子波、X射線等方麵的全息也正在深入研究中。全息圖有極其廣泛的應用。如用於(yu) 研究火箭飛行的衝(chong) 擊波、飛機機翼蜂窩結構的無損檢驗等。現在不僅(jin) 有激光全息，而且研究成功白光全息、彩虹全息，以及全景彩虹全息，使人們(men) 能看到景物的各個(ge) 側(ce) 麵。全息三維立體(ti) 顯示正在向全息彩色立體(ti) 電視和電影的方向發展。
