民众大舞台——风俗世情

3. 全息照相术

　　说到照相， 每个人的一生都要照很多相， 比如， 满周岁的婴儿相， 同学们照毕业相， 夫妻的结婚相， 还有学生证、工作证、身份证、乘车月票上的照片等。

　　一般的照相只需要普通的光源， 照相底片只是将物体上各点的光强分布记录下来， 而后在相纸上显现出物体的像。由于拍照时对于位相分布没有记录下来， 就丢失了景物的第三维特征。因此， 普通照相只能记录二维的平面图像。

　　1948 年， 英籍的匈牙利科学家盖伯为了提高电子显微镜的分辨本领， 提出了全息原理。他认为， 可以利用双光束的干涉原理来记录位相。具体的办法是， 把一束光分为两束， 其中一束照明物体， 经物体反射到照相底片上， 另一束则直接投射到底片上。通常前一束光称做物光束， 后一束光称做参考光束。感光底板上记录的是这束光的干涉花纹， 这与普通照相的底片是不一样的。

　　由此可见， 普通照相是以几何光学的规律为基础， 它是通过透镜的成像， 使物像之间点点相应。这是一种几何成像过程。全息照相的过程则分成两步， 即全息的记录与全息的再现。全息记录相当于两束光的干涉图样， 而全息再现则相当于重现光束通过全息图的衍射。显然记录全息与再现全息是以干涉和衍射的波动光学的规律为基础的。

　　记录下来的全息干涉花样， 从外观上看， 它与被拍摄的对象没有直接的相似之处。如果重现被拍摄对象的像， 就要用到相干光束， 就像记录全息图的参考光束那样去照射底板上的全息图。这时， 在全息图的两旁会形成物体的实像和虚像。其中实像可以投在屏上显现出来， 而虚像是可以直接用眼镜来观看。后来， 又出现了用非相干光( 如太阳光、灯光等) 重现全息图像。

　　盖伯提出他的设想之后， 并未能马上实现， 原因是当时尚没有质量很好的相干光源。60 年代初， 激光出现了， 它为全息照相提供了一个高度相干的单色光源。

　　1962 年， 美国科学院利思和乌帕特尼克斯利用激光成功地拍摄出第一张全息图。当用激光照射时， 重现了逼真的三维物体像。

　　由于盖伯对全息照相术的突出贡献， 1971 年， 盖伯获得了诺贝尔物理奖。

　　全息照片记录了物体的全部信息， 当再现物体形象时是十分逼真的。看全息照片就好像在看实物一样， 它的视觉效应表现在： 如果你从正面看物体， 可以看清正面的细节； 当你改变一下观察的角度， 就可以看到被挡住的部分。此外， 全息照片还有一个最大的优点， 即如果你不小心损坏了照片( 如摔碎了玻璃片)， 只剩下一小块是好的， 我们仍然可以从这一小块残片上获得完整的物体全貌， 当然物体的清晰程度有所损失。

　　一张普通的照相底片只能记录一个物体的形象， 不能用它再记录别的物体形象了。全息照片则不同， 它可以记录多幅全息照片， 重现时也不会相互干扰。

　　全息照相具有极为广泛的应用范围。除了照相显示， 它可用于干涉测量、显微术以及信息存贮和处理。

　　由于全息照片再现的画面非常逼真， 1972 年， 意大利把逐渐受到自然损坏的古典艺术珍品拍摄成50 张全息图保存起来。

　　对于大面积拍摄( 如地貌)， 全息术也大有用武之地。1971 年， 对于亚马逊河流域的300 平方英里进行全息摄像， 尽管有云层遮挡， 飞机装载的全息照相雷达仍得到了清晰的全息图片。

　　工业上利用全息照相进行“无损检验”。例如， 对于飞机发动机涡轮叶片上的一些微小的缺陷和形变， 激光全息干涉术可以精确地进行定位。这种方法并不需要与检测对象直接接触。

　　作为信息存贮和处理， 全息照相术也有广阔的应用前景。一本厚达几百页的书， 全部信息可以存贮在一张1 厘米见方的全息照片中。它比别的存贮技术的存贮密度高一到两个数量级( 即几倍到几十倍) 。

　　全息显微技术也有非常好的性能， 它可以克服普通显微镜景深很小的缺陷。由于分辨率的显微镜的景深很小， 因此难于用它来观察浮动粒子的大小、分布等。全息显微镜可以对立体的物体做出全息图， 它显现的三维图像， 可以克服分辨率与景深之间的矛盾。