神通激光

第二節 技藝驚人的照片

　　從“百日留影”的第一張照片開始，影集裏便記錄起我們人生的旅程。照相和照片，是我們都非常熟悉的事物。然而，普通照相方法所得到的照片，卻存在著無法克服的缺點，總是那麽不盡人意。譬如說，在節假日裏，我們來到公園裏遊玩，選擇了一個景物優美別致處留個影，這裏的一切景物，寬闊如毯的草坪，萬紫千紅的花壇，曲徑通幽的小路，八角玲瓏的涼亭，長虹跨水的拱橋，湖麵蕩漾的小舟……它們都是三維（具有長寬高）的，可是，所得到的照片卻把人和景物都壓縮成為沒有厚度的扁像，那些生動的三維空間景物卻變成了二維平麵的圖形，留在紙平麵上，幾乎完全失支了豐富的立體形象。當然，從照片中也是能看出某些立體形象來的，不過，從這種平麵圖形中能“看出”立體景物來，全憑實際經驗。我們都有這樣的經驗：景物離得遠，看上去就矮、窄、小，景物離得近，看上去就高、寬、大；而且，遠景看起來淡漠模糊，近景看起來細節清晰；此外，前麵的景物遮擋著後麵的景物，近景和遠景的明暗層次也有差異。依據這些特點，便可以從平麵圖般的照片上分析和辨別出景物的近遠、高低和左右。

　　普通照相方法及其所得到的照片的這種缺點，現在能夠克服了。現代科學技術為我們提供了一種能夠捕捉景物一切可見性質的信息、獲得三維立體照片的新技術——全息術。研究全息理論、方法及其應用的科學，稱為全息攝影學或全息照相術。這是現代科學技術百花園中的一枝奇花。

　　全息照相這位現代光學部門裏的新成員，要認識它，還得從普通照相的“症結”談起。本來，在人的眼睛裏，周圍景物都是立體的，可是普通照相機“哢嚓”那麽一下子，就給照成平麵的了。一個在具有長寬高三維空間中的六麵體，在照片上卻變成了扁平的隻有長高或寬高二維的“平麵體”，要想能夠同時獲得被拍照的物體的前後左右各個方麵的像，就需要用多台照相機從不同的角度去拍攝。普通照相方法為什麽不能夠獲得三維的立體像呢？這是因為，普通照相機的關鍵部件是一組透鏡，透鏡成像是透鏡對人或景物的各個部位進行光的聚焦的結果。那麽，如果去掉照相機的鏡頭，同樣按動快門，那將會怎麽樣呢？結果是，照相底片上一片漆黑。原來，光是一種電磁波，表征電磁波狀態的量有兩個——振幅和相位。振幅的大小決定了光的強弱，而相位的大小決定了光的瞬時特征。在沒有透鏡的情況下，曝光時間即使縮短至幾百分之一秒，但比起光波的周期來，這段時間還是太長了。這時，照相底片記錄的是光波在這麽長時間內的平均結果，也就是說，光的強弱被平均了，而相位關係失去了。如果我們能在比一個光波的周期短得多的時間（t＜1.3×10-15～2.5×10-15秒）內曝光，則沒有透鏡也能拍下景物的像。但是，這隻是理論上的說法而已，因為如此短的時間是無法控製的，而且底片靈敏度太低了，如此短的曝光時間是不能使照相底片感光的。

　　全息照相方法和普通照相方法完全不同，它根本不需要透鏡組來聚焦成像；全息照片也和普通照片完全不同，它所記錄的不是被拍攝物體的光學像，而是一組幹涉條紋。全息照片上記錄的幹涉條紋包含了振幅和相位的全部信息，因而沒有普通照片那樣的缺點。全息照相所產生的奇異效果是人們所意想不到的。

　　用全息照相方法所得到的照片，在適當的光照下，原來的景物就會再現在我們的麵前。由於全息照片記錄了景物光波的全部信息，所以再現出來的景象和原來的一模一樣。全息照片再現出來的景象是如此逼真：使人產生身臨其境之感，以致想走過去仔細看看，想伸出手去摸一摸。原來，全息照片十分逼真的立體形象，是普通照片包括立體照片所沒有的。觀察全息照片就和觀察實際景物一樣，具有相同的視覺效應和同樣豐富的信息內容。全息照片就像一個窗口，那些景物以其全部景深呈現在它的後麵，如果我們把頭抬起、低下或者左右移動，就可以看到景物的各個側麵，甚至可以看到一物體遮擋著的另一物體。這樣一來，像“百日留影”那樣，母親為了扶住椅子上的嬰兒而躲在椅子的背後，那可就藏不住了。如果拍攝的景物是一較大場麵，那麽，由全息照片再現出來的景象是遠近層次清晰，深淺濃淡適中，栩栩如生，恰到好處，幾乎無異於實際的場麵。全息照片是真正的立體照片。這就是全息照相的第一個特點——真實性。

　　用全息照相方法所得到的照片，其妙趣不僅如此。全息照片還經得起“破壞性的打擊”。全息照片的每一部分，不論有多大，都能再現出原來的整個景象，這就是說，可以將全息照片分成若幹小塊，每一小塊都可以完整地再現出原來的景象。因此，如果全息照片被打破了，撕碎了，或者在某個案件中捕獲到的是毀壞了的全息照片的殘渣，總可以從一小塊碎片重新複製出原樣的照片來。全息照片為什麽會這樣“不可摧毀”呢？這是因為，照片上的每一點都接受到被拍攝景物的各個部分的反射光，在它的每一小塊上都記錄著景物的全部信息。從這個意義上來說，全息照片是非常“牢固”的，經得起任何擦拭、塗抹或毀壞，甚至撕破或敲碎，即使照片缺損了，也不會使再現的像產生失真。不過，如果將全息照片麵積縮小，像的分辨率就會有所減小。由此可見，全息照片確實記錄了景物的全部信息。這就是全息照相的第二個特點——全息性。

　　用全息照相方法所得到的照片，還具有很強的“個性”，采用什麽方式拍攝的全息照片，必須用同樣的方式去再現它、觀察它。在同一張照相底片上，可以進行多次曝光，從而重疊很多像，其中的每一個像又不受其他像的幹擾，能夠單獨地再現出來。例如，每拍攝一次，就把感光底片轉過一個角度，然後再進行另一次拍攝記錄，也就是說，采取角度編碼方式拍攝，這樣，在再現全息照片的景象的時候，全息照片每轉過一個相應的角度，就會再現出一個被拍攝的景物的像。再如，對不同的景物采用不同角度入射的參考光束，即以參考光束編碼方式來拍攝全息照片，則由於所得到的幹涉圖樣隨著來自物體的光束和參考光束之間的夾角大小而變化，因此，在全息照片上所記錄的景物再現的時候，再現照片的光束也必須采用同編碼的參考光束一樣的光束，相應的各景物的再現像出現在不同的“衍射”方向上，因而在各個不同的地方組成了各個景物的獨立的再現像。全息照相成像的這樣的“個性”，為在同一張照片上存儲大量信息創造了極為有利的條件。在全息照相過程中，用不著拍攝一次就更換一張感光膠片，各種各樣的景物、多種多樣的“鏡頭”都可以按照上述方式拍攝在同一張照片上。這樣一來，一張全息照相“底片”可以複製出多次拍攝的不同景物、不同“鏡頭”的全息照片來。顯然，這不僅便於保存，而且便於攜帶。一張全息照片就是一本圖書，一盒全息照片就是一個信息庫。這就是全息照相的第三個特點——容量大。

　　用全息照相方法所得到的照片，易於複製。全息照片的複製品和原照片的再現效果完全一樣，可以說，全息照片沒有“正片”與“負片”之分。我們知道，普通的照相底片，其影像是和實際景物相反的：景物上白的部分，底片上是黑的；景物上黑的部分，底片上是白的。為了得到跟實際景物相同的像，還必須把底片上影像轉到照片上去，即將衝洗好的底片覆蓋在印像紙上，在印像機上加以曝光，然後進行顯影和定影、才得到同實際景物一樣的照片。通常將底片叫做“負片”，而將由負片複製出來的照片稱為“正片”。如果用接觸法複製新的全息照片，那麽，就和普通照相方法中由底片（負片）複製出照片（正片）一樣，使原來透明部分變成為不透明的，原來不透明部分變成為透明的。雖然複製的全息照片和原來的全息照片“黑白”顛倒，但複製片再現出來的像仍然和原片再現出來的像完全一樣。這就是全息照相的第四個特點——“正負”一樣。