民眾大舞台——風俗世情

3. 全息照相術

　　說到照相， 每個人的一生都要照很多相， 比如， 滿周歲的嬰兒相， 同學們照畢業相， 夫妻的結婚相， 還有學生證、工作證、身份證、乘車月票上的照片等。

　　一般的照相隻需要普通的光源， 照相底片隻是將物體上各點的光強分布記錄下來， 而後在相紙上顯現出物體的像。由於拍照時對於位相分布沒有記錄下來， 就丟失了景物的第三維特征。因此， 普通照相隻能記錄二維的平麵圖像。

　　1948 年， 英籍的匈牙利科學家蓋伯為了提高電子顯微鏡的分辨本領， 提出了全息原理。他認為， 可以利用雙光束的幹涉原理來記錄位相。具體的辦法是， 把一束光分為兩束， 其中一束照明物體， 經物體反射到照相底片上， 另一束則直接投射到底片上。通常前一束光稱做物光束， 後一束光稱做參考光束。感光底板上記錄的是這束光的幹涉花紋， 這與普通照相的底片是不一樣的。

　　由此可見， 普通照相是以幾何光學的規律為基礎， 它是通過透鏡的成像， 使物像之間點點相應。這是一種幾何成像過程。全息照相的過程則分成兩步， 即全息的記錄與全息的再現。全息記錄相當於兩束光的幹涉圖樣， 而全息再現則相當於重現光束通過全息圖的衍射。顯然記錄全息與再現全息是以幹涉和衍射的波動光學的規律為基礎的。

　　記錄下來的全息幹涉花樣， 從外觀上看， 它與被拍攝的對象沒有直接的相似之處。如果重現被拍攝對象的像， 就要用到相幹光束， 就像記錄全息圖的參考光束那樣去照射底板上的全息圖。這時， 在全息圖的兩旁會形成物體的實像和虛像。其中實像可以投在屏上顯現出來， 而虛像是可以直接用眼鏡來觀看。後來， 又出現了用非相幹光( 如太陽光、燈光等) 重現全息圖像。

　　蓋伯提出他的設想之後， 並未能馬上實現， 原因是當時尚沒有質量很好的相幹光源。60 年代初， 激光出現了， 它為全息照相提供了一個高度相幹的單色光源。

　　1962 年， 美國科學院利思和烏帕特尼克斯利用激光成功地拍攝出第一張全息圖。當用激光照射時， 重現了逼真的三維物體像。

　　由於蓋伯對全息照相術的突出貢獻， 1971 年， 蓋伯獲得了諾貝爾物理獎。

　　全息照片記錄了物體的全部信息， 當再現物體形象時是十分逼真的。看全息照片就好像在看實物一樣， 它的視覺效應表現在： 如果你從正麵看物體， 可以看清正麵的細節； 當你改變一下觀察的角度， 就可以看到被擋住的部分。此外， 全息照片還有一個最大的優點， 即如果你不小心損壞了照片( 如摔碎了玻璃片)， 隻剩下一小塊是好的， 我們仍然可以從這一小塊殘片上獲得完整的物體全貌， 當然物體的清晰程度有所損失。

　　一張普通的照相底片隻能記錄一個物體的形象， 不能用它再記錄別的物體形象了。全息照片則不同， 它可以記錄多幅全息照片， 重現時也不會相互幹擾。

　　全息照相具有極為廣泛的應用範圍。除了照相顯示， 它可用於幹涉測量、顯微術以及信息存貯和處理。

　　由於全息照片再現的畫麵非常逼真， 1972 年， 意大利把逐漸受到自然損壞的古典藝術珍品拍攝成50 張全息圖保存起來。

　　對於大麵積拍攝( 如地貌)， 全息術也大有用武之地。1971 年， 對於亞馬遜河流域的300 平方英裏進行全息攝像， 盡管有雲層遮擋， 飛機裝載的全息照相雷達仍得到了清晰的全息圖片。

　　工業上利用全息照相進行“無損檢驗”。例如， 對於飛機發動機渦輪葉片上的一些微小的缺陷和形變， 激光全息幹涉術可以精確地進行定位。這種方法並不需要與檢測對象直接接觸。

　　作為信息存貯和處理， 全息照相術也有廣闊的應用前景。一本厚達幾百頁的書， 全部信息可以存貯在一張1 厘米見方的全息照片中。它比別的存貯技術的存貯密度高一到兩個數量級( 即幾倍到幾十倍) 。

　　全息顯微技術也有非常好的性能， 它可以克服普通顯微鏡景深很小的缺陷。由於分辨率的顯微鏡的景深很小， 因此難於用它來觀察浮動粒子的大小、分布等。全息顯微鏡可以對立體的物體做出全息圖， 它顯現的三維圖像， 可以克服分辨率與景深之間的矛盾。