激光全息照相技术及其发展

2008/8/25/10:39来源:中国光学光电子行业网
    所谓全息照片就是一种记录被摄物体反射(或透射)光波中全部信息的先进照相技术。全息照片不用一般的照相机,而要用一台激光器。激光束用分光镜一分为二,其中一束照到被拍摄的景物上,称为物光束;另一束直接照到感光胶片即全息干板上,称为参考光束。当光束被物体反射后,其反射光束也照射在胶片上,就完成了全息照相的摄制过程。全息照片和普通照片截然不同。用肉眼去看,全息照片上只有些乱七八糟的条纹。

    可是若用一束激光去照射该照片,眼前就会出现逼真的立体景物。更奇妙的是,从不同的角度去观察,就可以看到原来物体的不同侧面。而且,如果不小心把全息照片弄碎了,那也没有关系。随意拿起其中的一小块碎片,用同样的方法观察,原来的被摄物体仍然能完整无缺地显示出来。全息照相的原理是利用光的干涉原理,利用两束光的干涉来记录被摄物体的信息。   

    1948年,英国人丹尼斯·加拍正在研究光的干涉现象,以提高电子显微镜的分辨率。光的干涉在日常生活中常能见到:吹几个肥皂泡,给阳光一照,能呈显艳丽的色彩;在一张纸屏上戳两个小孔,让光透射到墙上,便可看到明暗相间的条纹。原来,光是一种波,包含有振幅与位相两个物理要素。当两束相干光迭加时,在位相相同的地方波幅相加,出现亮纹,位相相反的地方就为暗纹。加拍从这些若明若暗的干涉图中,得到了启发。既然光的干涉现象是光波位相不同所造成的,那么,换句话说,在光的干涉图中,就记录有光的位相信息。而这不正是照相技术渴望以求的吗?  
 
    原来,普通照片是根据景物所反射的光波亮度强弱感光而成的,它只能记录光的振幅信息,拍摄的景物是平面图像,没有立体真实感。只有当光的位相信息也能被同时记下来,并重新表现出来时,照片才能给人以远近深浅的立体感。加柏在光干涉的现象中,找到了解决普通照相缺陷的途径,提出了全息照相的理论。激光解决难题,加拍的方法看来似乎极为简单,但要完全解决拍摄全息照相的难题并非轻而易举,因为当时缺乏理想的单色相干光源。60年代激光的问世,才为全息术提供了理想的相干光源。1963年,在美国密执安大学从事雷达工作的利思和乌巴特尼克斯两个人首先做出了第一张成功的全息照相。   

    激光全息照相用不着普通照相机所用的透镜,只要把激光分为两束,一束照明物体,使其反射成物波;一束作为参考光直接射向底片。由于从景物上反射的物波,到达底片所经历的光程各不相同,因而位相千差万别,与参考光相干涉的结果,便在底片上同时记下了全部信息。
   
    全息照相的底片上面尽是干涉花纹。只有用与记录时相同的参考光照明全息底片时,才能将原始物波重现出来。而且,在我们眼睛中,这个立体的再现现象与真实的物体简直无法区分了。 
  
    激光全息摄影很快得到了广泛应用。前面讲到的那家珠宝店,就是把最吸引人的珠宝拍摄在一帧围成圆筒形状的全息照相底片上,再套置在一盏清晰明亮的白炽照明灯上,放进橱窗,就此以假乱真。同样地,对于收藏珍贵的历史文物、稀有动物标本、各种精制器件、复杂的分子结构模型、医学或生物学的图像等都可以制作成全息照片加以展示。全息术的重要作用还远不止于此。利用拍摄时所用参考光束的不同,在一张全息底片上可以录下许多不同的图像,就像在一条电话线路上能同时多路通话一样。利用全息底片高存储容量特性,可把一整页的文件、资料微缩在仅1毫米大的底片上,在扣毫米见方的底片上,可存贮2500页资料,一座图书馆的藏书,只要几卷底片就够了。

    同时,全息照片必须用拍摄时相同的参考光波重现,才能看到真像,这又为文字、图像像信息创造了保密条件。现在,不仅有了单色的激光全息,还可以制作彩色全息、白光全息,甚至不考虑光波,用别的波代替也行,从而产生了超声波全息、微波全息、X射线全息等技术。可以相信,随着激光技术和其他领域科学技术的不断发展,全息照相术必将取得更大的成就。 一般照相机照出的照片都是平面的,没有立体感。用物理术语来说,得到的仅是二维图像,很多信息都失去了。当激光出现后,人类才第一次得到了全息照片。 将一激光分成两束,一束直接照在底片上,另一束照在物体上后再反射到底片上,底片上实际记录到的是这两束光的干涉结果。底片曝光后,经显影,定影即得到一张全息底片。全息底片也就是由许多细小弯曲的干涉条纹组成的复杂光栅。在常光下观察底片,看不出物体的轮廓,只见到一系列弯曲的干涉条纹。 将激光投射到底片背面,透过底片就可以观察到被拍摄物体的虚象。改变再现光的亮度,可以改变像的亮度;改变再现光的波长,可以改变象的颜色和大小;全息照片的 一部分仍能再现完整的物象。
















 

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