[科普中国]-全息摄影术

基本概念

全息摄影术是指一种记录被摄物体反射波的振幅和位相等全部信息的新型摄影技术。

普通摄影是记录物体面上的光强分布，它不能记录物体反射光的位相信息，因而失去了立体感。全息摄影采用激光作为照明光源，并将光源发出的光分为两束，一束直接射向感光片，另一束经被摄物的反射后再射向感光片。两束光在感光片上叠加产生干涉，感光底片上各点的感光程度不仅随强度也随两束光的位相关系而不同。所以全息摄影不仅记录了物体上的反光强度，也记录了位相信息。人眼直接去看这种感光的底片，只能看到像指纹一样的干涉条纹，但如果用激光去照射它，人眼透过底片就能看到原来被拍摄物体完全相同的三维立体像。一张全息摄影图片即使只剩下一小部分，依然可以重现全部景物。全息摄影可应用于工业上进行无损探伤、超声全息、全息显微镜、全息摄影存储器、全息电影和电视等许多方面。

发明人介绍

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工作原理全息摄影的原理是基于相同波长和相位的相关光束重叠时，就会相互干涉，在照相底板上产生微细的干涉条纹图（全息图）。显影后，在一束波列（参考光束）的照射下，该光学存储将起到衍射光栅那样的作用，重新产生其它波列，从而通过全息图的底板，在被拍摄物的位置上，就能看到一个完整的三维实像。

在物光垂直入射的全息图中，物光是由激光束在扩散散射表面上折射而产生的，并与反射到全息底板上的参考光重叠，该参考光以后也可用于再现。与第一次曝光状态相比较，如果物体发生了微小的移动或变形，则这种状态下的物光也将相互位移，从观察者看来，该物体好象被干涉条件所覆盖。

如果不是在变化的时候通过已显影全息图进行观察（实时法），而是在事后观察通过两次曝光存储在全息图上的不同状态，也能得到类似的静态印像。这两种都叫做全息干涉法。

可见干涉条纹的形状和数量分别提供了表面上发生的有关位移和变形的信息。这些条纹可用照相或电影技术确定下来，从而作出定性的评价，也可以在考虑全息图几何比例的情况下，通过有关的计算，作出定量估计。1

复合材料的无损检验在材料非破坏性试验中，一般只用定性估计来检验不规则之处。

对于纤维增强塑料和多层复合材料所作的各种检验表明，由全息图上可见的表面变形，可以定性地了解玻璃纤维增强塑料板、管、空心体中的缺陷，如玻璃纤维层的分层和切断，以及缠绕增强材料的缠绕缺陷的数量和方位。另一方面，可以用定量估划法确定静力加载和振动载荷下的板的压力分布以及弹性参数（弹性模量、横向伸长）。1

电影和全息摄影术在过去几年中莫斯科的电影摄影与照相研究所（NIKFI）已经研究了全息电影方法。所获得的结果表明全息摄影术可能大有用武的机会。全息电影摄影术和常规电影摄影术相比，有改善象质和较经济的潜力。

全息电影方法有很大的好处。其中许多点是由于全息电影方法有很高信息密度和全息图有再现对物体录象时原有光场的能力。因此，可能大大改善电影的象质，能够得到立体（三维）全息影象，而不再是常规电影中的平面（二维）影象，全息照片也能有比普通照片高出几百倍的亮度范围，而且可能得到生动逼真的全息影象。一张好的全息照片和实在物体是难于区分开来的，这样的全息影象由于它们的透视景象能跟随着观察者的方位改变，因此看来似真实物体。即使观察者头部不经意的轻微移动也会使影象的透视改变，如同看真实物体一样。2

全息照相软片材料的很高分辨本领使得不仅有可能得到较高影象质量，并且对于给定情节的电影故事片还可大大减少所耗用软片材料的长度。因此就有可能制造比常规电影设备体积小、重量轻的全息电影设备。

值得注意的是，全息照相方法中用的透障比常规电影摄影中用的透镜其有效分辨率要高出几十倍。这一结果可解释如派每个一定方向上的小全息象素是以非常狭窄的光束记录下来的，而在常规电影摄影中每一小象素是以透镜最大孔径所限定的宽光束记存到软片上的。

全息照相方法另外还有显著而为人所周知的优点，那就是可能在软片上记录聚焦的影象和它的傅里叶变换这两者。在后一情况下，线性坐标变换为角度坐标。2