科學知識┃通俗講「全息」是怎麼回事

2020-12-04 馮雷文化傳播者

記得八十年代就接觸到這個詞,一直理解很模糊,認為全息照片是一張很特殊的照片,即便剪碎了,任何一個小碎片裡都能還原整個照片的信息。現在來看,如此地理解當然很淺,而全息的技術已經普及到舞臺演出和孩子玩具,那就看看這個未來會越來越熟悉的「陌生技術」吧。

一、概念(全文唯一書面定義)

全息,特指一種技術,可以讓從物體發射的衍射光能夠被重現,其位置和大小同之前一模一樣。

從不同的位置觀測此物體,其顯示的像也會變化。因此,這種技術拍下來的照片是三維的。全息這項技術可以被用於光學儲存、重現,同時可以用來處理信息。

1947年,英國物理學家Denise Gabor(1900-1979)發現全息全息光柵圖技術,並因此獲得了1971年的諾貝爾物理學獎。

此圖可以不用看懂,反正很厲害就是了。

先記下,後面慢慢展開解釋。

二、分類

可分為全息攝影、全息投影、全息影像三大類。

三、解釋原理

全息技術的基礎是從全息攝影開始的,那就從這裡溯源追本吧。

1,全息照片的特點:

第一個特點,是能以一斑而知全貌。當全息照片被損壞,即使是大半損壞的情況下,我們仍然可以從剩下的那一小半上看到這張全息照片上原有物體的全貌。這對於普通照片來說就不行。

第二個特點,是在一張全息底片上可以分層記錄多幅全息照,而且在它們顯示畫面時不會互相干擾,正是這種分層記錄,使得全息照片能夠存儲巨大的信息量。

第三個特點,我們只要改變一下觀察照片角度,就可以看到物體的各個面。因為全息技術能將物體的全部幾何特徵信息都記錄在底片上,這也是全息照相最重要的一個特點。

2,解析:

全息照相,就是將雷射技術用於照相,在底片上記錄下物體的全部光信息,而不像普通照相僅僅是記錄物體的某一面投影。因此當底片上的物體重現時,在觀看者的眼裡顯得異常逼真,它產生的視覺效應,完全與觀看實物時一模一樣。

普通照相,只能記錄物體光場的強度,它不能表徵物體的全部信息。採用全息方法,同樣也是記錄光場的強度,但它是參考光和物光幹涉後的強度。對採用如此方法記錄下來的光強(晶體或全息膠片中),利用參考光再現時,可以將全面表徵物體信息的物光的復振幅表現出來。全息照相的原理,簡單地說,主要利用了雷射顏色純這個特點。

舉例說明

加入普通相機為一顆光照下的小球照相時,光波通過鏡頭在底片上形成一個亮點,這一點的亮度與小球反射出來的光強有關。照相底片有亮點,但無法體現小球在三維空間的位置。印出來的照片上也只有一個亮點,看起來沒有一點立體感覺。

拍攝全息照片時,不用照相鏡頭,而是把一束髮出平面波(實際中並不存在平面波,雷射特性,此時可以將3維電磁波等效於2維平面波分析。)的雷射和小球反射出的球面波(3維)一起照到照相底片上。

整個底片都受到光照,它記錄下的不是個亮點,而是一組同心圓,當同心圓間隔很小時,看起來,就像是用一層層水波疊在一起,成為一組同心環。

底片經衝洗後,放到原來的位置,再用拍攝時那束髮出平面波的雷射,以拍攝時的角度照到底片上,我們可以看到原來放置小球的位置上有一個亮點。注意!這個亮點在空間,而不是在底片上

我們看到的光就像是從這個亮點發出來的。所以,全息照片記錄下來的不僅是一個亮點,還包含亮點的空間位置,或者說記下從亮點發出的整個光波。全部奧妙就在於這種新奇的拍攝方法,在於這一束平行(平面波)雷射束。這一雷射束,我們稱之為參考光束。

因此,任何物體實際上都可以看成是無數個明暗不同的亮點組成的立體圖像。用上面的拍攝方法拍成的全息照片就是無數個同心圓組成的複雜圖形,看起來也是灰暗的一片。

同樣,這張全息照片不僅記錄了物體各點的明暗,還記下了各點的空間位置。當用參考光束照射衝洗後的底片時,我們看到的光就像是從原物體上發出來的。

所以,我們說它記錄了有關物體發出的全部光信息,全息照片的名稱就是因此而得來的。不過雷射全息照片只有在雷射照射下,眼睛看上去才有立體的形象,而雷射器是一種價格較貴的設備,一張照片要配備一架雷射器。

後來科學家研究,發明了一種在白熾燈光下也能看到全息景象的全息照片。稱為白光全息或彩虹全息。

雷射全息照的底片,可以是特種玻璃,也可以是乳膠、晶體或熱塑等。一塊小小的特種玻璃,可以把一個大型圖書館的上百萬冊藏書內容全部存儲進去。此時,底片材質的特性決定了存儲能力。

如果一張圖解析度300dpi,是指一平方英寸有300個像素點排列。而全息照相用的特種玻璃膜層厚約10微米,像點密度每平方毫米內在2000個點以上。在這種底片上,每平方毫米的地方內,可以裝下一張310平方釐米的大照片。(類似ps軟體圖層的概念)在一小塊5毫米見方的薄膜上就能裝下一本200頁厚的圖書。

3,實際運用

全息照片能精確地再現原來被拍攝的物體,我們可以用它作標準檢查原物有沒有變化;事實上只要有1微米的變化,就可以用全息照相技術檢查出來。

全息照相還可以將珍貴的歷史文物記錄下來,萬一有文物古蹟遭到嚴重破壞,即使蕩然無存,我們仍然可以根據全息照相重建。

從立體景象的全息照片得到啟發,科學家想到了全息電影和全息電視。放映這種電影時,觀眾看到的景象並不在銀幕上,而是在觀眾之中,使人有身臨其境的真實感覺。

全息照相的另一項重要應用是製作可以在一些特殊場合代替玻璃的全息光學元件。這種元件和紙一樣薄,一樣輕,還不會碎。現在已經有用全息光學元件做成的望遠鏡,它的厚度和一般近視鏡片差不多。

做成窗玻璃,不會影響人的視線,卻能反射大量的陽光,兼有窗簾的功能;可以把它反射的陽光集中到裝在窗簷下的一排太陽能電池上,轉化為電能,供室內使用,真是一舉三得。

。。。

文章非原創,僅是對一些資料做了研究,儘量通俗闡述。

如有更深理解,歡迎建議、指正。

相關焦點

  • 比爾教科學:通俗解釋3D全息投射技術
    在星戰日,著名科普主持人Bill Nye在新一期的《比爾教科學(TheScienceGuy)》中用Emoji表情來解釋3D全息投影技術究竟是怎麼一回事,Nye大爺依舊秉持著寓教於 樂淺顯易懂的風格為大眾和青少年解釋目前的全息技術(3D全息投影技術)原理:通過不同方向的雷射攝像來記錄3D場景信息,利用雷射幹涉和衍射原理投射全
  • 科學百科47期丨簡單扼要地講,愛因斯坦的相對論是怎麼一回事?​
    科普科幻文學創作者必須具有比較豐富的文史知識和科學知識作為基礎,才能創造出優秀的作品。為了讓大家更方便快捷去接觸了解這些資料,《高校科幻》平臺每周會推送一篇科學知識相關的乾貨文章供大家欣賞學習。作者以通俗的語言,深入淺出地解釋了現代科學中的一百個尖端課題。其中,有些是了解現代科學技術所必須具備的基礎知識,如科學的研究方法、二進位數、相對論、亞原子粒子、核聚變、熵、晶體、病毒等。
  • 全息投影是怎麼回事?
    全息投影,作為目前最具有未來感的顯示技術之一, 備受大家追捧。但是關於這項技術,信息量太大,我們經常看的雲裡霧裡,什麼真全息偽全息的,什麼全息3D,又什麼佩玻爾幻想的,讓人有點暈?今天用大家能明白的話和大家簡單交流下這個話題。
  • 什麼是全息? 相關知識小科普帶你看
    相關知識小科普帶你看 2014年08月08日 17:03作者:李萬裡編輯:李萬裡文章出處:泡泡網原創     泡泡網手機頻道8月8日 上一段時間「全息手機」的概念非常熱鬧,消費者們都翹首以盼希望能夠見證一款全新產品的面世
  • 全息網遊耽美文推薦:全息網遊之苦力
    歡脫搞笑的全息網遊耽美文書名全息網遊之苦力 by 酥油餅文案出獄後,關眠找了份不需要出門不需要專業的工作—— 網遊裡的苦力。 真是苦得很給力!內容標籤: 天之驕子 主角:關眠,白英爵 ┃ 配角: ┃ 其它:夢大陸 品薦思維縝密受 x 強悍網遊高手攻文案寫得簡單,實際上文特別好看,全息網遊比其他網遊角色自由度高很多,這篇是酥油餅的歡脫搞笑蘇爽文,就算是不看網遊的朋友,也可以看,因為這個文寫得非常好。
  • 十分鐘自製HOLOGRAM,全息3D投影
    小朋友一邊看電視一邊詢問,「犀」是怎麼出現在舞臺上的?虛擬人物是如何站在舞臺上表演的?這就是我們常看3D電影嗎?這些問題我無法回答,因為我也不知道。於是在網絡上一通搜索,類似的名詞還真是不少,全息投影、裸眼3D、hologram、幻影成像...
  • 傳統神學科學是怎麼回事
    [傳統神學科技是怎麼回事?]希望本文為科技進點力電腦它有各種功能,儲存、記憶、計算、照像唱歌等等,可是這些功能人體都有。那人體這臺機器到底有多少種功能,電腦所有功能人腦都有,那人體有多少電腦沒有的功能?簡直太多了。比如電腦零件壞了它不能自己修補,可人體機器卻能,哪受傷或零件老化自己會換,先進不先進?
  • 民航知識通俗講:飛機為啥能上天
    前段時間,有家裡的老人問我,飛機怎麼就能飛上去呢?一塊磚頭,那麼重,在高處扔下來還不是筆直往下落,飛機那個重量,還是鐵的,咋個就不落呢?我整理了一下思緒,要回答這個許多人都好奇的問題,就要涉及許多的知識點,那我們就來通俗的講解一下。
  • 紅領巾愛學習┃像海綿吸水一樣學習知識
    紅領巾愛學習┃像海綿吸水一樣學習知識 2020-12-04 17:35 來源:澎湃新聞·澎湃號·媒體
  • 在西湖水上表演的《天鵝湖》,用了全息投影技術,張藝謀說難度堪比...
    細心的觀眾也能觀察到,這一次的演出實際上是動用了「黑科技」的,而演出的總導演張藝謀也說過說,這個演出的難度堪比奧運會開幕式,那到底是怎麼回事呢?這次演出地點在嶽廟對面,也就是《印象西湖》原來的演出場地。《印象西湖》是張藝謀團隊「印象系列」之一,現在成為杭州文化的一個標誌。
  • 牛頓力學、狹義相對論和廣義相對論,通俗的講一下這些不通俗的事
    不過,我們普羅大眾沒有必要了解得那麼深奧,我們只需要通俗的弄明白這些都是怎麼回事就可以了。那咱們就來通俗的講一下。首先,牛頓力學。牛頓力學告訴我們速度是疊加的。然後我們發現果然是這樣。舉例,一個人站在地上,從他的面前飛馳而過一輛火車,速度為每秒20米。火車上有一人奔跑,速度為每秒1米。
  • 沉浸式體驗,如何打造個性化的全息投影
    寫了那麼的全息投影方面的內容,看了那麼多的全息投影視頻,或許正在讀文章的你還沒有很明白全息投影是怎麼一回事呢?用專業的術語講全息投影就是利用幹涉和衍射原理記錄並再現物體真實的三維圖像的技術,也稱為虛擬成像技術。
  • 古代全息武俠搞笑網遊,主角穿成BOSS努力不死,眼看寶貝被人搶走
    中國古代背景的全息武俠網遊,《就是不想死》,主角成為網遊副本裡面的BOSS,努力不死的故事。玩家CP遊戲NPC,幻想空間,吐槽搞笑向,慘烈的古代現實+嚴肅的大背景+歡脫的劇中人構成的一個武俠小說。《就是不想死》精選書評:——中國古代背景的全息網遊,現實劇情很少,就是走遊戲世界。主角真的是很弱的攻啊,初入遊戲遇到了無辜裝成帳房先生(系統安排他自己也不知道)的受,花式腦補之後天天去撩,終於撩出了花,帳房先生的皮一脫,搖身一變出了遊戲最大boss的美人受。於是小攻的金手指就到貨了,歡快(並不)地踏上了武林高手的魔幻路程。
  • 3D全息投影製作及資源分享
    在講解製作步驟之前先欣賞幾幅3D全息投影的震撼動圖吧,有朋友建議我說這次你要發的這個可是你上次收費活動中的實驗啊       我覺得這不是問題,因為每次來參加我活動的幾乎有一半都是大學老師帶孩子來參加的,我覺得這些老師對教育的理解肯定和我差不多:教育的最精髓在於思想的碰撞,而不是知識的傳遞,只有碰撞才能產生人類文明中那一剎那閃現的智慧之光,異口同聲或單向填鴨最後只能陷入一片死寂。這就是為什麼在古希臘文明中先有了哲學思想才有了科學的。
  • 揭秘《生活大爆炸》科學元素:弦理論怎麼回事
    揭秘《生活大爆炸》科學元素:弦理論怎麼回事 本書中,科學家詳盡解釋了電視劇中出現的科學道理和典故。包括謝爾頓的高深弦理論、霍華德的花生過敏是怎麼回事、如果你和謝爾頓的媽媽有同樣的信仰該如何看待宇宙爆炸理論等等……這本書以一種最深入淺出的方式,帶領大家重溫電視劇中一帶而過的隻言片語所載的科學的重量。同時,科學不是唯一的知識。極客(GEEK)文化、粉絲文化等亞文化體系的介紹,也都包含其中。這是一本真正有大家小書意味的科普讀本。
  • 科學百科53期丨海森堡的測不準原理是怎麼回事?
    科普科幻文學創作者必須具有比較豐富的文史知識和科學知識作為基礎,才能創造出優秀的作品。為了讓大家更方便快捷去接觸了解這些資料,《高校科幻》平臺每周會推送一篇科學知識相關的乾貨文章供大家欣賞學習。作者以通俗的語言,深入淺出地解釋了現代科學中的一百個尖端課題。其中,有些是了解現代科學技術所必須具備的基礎知識,如科學的研究方法、二進位數、相對論、亞原子粒子、核聚變、熵、晶體、病毒等。
  • 【收藏】人體幾大部位全息圖
    宇宙是全息的,世界是全息的,生命發展是全息的,人體是全息的,人體細胞也是全息的。什麼是全息?通俗來講全息就是一體,是整體,是多元、包羅萬象的。個體之間雖存在差異化,而差異化也是全息中的一部分,全息當中包含了所有的個體差異。
  • 講「通俗」的量子科學,重在培養大學生的「思維自由」,華東師範...
    如何給文科、工科、商科的學生講清楚量子?上了十多年專業課的周先榮,選擇了從科學家傳奇的故事開始,用通俗易懂的語言講述量子力學是什麼、理論建立的艱難過程及如何影響世界。  煉鋼爐裡的溫度該怎麼控制?20世紀初的科學家正是在探究實際生產問題時,一步步從溫度、輻射、能量等物理學研究中提出了量子理論。  周先榮從第一節課開始,就常常「故意」在最精彩最關鍵處「戛然而止」。
  • 【科學素質】通俗解釋:量子力學基礎知識
    如果你了解下面的量子力學基礎知識,你會覺得量子力學更容易理解。 量子力學 量子力學是物理學的一個分支,也稱為量子物理學或量子理論。 力學是物理學的一部分,涉及從炮彈到網球、汽車、火箭和行星等移動的東西。
  • 狂拽酷的全息投影到底什麼來路
    有人說,AR和全息不是一回事兒,他們確實不是一回事兒。AR的範疇更大,只要是針對現實世界實時疊加虛擬物體都算。而HoloLens需要眼鏡,全息投影需要投影儀,則是AR的不同展現形式。Magic Leap也是投影儀,只不過他是投射在你的視網膜上。