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。
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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。