如何重建一個(gè)全息圖

全息圖表面的特寫照片。全息圖中的物體是一輛玩具車。從這一模式中分辨全息圖的主題是不可能的，正如通過觀察CD表面來識(shí)別已錄制的音樂是不可能的一樣。請(qǐng)注意，全息圖是由散斑模式描述的，而不是“波浪”線模式。

全息照相是一種技術(shù)，它使光場(chǎng)(通常是光源散射到物體上的產(chǎn)物)在原始光場(chǎng)由于原始物體的缺失而不復(fù)存在時(shí)，可以被記錄下來，然后再進(jìn)行重建。全息可以被認(rèn)為有點(diǎn)類似于聲音記錄，通過振動(dòng)物質(zhì)(如樂器或聲帶)產(chǎn)生的聲場(chǎng)被編碼成這樣一種方式，它可以在沒有原始振動(dòng)物質(zhì)存在的情況下被復(fù)制。

要使用什么樣的激光

在激光全息術(shù)中，全息圖是用一種激光光源來記錄的，這種激光光源的顏色非常純，構(gòu)成也很有秩序。可以使用不同的設(shè)置，也可以制作多種類型的全息圖，但所有這些都涉及到來自不同方向的光的相互作用，并產(chǎn)生一種由平板、膠片或其他介質(zhì)攝影記錄的微觀干涉圖樣。在一種常見的排列方式中，激光束被分成兩束，一束被稱為目標(biāo)光束，另一束被稱為參考光束。物體光束通過透鏡擴(kuò)展，用來照亮物體。

記錄介質(zhì)位于光線被主體反射或散射后將擊中的位置。媒體的邊緣.終將作為一個(gè)窗口，通過它可以看到主體，所以它的位置是在考慮到這一點(diǎn)的情況下選擇的。參考光束被擴(kuò)展并直接照射到介質(zhì)上，在介質(zhì)上它與來自主體的光相互作用以產(chǎn)生所需的干涉圖樣。與傳統(tǒng)攝影一樣，全息攝影需要適當(dāng)?shù)钠毓鈺r(shí)間來正確地影響記錄介質(zhì)。與傳統(tǒng)攝影不同的是，在曝光過程中，光源、光學(xué)元件、記錄介質(zhì)和拍攝對(duì)象必須完全靜止不動(dòng)，彼此之間的距離必須保持在光波長(zhǎng)的四分之一左右，否則干涉圖樣就會(huì)模糊，全息圖就會(huì)損壞。

對(duì)于有生命的實(shí)驗(yàn)對(duì)象和一些不穩(wěn)定的材料，這只有在使用非常強(qiáng)烈和非常短暫的激光脈沖的情況下才有可能，這是一種危險(xiǎn)的過程，在科學(xué)和工業(yè)實(shí)驗(yàn)室以外的環(huán)境中很少見，也很少發(fā)生。持續(xù)幾秒到幾分鐘的曝光，使用低功率連續(xù)工作的激光，是典型的。

如何攝影

全息投影的攝影與普通攝影的不同之處在于:

全息圖是關(guān)于來自原始場(chǎng)景的光的信息的記錄，這些光分散在不同的方向上，而不是像照片那樣只來自一個(gè)方向。這使得場(chǎng)景可以從不同的角度觀看，就像它仍然存在一樣。照片可以用普通光源(陽(yáng)光或電光)記錄，而激光則需要記錄全息圖。在攝影中，需要透鏡來記錄圖像，而在全息攝影中，來自物體的光直接散射到記錄介質(zhì)上。全息記錄需要第二束光束(參考光束)被定向到記錄介質(zhì)上。照片可以在很寬的照明條件下觀看，而全息圖只能在非常特定的照明形式下觀看。

當(dāng)一張照片被切成兩半時(shí)，每一幅都展示了一半的場(chǎng)景。當(dāng)全息圖被切成兩半時(shí)，在每一塊上仍然可以看到整個(gè)場(chǎng)景。這是因?yàn)椋掌械拿恳稽c(diǎn)只代表場(chǎng)景中單個(gè)點(diǎn)散射的光，而全息記錄中的每一點(diǎn)包含了場(chǎng)景中每個(gè)點(diǎn)散射的光的信息。它可以被認(rèn)為是看在房子外的大街上通過一個(gè)120厘米×120厘米(4英尺×4英尺)窗口,然后通過一個(gè)60厘米×120厘米(2英尺×4英尺)窗口。人們可以通過較小的窗口看到所有相同的東西(通過移動(dòng)頭部來改變視角)，但觀眾可以通過120厘米(4英尺)的窗口一次看到更多。

照片是一種只能再現(xiàn)基本三維效果的二維表現(xiàn)形式，而全息圖再現(xiàn)的觀看范圍增加了在原始場(chǎng)景中出現(xiàn)的許多深度感知線索。這些線索被人類大腦識(shí)別，并轉(zhuǎn)換成與觀看原始場(chǎng)景時(shí)相同的三維圖像感知。一張照片清楚地描繪出了原始場(chǎng)景的光場(chǎng)。開發(fā)出來的全息圖的表面由一個(gè)非常精細(xì)的，看似隨機(jī)的圖案組成，這似乎與它所記錄的場(chǎng)景沒有關(guān)系。

動(dòng)態(tài)全息術(shù)

在靜態(tài)全息術(shù)中，記錄、顯影和重建依次發(fā)生，并產(chǎn)生..的全息圖。也有不需要顯影過程就能在很短時(shí)間內(nèi)記錄全息圖的全息材料。這使得人們可以使用全息術(shù)以全光的方式進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的操作。這種實(shí)時(shí)全息圖的應(yīng)用實(shí)例包括相位共軛鏡(光的“時(shí)間反轉(zhuǎn)”)、光學(xué)緩存存儲(chǔ)器、圖像處理(時(shí)變圖像的模式識(shí)別)和光計(jì)算。

由于操作是在整個(gè)圖像上并行執(zhí)行的，因此處理的信息量可能非常大(terabit /s)。這補(bǔ)償了這樣一個(gè)事實(shí)，即記錄時(shí)間(以微秒為數(shù)量級(jí))與電子計(jì)算機(jī)的處理時(shí)間相比仍然很長(zhǎng)。由動(dòng)態(tài)全息投影進(jìn)行的光學(xué)處理也遠(yuǎn)不如電子處理靈活。一方面，我們必須對(duì)整個(gè)圖像進(jìn)行運(yùn)算，另一方面，全息圖可以進(jìn)行的運(yùn)算基本上是乘法運(yùn)算或相位共軛運(yùn)算。在光學(xué)中，線性材料已經(jīng)可以很容易地進(jìn)行加法和傅里葉變換，而線性材料只需要一個(gè)透鏡。這使得一些應(yīng)用成為可能，例如一個(gè)以光學(xué)方式比較圖像的設(shè)備為動(dòng)態(tài)全息術(shù)尋找新的非線性光學(xué)材料是一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域。.常見的材料是光折變晶體，但在半導(dǎo)體或半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)(如量子阱)、原子蒸氣和氣體、等離子體甚至液體中，都有可能產(chǎn)生全息圖。

光學(xué)相位共軛是一種很有前途的應(yīng)用。它允許去除光束通過像差介質(zhì)時(shí)接收到的波前畸變，方法是將光束通過具有共軛相位的像差介質(zhì)反射回來。這是有用的，例如，在自由空間光通信中補(bǔ)償大氣湍流(產(chǎn)生星光閃爍的現(xiàn)象)。