[科普中國]-全息攝影術(shù)

基本概念

全息攝影術(shù)是指一種記錄被攝物體反射波的振幅和位相等全部信息的新型攝影技術(shù)。

普通攝影是記錄物體面上的光強(qiáng)分布，它不能記錄物體反射光的位相信息，因而失去了立體感。全息攝影采用激光作為照明光源，并將光源發(fā)出的光分為兩束，一束直接射向感光片，另一束經(jīng)被攝物的反射后再射向感光片。兩束光在感光片上疊加產(chǎn)生干涉，感光底片上各點的感光程度不僅隨強(qiáng)度也隨兩束光的位相關(guān)系而不同。所以全息攝影不僅記錄了物體上的反光強(qiáng)度，也記錄了位相信息。人眼直接去看這種感光的底片，只能看到像指紋一樣的干涉條紋，但如果用激光去照射它，人眼透過底片就能看到原來被拍攝物體完全相同的三維立體像。一張全息攝影圖片即使只剩下一小部分，依然可以重現(xiàn)全部景物。全息攝影可應(yīng)用于工業(yè)上進(jìn)行無損探傷、超聲全息、全息顯微鏡、全息攝影存儲器、全息電影和電視等許多方面。

發(fā)明人介紹

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工作原理全息攝影的原理是基于相同波長和相位的相關(guān)光束重疊時，就會相互干涉，在照相底板上產(chǎn)生微細(xì)的干涉條紋圖（全息圖）。顯影后，在一束波列（參考光束）的照射下，該光學(xué)存儲將起到衍射光柵那樣的作用，重新產(chǎn)生其它波列，從而通過全息圖的底板，在被拍攝物的位置上，就能看到一個完整的三維實像。

在物光垂直入射的全息圖中，物光是由激光束在擴(kuò)散散射表面上折射而產(chǎn)生的，并與反射到全息底板上的參考光重疊，該參考光以后也可用于再現(xiàn)。與第一次曝光狀態(tài)相比較，如果物體發(fā)生了微小的移動或變形，則這種狀態(tài)下的物光也將相互位移，從觀察者看來，該物體好象被干涉條件所覆蓋。

如果不是在變化的時候通過已顯影全息圖進(jìn)行觀察（實時法），而是在事后觀察通過兩次曝光存儲在全息圖上的不同狀態(tài)，也能得到類似的靜態(tài)印像。這兩種都叫做全息干涉法。

可見干涉條紋的形狀和數(shù)量分別提供了表面上發(fā)生的有關(guān)位移和變形的信息。這些條紋可用照相或電影技術(shù)確定下來，從而作出定性的評價，也可以在考慮全息圖幾何比例的情況下，通過有關(guān)的計算，作出定量估計。1

復(fù)合材料的無損檢驗在材料非破壞性試驗中，一般只用定性估計來檢驗不規(guī)則之處。

對于纖維增強(qiáng)塑料和多層復(fù)合材料所作的各種檢驗表明，由全息圖上可見的表面變形，可以定性地了解玻璃纖維增強(qiáng)塑料板、管、空心體中的缺陷，如玻璃纖維層的分層和切斷，以及纏繞增強(qiáng)材料的纏繞缺陷的數(shù)量和方位。另一方面，可以用定量估劃法確定靜力加載和振動載荷下的板的壓力分布以及彈性參數(shù)（彈性模量、橫向伸長）。1

電影和全息攝影術(shù)在過去幾年中莫斯科的電影攝影與照相研究所（NIKFI）已經(jīng)研究了全息電影方法。所獲得的結(jié)果表明全息攝影術(shù)可能大有用武的機(jī)會。全息電影攝影術(shù)和常規(guī)電影攝影術(shù)相比，有改善象質(zhì)和較經(jīng)濟(jì)的潛力。

全息電影方法有很大的好處。其中許多點是由于全息電影方法有很高信息密度和全息圖有再現(xiàn)對物體錄象時原有光場的能力。因此，可能大大改善電影的象質(zhì)，能夠得到立體（三維）全息影象，而不再是常規(guī)電影中的平面（二維）影象，全息照片也能有比普通照片高出幾百倍的亮度范圍，而且可能得到生動逼真的全息影象。一張好的全息照片和實在物體是難于區(qū)分開來的，這樣的全息影象由于它們的透視景象能跟隨著觀察者的方位改變，因此看來似真實物體。即使觀察者頭部不經(jīng)意的輕微移動也會使影象的透視改變，如同看真實物體一樣。2

全息照相軟片材料的很高分辨本領(lǐng)使得不僅有可能得到較高影象質(zhì)量，并且對于給定情節(jié)的電影故事片還可大大減少所耗用軟片材料的長度。因此就有可能制造比常規(guī)電影設(shè)備體積小、重量輕的全息電影設(shè)備。

值得注意的是，全息照相方法中用的透障比常規(guī)電影攝影中用的透鏡其有效分辨率要高出幾十倍。這一結(jié)果可解釋如派每個一定方向上的小全息象素是以非常狹窄的光束記錄下來的，而在常規(guī)電影攝影中每一小象素是以透鏡最大孔徑所限定的寬光束記存到軟片上的。

全息照相方法另外還有顯著而為人所周知的優(yōu)點，那就是可能在軟片上記錄聚焦的影象和它的傅里葉變換這兩者。在后一情況下，線性坐標(biāo)變換為角度坐標(biāo)。2