摘要
全息照相术是利用干涉和衍射的原理将物体发射的光波以干涉条纹的形式记录下来，再在一定的条件下再现，形成与原物体完全相似的空间像，全息照相的发明和使用体现了一种另僻溪径的精神，它的一些实验方法让我想到了另外一些实验，也给了我一些哲学上的启发最重要的是我亲眼见证了全息照相的作品，这让我体会到了科学的强大力量。
关键词
全息术，波前记录，波前再现
正文
早在激光出现以前，1948年伽珀为了提高电子显微镜的分辨本领而提出了全息原理，1960年出现了激光，它的大强度和高度相干性为全息照相提供了十分理想的光源，此后全息技术的研究进入了一个新阶段，相继出现多种全息方法，全息照相可以再现物体的立体形象，并具有其他一系列独特的优点，无论拍摄和观察方法，还是基本原理，都与普通照样根本不同。
全息照相的原理就是惠更斯一菲涅耳原理，惠更斯一菲涅耳原理是次波的相干叠加决定光场的分布，其实质是无源空间边值定解，利用菲涅耳一基尔霍夫衍射公式
上式说明，被波前 隔开的那部分无源的场空间里，任一点p的振动U(P)由波前上U(Q)的分布唯一地确定，这意味着：
（1）一旦波前U(Q)发生改变，即边值条件有了改变，则无源空间内的光场就有了一个重新分布。
（2）一旦波前再现，即使原物不存在，根据边值定解的唯一性，无源空间中的光场也就再现，这就是说，在光场中一切观测效果将会如同实物存在时那样逼真。
n 波前全息记录
传统的照相术是不相干光照明的，记录的是光强，即振幅的平方，它只反映物体的明暗，但不包含物点立体分布的信息，物点位置的信息包含的波前的相因子中，相因子可以告诉我们波源之所在，可见相因子的重要性，现把它记录下来，办法靠干涉，用一束参考光波与物光波作相干叠加，在波前上形成干涉条纹，干涉条纹的形状，间隔等几何特征反映了位相分布，条纹的反衬度反映振幅的大小，将记录介质放在波前的位置进行曝光，把干涉条纹拍下来，进行线性冲洗，得到全息图，全息图的透过率函数t(Q)与曝光的光强I(Q)成线性关系。
通过干涉曝光和线性冲洗，可把物光波U(Q)及其共轭波U*(Q)的全部信息记录下来。
n 物光波前的再现
全息图的衍射场中有三列波：照明光照直前进的几何光学透射波（0级波），和产生一对孪生虚实像的1级衍射波，需要设法使三列波在空间上分离，互不干扰
在实验中，我们也是分如下几步进行操作
l 全息记录，光路如图
S-激光器；P-分束镜；M-全反射镜；
L-扩束镜；O-物体；H-全息干板
将激光器发出的光束为分为两束，—来投射到记录介质上，另一束投射到物体上，经物体反射或透射后，产生物光束，也到达记录介质，参考光源同物光源相干叠加，在记录介质上形成干涉条纹，形成一张全息图。全息图，不是别的，就是一张干涉花样图，不同于普通照相的底片，用肉眼直接观察全息底片，只是一张灰蒙蒙的片子，并不直接显示被照物体的任何形象，在显微镜下可观察到它上面布满细密的亮暗条纹，这些条纹形状与原物形状也没有任何几何上的相似性，而普遍照片的底片，透光观察可看到上面的亮暗分布，并且只是被照物体在几何上的放缩，但图片不能记录位相信息，从而给不出立体效果，看上去只是一个平面土映有花样，（二）线性冲洗，还是显影，定影等几个步骤，与普通照片的底片冲洗无异。（三）波前再现，用一束与参考光束的波长和传播方向完全相同的光束照射全息图，用眼睛可以观察到一幅非常逼真的原物形象，悬空地再现在全息图后面原来的位置上，全息图如同一个窗口，当人们移动眼睛从不同的角度观察时，就好像面对原物一样看到它的不同侧面的形象，甚至在某个角度上被遮住的东西也可以在另一个角度上看到它，全息图再现的是一幅非常逼真的立体图像，而且，如果挡住全息图一部分，只露出另一部分，这时再现的物体形象仍然是完整的，并不残缺，因此，即使它碎了，拿来其中一片，仍然可使整个原物再现，这是由于全息照相过程中物体与底片之间是点面对应的关系，即每个物点所发射的光束直接落在记录介质整个平面上，反过来说，全息图中每一局部都包含了物体各点的光信息，所以一个部分就足以展示整个像，因为它记录了物体各点上传来的光，而普通照相是点点对应，一个物点对应平面上的一个像点，那么如果这个像点残缺或丢失，画面就肯定不是完整的画面，因为不会有其他像点补充那个点对应的物点，在再现过程中，布满干涉条纹的全息图起一个复杂光栅的作用，照明光束经全息底片衍射以后，产生了复杂的衍射场，其中包含有原物的波前，人们在全息图前面看到就是这个再现波前所产生的虚像，可现波前再现过程就是衍射过程，拍摄出全息光栅后，可利用激光垂直照射它的表面，在后面用一块白色的接收屏接收像点，与前述一致。
可以作一下全息照相与普通照相的比较，
（1）普通照相是以几何光学规律为基础的。
全息照相过程分记录、再现两步，它以波动光学的规律为基础的。
（2）普通照相底片所记录的仅是物体各点的光强（或振幅），而全息图所记录的是物体各点的全部光信息，包括振幅和位相。
（3）普照相过程中物像之间是点点对应的关系，即一个物点对应像平面中的一个像点。而全息照相过程中物体与底片之间是点面对应关系，即每个物点所发射的光束都直接落在记录介质整个平面上，反过来说，全息图中每一个局部都包含了物体各点的光信息。
（4）普通照相得到的只能是二维的平面图像，而全息图能完全再现原物的波前，因而能观察到一幅非常逼真的立体图像。
（5）两者对光源的要求不同，普通照相只是像的强度记录，并不要求光源的相干性，用普通光源就可以了，全息照相是干涉记录，要求参考光束与各物点的物光束彼此都是相干的，因此要求光源有很高的时间相干性和空间相干性，光源的相干长度越长，波前上的相干区越大，就越有效地实现全息照相，尤其在被照物体很大的情况下更是如此
这个实验同样引发了我一些哲学上的思考，（1）先入为主的东西不一定是对的，即便是对的也不一定是最好的，而一些看似不可思议的理论或发明往往能显示出惊人的威力，普通照相已在我脑中先入为主，所以实验前我理解的照相就好像是将像投影到底片上，那么底片和物体之间只是几何上的放缩，但图形比例及特征都是相同的，但全息照相却给了我一点启发，应该说全息照相要优于普通照相，因为它能记录位相信息，但就其底片的特点而言，它底片上的像与物体没有任何的几何相似性，只是一个拍摄出的光栅，但它不但记录了强度信息还记录了位相信息，（2）另僻溪径的重要性，人们为了完成一些更困难的工作，需要将某些仪器改进，以提高精度，但这也只能限于提高精度，因为它的原理，也就是相应的物理规律支配着它能做什么，不能做什么，所以当我们提出一些更困难的要求是，就要另僻溪径，从另外的角度去解决问题，比如普通照相可以通过一些方法提高分辨率，但它就是不能记录位相，而为了达到记录位相这个目的，就要求助于全息照相了。
全息术的实验构思与其他实验的有一些联系。首先，它利用干涉，将不能直接被感光照片记录的相位信息转化为可被记录下的振幅信息而记录下来，因为干涉就是振幅的叠加，造成强度的重新分布，而相位的信息就包含在干涉项中，所以全息照相并不是传统含义上的照相，尽管它也是用底片记录信息。这让我想到了场致发射显微镜，利用金属尖端放电，使物质电离出电子，并使电子沿电场方向运动而打到涂有荧光物质的导电膜上，这样，可以研究物质的内部结构，从作用上讲仍是放大，但手段不同于传统光学显微镜的透镜与透镜组合，而是利用电场实现的放下，不是光学放大。其次，将干涉的信息记录在感光底片上，这也是制作菲涅耳波带片的方法，本实验是利用参考光束和物体的反射光束的干涉记录在底片上，而菲涅耳波带片是利用球面光和平行光的干涉条纹记在底片上而产生奇数或偶数半波带透光的效果的。
参考文献
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