神通激光

第二节 技艺惊人的照片

　　从“百日留影”的第一张照片开始，影集里便记录起我们人生的旅程。照相和照片，是我们都非常熟悉的事物。然而，普通照相方法所得到的照片，却存在着无法克服的缺点，总是那么不尽人意。譬如说，在节假日里，我们来到公园里游玩，选择了一个景物优美别致处留个影，这里的一切景物，宽阔如毯的草坪，万紫千红的花坛，曲径通幽的小路，八角玲珑的凉亭，长虹跨水的拱桥，湖面荡漾的小舟……它们都是三维（具有长宽高）的，可是，所得到的照片却把人和景物都压缩成为没有厚度的扁像，那些生动的三维空间景物却变成了二维平面的图形，留在纸平面上，几乎完全失支了丰富的立体形象。当然，从照片中也是能看出某些立体形象来的，不过，从这种平面图形中能“看出”立体景物来，全凭实际经验。我们都有这样的经验：景物离得远，看上去就矮、窄、小，景物离得近，看上去就高、宽、大；而且，远景看起来淡漠模糊，近景看起来细节清晰；此外，前面的景物遮挡着后面的景物，近景和远景的明暗层次也有差异。依据这些特点，便可以从平面图般的照片上分析和辨别出景物的近远、高低和左右。

　　普通照相方法及其所得到的照片的这种缺点，现在能够克服了。现代科学技术为我们提供了一种能够捕捉景物一切可见性质的信息、获得三维立体照片的新技术——全息术。研究全息理论、方法及其应用的科学，称为全息摄影学或全息照相术。这是现代科学技术百花园中的一枝奇花。

　　全息照相这位现代光学部门里的新成员，要认识它，还得从普通照相的“症结”谈起。本来，在人的眼睛里，周围景物都是立体的，可是普通照相机“咔嚓”那么一下子，就给照成平面的了。一个在具有长宽高三维空间中的六面体，在照片上却变成了扁平的只有长高或宽高二维的“平面体”，要想能够同时获得被拍照的物体的前后左右各个方面的像，就需要用多台照相机从不同的角度去拍摄。普通照相方法为什么不能够获得三维的立体像呢？这是因为，普通照相机的关键部件是一组透镜，透镜成像是透镜对人或景物的各个部位进行光的聚焦的结果。那么，如果去掉照相机的镜头，同样按动快门，那将会怎么样呢？结果是，照相底片上一片漆黑。原来，光是一种电磁波，表征电磁波状态的量有两个——振幅和相位。振幅的大小决定了光的强弱，而相位的大小决定了光的瞬时特征。在没有透镜的情况下，曝光时间即使缩短至几百分之一秒，但比起光波的周期来，这段时间还是太长了。这时，照相底片记录的是光波在这么长时间内的平均结果，也就是说，光的强弱被平均了，而相位关系失去了。如果我们能在比一个光波的周期短得多的时间（t＜1.3×10-15～2.5×10-15秒）内曝光，则没有透镜也能拍下景物的像。但是，这只是理论上的说法而已，因为如此短的时间是无法控制的，而且底片灵敏度太低了，如此短的曝光时间是不能使照相底片感光的。

　　全息照相方法和普通照相方法完全不同，它根本不需要透镜组来聚焦成像；全息照片也和普通照片完全不同，它所记录的不是被拍摄物体的光学像，而是一组干涉条纹。全息照片上记录的干涉条纹包含了振幅和相位的全部信息，因而没有普通照片那样的缺点。全息照相所产生的奇异效果是人们所意想不到的。

　　用全息照相方法所得到的照片，在适当的光照下，原来的景物就会再现在我们的面前。由于全息照片记录了景物光波的全部信息，所以再现出来的景象和原来的一模一样。全息照片再现出来的景象是如此逼真：使人产生身临其境之感，以致想走过去仔细看看，想伸出手去摸一摸。原来，全息照片十分逼真的立体形象，是普通照片包括立体照片所没有的。观察全息照片就和观察实际景物一样，具有相同的视觉效应和同样丰富的信息内容。全息照片就像一个窗口，那些景物以其全部景深呈现在它的后面，如果我们把头抬起、低下或者左右移动，就可以看到景物的各个侧面，甚至可以看到一物体遮挡着的另一物体。这样一来，像“百日留影”那样，母亲为了扶住椅子上的婴儿而躲在椅子的背后，那可就藏不住了。如果拍摄的景物是一较大场面，那么，由全息照片再现出来的景象是远近层次清晰，深浅浓淡适中，栩栩如生，恰到好处，几乎无异于实际的场面。全息照片是真正的立体照片。这就是全息照相的第一个特点——真实性。

　　用全息照相方法所得到的照片，其妙趣不仅如此。全息照片还经得起“破坏性的打击”。全息照片的每一部分，不论有多大，都能再现出原来的整个景象，这就是说，可以将全息照片分成若干小块，每一小块都可以完整地再现出原来的景象。因此，如果全息照片被打破了，撕碎了，或者在某个案件中捕获到的是毁坏了的全息照片的残渣，总可以从一小块碎片重新复制出原样的照片来。全息照片为什么会这样“不可摧毁”呢？这是因为，照片上的每一点都接受到被拍摄景物的各个部分的反射光，在它的每一小块上都记录着景物的全部信息。从这个意义上来说，全息照片是非常“牢固”的，经得起任何擦拭、涂抹或毁坏，甚至撕破或敲碎，即使照片缺损了，也不会使再现的像产生失真。不过，如果将全息照片面积缩小，像的分辨率就会有所减小。由此可见，全息照片确实记录了景物的全部信息。这就是全息照相的第二个特点——全息性。

　　用全息照相方法所得到的照片，还具有很强的“个性”，采用什么方式拍摄的全息照片，必须用同样的方式去再现它、观察它。在同一张照相底片上，可以进行多次曝光，从而重叠很多像，其中的每一个像又不受其他像的干扰，能够单独地再现出来。例如，每拍摄一次，就把感光底片转过一个角度，然后再进行另一次拍摄记录，也就是说，采取角度编码方式拍摄，这样，在再现全息照片的景象的时候，全息照片每转过一个相应的角度，就会再现出一个被拍摄的景物的像。再如，对不同的景物采用不同角度入射的参考光束，即以参考光束编码方式来拍摄全息照片，则由于所得到的干涉图样随着来自物体的光束和参考光束之间的夹角大小而变化，因此，在全息照片上所记录的景物再现的时候，再现照片的光束也必须采用同编码的参考光束一样的光束，相应的各景物的再现像出现在不同的“衍射”方向上，因而在各个不同的地方组成了各个景物的独立的再现像。全息照相成像的这样的“个性”，为在同一张照片上存储大量信息创造了极为有利的条件。在全息照相过程中，用不着拍摄一次就更换一张感光胶片，各种各样的景物、多种多样的“镜头”都可以按照上述方式拍摄在同一张照片上。这样一来，一张全息照相“底片”可以复制出多次拍摄的不同景物、不同“镜头”的全息照片来。显然，这不仅便于保存，而且便于携带。一张全息照片就是一本图书，一盒全息照片就是一个信息库。这就是全息照相的第三个特点——容量大。

　　用全息照相方法所得到的照片，易于复制。全息照片的复制品和原照片的再现效果完全一样，可以说，全息照片没有“正片”与“负片”之分。我们知道，普通的照相底片，其影像是和实际景物相反的：景物上白的部分，底片上是黑的；景物上黑的部分，底片上是白的。为了得到跟实际景物相同的像，还必须把底片上影像转到照片上去，即将冲洗好的底片覆盖在印像纸上，在印像机上加以曝光，然后进行显影和定影、才得到同实际景物一样的照片。通常将底片叫做“负片”，而将由负片复制出来的照片称为“正片”。如果用接触法复制新的全息照片，那么，就和普通照相方法中由底片（负片）复制出照片（正片）一样，使原来透明部分变成为不透明的，原来不透明部分变成为透明的。虽然复制的全息照片和原来的全息照片“黑白”颠倒，但复制片再现出来的像仍然和原片再现出来的像完全一样。这就是全息照相的第四个特点——“正负”一样。