振幅+波长+相位=全息照相术——纪念丹尼斯·加博尔诞辰 110 周年
今天是物理学家丹尼斯·加博尔诞辰 110 周年的纪念日。1971 年诺贝尔物理学奖授予英国伦敦帝国科技学院的匈牙利裔物理学家伽博尔（Dennis Gabor，1900-1979），以表彰他发明和发展了全息照相技术。
今天谷歌的 Logo 用的是一张全息照片的示意图。
http://www.google.com/logos/gabor10-hp.png
虽然并不是真实的全息照片，但却很形象地展示了全息照片的样子。
我们日常所用的普通照相技术其实跟人眼一样，都是通过透镜成像原理并通过视网膜或胶片来感知和记录从物体发出或从物体上反射来的光线的强度和分布情况来实现成像的。也就是主要是通过记录了物体表面的光强分布来实现成像。黑白照片只记录了光线的强度，而彩色照片还记录了光的波长（也即光波的频率，色彩不同的光其实就是波长不同的光）。
这一过程，相当于在一个特定的时间里，将这一期间从物体表面传递过来的光波的球面波的强度及其分布情况记录下来。可以认为就是将光线在物体表面的光强分布情况复制了过来。由于只记录了波长和振幅，而且由于透镜对于光线的折射处理，因此我们最后看到的照片就只能是一张平面的像（以每一个像素上的受光照的感光强度来反映原来光线的强弱，以像素相对于透镜中心的位移来反映光线原来在物体表面的分布情况）。这张像实际上就是来自物体表面的光经过透镜处理后，光强分布情况在透镜焦面上的一个截面图（二维的），因而没有任何的立体感，完全依附在照片的表面。
但其实，物体发出的光或者从物体上反射的光线，还带有另外一个重要的信息，就是光波在物体表面出发时，光波的相位。
振幅、波长和相位，是光波的三个物理参数，对于从物体表面出发的光线，这三个物理参数可以反映出光波在物体出发瞬间的三维空间信息。通过记录和还原光线的这三个物理参量，就可以将光线在物体表面出发时的三维空间信息再现出来（也就是使照片变得立体了）。在物理学上，对能同时记录反映物体三维空间信息波的振幅、频率和相位三种信息称之为全息（不仅局限于光，声波和其他波也包括）。
不过与传统透镜成像照相技术不同，想要记录光波的相位，需要利用物理学的一个效应——波的干涉效应。由于大自然中的光相干性不好，因此必须主动向物体投射相干性非常好的光源，才能实现通过照相底片记录光的相位，实现全息照相。
这也是为什么物理学家伽博尔虽然于 1947 年就已发明了全息照相技术，但直到上世纪 60 年代，相干性非常好的光源——激光的出现，才使全息照相技术逐渐成为现实。
不过直到今天，全息照相技术仍然没有成为可以为普罗大众所使用的照相技术。但我们有理由相信，随着科技的进步，这一天不会太遥远！:)
今天谷歌的 Logo 用的是一张全息照片的示意图。
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虽然并不是真实的全息照片，但却很形象地展示了全息照片的样子。
我们日常所用的普通照相技术其实跟人眼一样，都是通过透镜成像原理并通过视网膜或胶片来感知和记录从物体发出或从物体上反射来的光线的强度和分布情况来实现成像的。也就是主要是通过记录了物体表面的光强分布来实现成像。黑白照片只记录了光线的强度，而彩色照片还记录了光的波长（也即光波的频率，色彩不同的光其实就是波长不同的光）。
这一过程，相当于在一个特定的时间里，将这一期间从物体表面传递过来的光波的球面波的强度及其分布情况记录下来。可以认为就是将光线在物体表面的光强分布情况复制了过来。由于只记录了波长和振幅，而且由于透镜对于光线的折射处理，因此我们最后看到的照片就只能是一张平面的像（以每一个像素上的受光照的感光强度来反映原来光线的强弱，以像素相对于透镜中心的位移来反映光线原来在物体表面的分布情况）。这张像实际上就是来自物体表面的光经过透镜处理后，光强分布情况在透镜焦面上的一个截面图（二维的），因而没有任何的立体感，完全依附在照片的表面。
但其实，物体发出的光或者从物体上反射的光线，还带有另外一个重要的信息，就是光波在物体表面出发时，光波的相位。
振幅、波长和相位，是光波的三个物理参数，对于从物体表面出发的光线，这三个物理参数可以反映出光波在物体出发瞬间的三维空间信息。通过记录和还原光线的这三个物理参量，就可以将光线在物体表面出发时的三维空间信息再现出来（也就是使照片变得立体了）。在物理学上，对能同时记录反映物体三维空间信息波的振幅、频率和相位三种信息称之为全息（不仅局限于光，声波和其他波也包括）。
不过与传统透镜成像照相技术不同，想要记录光波的相位，需要利用物理学的一个效应——波的干涉效应。由于大自然中的光相干性不好，因此必须主动向物体投射相干性非常好的光源，才能实现通过照相底片记录光的相位，实现全息照相。
这也是为什么物理学家伽博尔虽然于 1947 年就已发明了全息照相技术，但直到上世纪 60 年代，相干性非常好的光源——激光的出现，才使全息照相技术逐渐成为现实。
不过直到今天，全息照相技术仍然没有成为可以为普罗大众所使用的照相技术。但我们有理由相信，随着科技的进步，这一天不会太遥远！:)
