这项50年前获诺奖的技术，今天却一直承受着人们的误解|摄影|诺贝尔|诺贝尔奖_新浪科技

　　1971年的诺贝尔物理学奖颁给了英国物理学家丹尼斯·伽柏（Dennis Gabor），以表彰他发明的全息摄影技术（holography method）。一般的摄影技术只能记录光的强弱，也就是振幅大小，而全息摄影还能额外记录光的相位。通过改进，全息图甚至可以让人眼产生立体视觉。但可能也正是因此，直到今天，全息还一直在被人误解……

　　撰文|王昱

　　审校|白德凡

　　网上冲浪时，你可能看到过制作“全息投影”的教程——首先，你需要一张偏硬的透明塑料片。剪出四个梯形，再把它粘贴成一个棱台，放在手机屏幕上，使得每个侧面和屏幕的夹角为45°。然后在手机上找到一个合适的视频，播放视频，你就会看到图像仿佛悬浮在空中。

　　小编表示做做小手工还是挺开心的：）

　　当当~全息投影就做好了……吗？

　　全息≠立体

　　其实，这根本就不是全息，甚至连立体投影都不是。透明塑料片只是像平面镜一样反射光线，为水平的图像成了一个竖直的虚像。同时，塑料片又是透明的，显得这个竖直的虚像好像正在空中悬浮。但只要仔细观察，就能发现这种伪全息只是一个平面投影，并不能让人产生立体感。同样，商场里偶尔能见到的风扇式显示器也不是全息。

　　但就算真的做到了立体投影，那也不一定是全息。比如今年五月在《科学报告》发表的一篇论文中，研究人员介绍了光学陷阱显示器（optical trap displays，OTD）。该技术可以用激光束捕捉并移动单个粒子，用被激光照亮的粒子在空中的移动路径，可以绘制出立体图像。但这仍然不是全息。

　　视频来源：Brigham Young University

　　全息摄影（holography）与普通摄影最本质的区别是，普通摄影只能记录光的振幅（也就是强弱），而全息摄影还能额外记录相位信息。全息摄影拍摄出的相片叫做全息图（hologram），全息图上面其实布满了疏密分布的条纹，根本看不出来它记录了什么内容。但如果用特定光线去照射全息图，用双眼观察，就仿佛能透过全息图看到后面有立体的物体存在。而立体投影的效果，不过是全息的副产物。

　　全息摄影≈编码光线

　　英国物理学家丹尼斯·伽柏在20世纪40年代末期实现了全息摄影技术，在当时他将这种技术用来提升电子显微镜的性能。1948年，他在《自然》杂志上发表一篇介绍全息摄影技术的论文。他将电子显微镜中的电子束汇聚到一点，并将需要成像的物体放到汇聚点之后，被物体遮挡的电子束会被扰乱，而没有被遮挡的电子束则保持原样继续传播。当两种电子束打到成像胶片上的特定位置时，如果在该处两束电子束彼此的波峰重合，胶片就会记录下亮条纹；如果该处两束电子束的波峰和波谷重合，胶片就会记录下暗条纹。这样就能得到记录下明暗相间条纹的全息图。

　　全息图和我们熟知的照片完全不同。在拍摄照片时，相当于用一束电子束作为参考，与目标电子束干涉，从而将其以亮暗条纹的形式“编码”储存到胶片上。如果直接去观察这样的胶片，除了意义不明的条纹，什么都看不出来。如果用参考电子束再去照射全息图，就能通过衍射“解码”这些条纹，原先被储存的电子束就能被重现出来，电子显微镜就能透过胶片“看”到原先物体的像。

　　电子显微镜是靠电子的波动性工作的，这一原理自然也能应用到光学上。但全息摄影涉及波的干涉，对光的相干性具有较强的要求。电子束的相干性可以通过电场控制，但直到20世纪60年代激光器快速发展，人类才能方便地获得相干性较强的光，光学全息才逐渐进入人们的视野。

　　1962年，苏联和美国的科学家都在激光器的帮助下，拍摄了光学全息图。拍摄光学全息图时，需要将一束激光用分束器分成两束，一束是参考光，直接照射胶片，另一束是物体光，照射待拍摄物体，光线经物体的反射再抵达胶片，这样物体光就能被参考光编码，记录到全息图中。当用参考光去照射拍好全息图时，全息图就能重现之前从各个方向上照到它上面的物体光。在人眼看来，这些光就好像是从全息图后面的物体里发出的，这样就实现了立体投影的效果。

　　全息图还有一个神奇的特性。全息图的记录过程涉及到参考光和物体光的干涉，它的数学形式类似于傅立叶变换，相当于将原先物体的图像分散到了整个全息图上。而用参考光去重建全息图时，就类似于一次傅立叶逆变换。也就是说，全息图上每一点都包含了几乎整个全息图的信息。当全息图被打碎时，只会损失部分频率的信息，通过参考光的照射，我们仍能观测到完整的图像，只是分辨率低了一些。

　　今日全息

　　尽管全息摄影技术在1971年被授予了诺贝尔物理学奖，但今天对全息的误解仍然普遍存在。这可能是因为全息技术还不够普及，而全息图苛刻的拍摄条件有可能是其不够普及的原因。拍摄光的干涉条纹，需要极高的精度。在全息图拍摄过程中，如果系统中的振动幅度超过拍摄用光波长的四分之一，干涉条纹就会移动形成“乱码”。这样得到的全息图完全不可用，无法在参考光的照射下重现被记录的物体。对于可见光而言，波长的四分之一不过一百多纳米，想达到如此精度，需要极高的成本。

　　正是因为制作条件极为苛刻，全息图的仿制成本也颇为高昂。巴西、英国、日本等国某些面额的纸币上，就有用全息技术制作的防伪标记。除此之外，全息技术还在艺术、传感器、数据存储等方面有所应用，但都算不上广泛。

　　不过全息的确有一个意想不到的应用，玩过吃鸡类游戏的读者想必不会陌生。全息瞄准器就利用了全息的原理，在全息瞄准器中，激光照射到提前制作的全息图上，全息图就会显示出准星的图像。只有持枪者所在的位置才能从瞄准器中看到准星图像，并且准星图像位于枪口的延长线上。在近距离射击时，只要将准星和目标重叠，就能完成瞄准。