全息照相（簡稱全息）原理是 1948 年伽伯（Dennis Gabor）為了提高電子顯微境的分辨本領(lǐng)而提出的。他曾用汞燈作光源拍攝了第一張全息照片。其后，這方面的工作進展相當緩慢。直到 1960 年激光出現(xiàn)以后，全息技術(shù)才獲得了迅速發(fā)展，現(xiàn)在它已是一門應用廣泛的重要新技術(shù)。
    一、全息照片
    照相技術(shù)是利用了光能引起感光乳膠發(fā)生化學變化這一原理。這化學變化的濃度隨入射光強度的增大而增大，因而沖洗過的底片上各處會有明暗之分。普通照相使用透鏡成象原理，底片上各處乳劑化學反應的深度直接由物體各處的明暗決定，因而底片就記錄了明暗，或者說，記錄了入射光波的強度或振幅。全息照相不但記錄了入射光波的強度，而且還能記錄下入射光波的相位。之所以能如此，是因為全息照相利用了光的干涉現(xiàn)象。
　　全息照相沒有利用透鏡成象原理，拍攝全息照片的基本光路大致如圖 1 所示。來自同一激光光源（波長為 λ）的光分成兩部分：一部分直接照到照相底片上，叫參考光：另一部分用來照明被拍攝物體，物體表面上各處散射的光也射到照相底片上，這部分光叫物光。參考光和物光在底片上各處相遇時將發(fā)生干涉。所產(chǎn)生的干涉條紋既記錄了來自物體各處的光波的強度，也記錄了這些光波的相位。 　　干涉條紋記錄光波的強度的原理是容易理解的。因為射到底片上的參考光的強度是各處一樣的，但物光的強度則各處不同，其分布由物體上各處發(fā)來的光決定，這樣參考光和物光疊加干涉時形成的干涉條紋在底片上各處的濃淡也不同。這濃淡就反映物體上各處發(fā)光的強度，這一點是與普通照相類似的。
                                
    干涉條紋怎樣記錄相位的呢？請看下圖，設 O 為物體上某一發(fā)光點。它發(fā)的光和參考光在底片上形成干涉條紋。設 a，b 為某相鄰兩條暗紋（底片沖洗后變?yōu)橥腹饪p）所在處，距 O 點的距離為 r 。要形成暗紋，在 a，b 兩處的物光和參考光必須都反相。由于參考光在 a，b 兩處是相同的（如圖設參考光平行垂直入射，但實際上也可以斜入射），所以到達 a，b 兩處的物光的光程差必相差 λ。由圖示幾何關(guān)系可知
                                          
由此得 
                                                
                               
　　這一公式說明，在底片上同一處，來自物體上不同發(fā)光點的光，由于它們的 θ 或 r 不同，與參考光形成的干涉條紋的間距就不同，因此底片上各處干涉條紋的間距（以及條紋的方向）就反映了物光波相位的不同，這不同實際上反映了物體上各發(fā)光點的位置（前后、上下、左右）的不同。整個底片上形成的干涉條紋實際上是物體上各發(fā)光點發(fā)出的物光與參考光所形成的干涉條紋的疊加。這種把相位不同轉(zhuǎn)化為干涉條紋間距（或方向）不同從而被感光底片記錄下來的方法是普通照相方法中不曾有的。
由上述可知，用全息照相方法獲得的底片并不直接顯示物體的形象，而是一幅復雜的條紋圖象，而這些條紋正記錄了物體的光學全息。圖 3 是一張全息照片的部分放大圖。
                                       
    由于全息照片的拍攝利用光的干涉現(xiàn)象，它要求參考光和物光是彼此相干的。實際上所用儀器設備以及被拍攝物體的尺寸都比較大，這就要求光源有很強的時間相干性和空間相干性。激光，作為一種相干性很強的強光源正好滿足了這些要求，而用普通光源則很難做到。這正是激光出現(xiàn)后全息技術(shù)才得到長足發(fā)展的原因。
    觀察一張全息照片所記錄的物體的形象時，只需用拍攝該照片時所用的同一波長的照明光沿原參考光的方向照射照片即可，如圖 4 所示。這時在照片的背面向照片看，就可看到在原位置處原物體的完整的立體形象，而照片就像一個窗口一樣。所以能有這樣的效果，是因為光的衍射的緣故。仍考慮兩相鄰的條紋 a 和 b，這時它們是兩條透光縫，照明光透過它們將發(fā)生衍射。沿原方向前進的光波不產(chǎn)生成象效果，只是強度受到照片的調(diào)制而不再均勻。設原來從物體上 O 點發(fā)來的物光的方向的那兩束衍射光，其光程差一定也就是波長 λ。這兩束光被人眼會聚將疊加形成 +1 級極大，這一極大正對應于發(fā)光點 O。由發(fā)光點 O 原來的底片上各處造成的透光條紋透過的光的衍射的總效果就會使人眼感到在原來 O 所在處有一發(fā)光點 O'。發(fā)光體上所有發(fā)光點在照片上產(chǎn)生的透光條紋對入射照明光的衍射，就會使人眼看到一個在原來位置處的一個原物的完整的立體虛象。注意，這個立體虛象真正是立體的，其突出特征是：當人眼換一個位置時，可以看到物體的側(cè)面象，原來被擋住的地方這時也顯露出來了。普通的照片不可能做到這一點。人們看普通照片時也會有立體的感覺，那是因為人腦對視角的習慣感受，如遠小近大等。在普通照片上無論如何也不能看到物體上原來被擋住的那一部分?！　?br>                                 
    還可以指出的是，用照明光照射全息照片時，還可以得到一個原物的實象，如圖 5 所示。從 a 和 b 兩條透光縫衍射的，沿著和原來物光對稱的方向的那兩束光，其光程差也正好相差。它們將在和 O' 點對于全息照片對稱的位置上相交干涉加強形成 -1 級極大。從照片上各處由 O 點發(fā)出的光形成的透光條紋所衍射的相應方向的光將會聚于 O'' 點而成為 O 點的實象。整個照片上的所有條紋對照明光的衍射的 -1 級極大將形成原物的實象。但在此實象中，由于原物的“前邊”變成了“后邊”，“外邊”翻到了“里邊”，和人對原物觀察不相符合而成為一種“幻視象”，所以很少由實際用處。
    二、 數(shù)字全息
    激光數(shù)字全息,是激光全息技術(shù)與計算機技術(shù)結(jié)合，這種通過光電器件將全息圖輸入計算機，由計算機進行數(shù)字處理和重現(xiàn)的方法早在1967 年就由Goodman 等人提出?，F(xiàn)已廣泛應用于數(shù)字顯微、干涉測量、三維圖像識別、醫(yī)學診斷等許多領(lǐng)域。
    數(shù)字全息技術(shù)除具有普通光學全息的優(yōu)點外，具有特殊的優(yōu)越性，主要表現(xiàn)為用CCD光敏電子器件替代了全息干版，省去了干版的化學處理過程，并通過計算，較為方便地得到光場分布信息?？梢耘臄z各種全息圖：反射全息、二維透射全息、兩次曝光全息圖、時間平均全息圖、實時全息圖和一些常規(guī)的應用。
    在光路結(jié)構(gòu)設計方面，數(shù)字全息光路如下圖所示，采取了一些獨特的措施：設備直接采用CCD成像器件直接記錄全息圖，并將數(shù)字化的全息圖傳入計算機內(nèi)存儲進而計算，避免了傳統(tǒng)全息術(shù)中的記錄、顯影、定影、漂白等煩瑣的物理化學過程，整個過程快速、準確，與全息干版相比，用CCD記錄只需很短的曝光時間，一方面降低了對系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求，另一方面可以實時記錄運動物體的瞬間狀態(tài)，也便于實時再現(xiàn)。
                        
    圖中，激光器發(fā)出的光經(jīng)分束器BS1 分成兩束；一束經(jīng)過反射鏡M1、M2 和擴束準直器EC1 照射到被記錄物體上形成物波；另一束經(jīng)反射鏡M3、M4、擴束準直器EC2 和分束器BS2 形成參考光并與物波疊加形成全息圖；由CCD 數(shù)碼相機記錄并在計算機中進行數(shù)字重現(xiàn)。
    三維物體數(shù)字全息可以記錄和再現(xiàn)出三維物體的強度分布和相位分布，便于進行進一步處理，特別有利于對三維物體形貌的分析與測量。并且免去了將全息再現(xiàn)像翻拍成普通照片的煩瑣工作，可以直接從計算機顯示器上觀察全息再現(xiàn)像。