在电影《星球大战》中，不知你是否还记得这个片段：莱娅公主的立体影像从机器人身上投射而出，仿佛人就在你面前。这种如梦似幻的影像体验，其实正是基于一种真实存在的科学技术——全息（Holography）。
《星球大战》里的莱娅公主（图片来源：[1]）
虽然在大众视野中，全息常常与科幻联系在一起，但它并非只是幻想。早在上世纪40年代，全息成像的基本原理就已经被提出，并在激光技术的发展推动下逐渐从理论走向现实应用。那么，究竟什么是“全息”呢？今天，我们先来聊一聊“全息”的定义与原理。
什么是全息？
全息并不是简单的3D投影，也不仅是舞台上的虚拟明星。它是一种彻底重建光波信息的方法，可以记录并再现物体的全部三维信息，包括形状、大小、纹理、甚至光的传播方向。这种完整记录和重建的能力，才是“全息”这个词的真正含义。
70年代后期的全息作品（图片来源：[6]）
“全息”一词源于希腊语，其中“holo”意为“整体”、“完全”，“graphy”则代表“记录”。合起来，“holography”就是“全息记录”。传统的摄影记录的是物体反射或发射出来的光的亮度信息，因此只保留了二维平面上的图像。而全息摄影不仅记录光的强度信息，还记录了光波的相位信息，这意味着我们可以重建光在空间中的传播路径，从而呈现出完整的三维图像。
全息术的奠基人
全息术的奠基人是匈牙利裔英国物理学家丹尼斯·加博尔（Dennis Gabor）。1947年，他在研究电子显微成像时，提出了利用干涉和衍射原理记录三维信息的设想，并在1948年首次发表了相关论文。由于当时还没有激光技术，全息术在实践中受限多年。
全息术的奠基人——匈牙利裔英国物理学家丹尼斯·加博尔（Dennis Gabor）（图片来源：[4]）
加博尔早期关于全息术的设想（图片来源：Dennis Gabor Nobel Lecture）
直到1960年激光问世，人们终于拥有了相干性极高的光源，全息技术才得以进入实验和应用阶段。1971年，加博尔因其在全息术上的贡献荣获诺贝尔物理学奖。
全息的两大核心原理：干涉与衍射
全息图的制作与观察过程可以分为两个核心阶段：干涉记录和衍射重建。
01
干涉记录
在干涉记录阶段，需要将激光光束分成两束：一束照射在物体上，反射后携带物体信息（称为物光）；另一束直接照射到记录介质上（称为参考光）。这两束光在光敏胶片上相遇，形成复杂的干涉条纹。条纹的形状和分布，正是物体三维信息的编码形式。
利用相干光干涉效应制造全息图的过程（图片来源：[5]）
02
衍射重建
所谓衍射重建，则是用与原参考光相同的激光照射这张干涉图时，条纹会引导激光发生衍射，从而重建出原物体的三维光波。观者看到的影像并不是图纸上的图案，而是空间中仿佛真实存在的立体图像。
衍射重建的过程（图片来源：[5]）
这两大原理——干涉与衍射，是现代光学的基石。全息图的每一部分都包含了整体图像的信息，这也意味着哪怕切下一小块，也能重现整个图像的模糊轮廓，这正是它不同于普通摄影的神奇之处。
通过全息照片的碎片也可以看到全部信息（图片来源：[2]）
全息＝裸眼3D吗？
如今我们经常看到一些商用展示号称“全息投影”，但实际上很多只是基于投影的光学错觉或者“佩珀尔幻影”（Peppers Ghost）原理，它们并不是真正意义上的全息。真正的全息图可以在无屏幕、无眼镜的条件下，以空间中的干涉衍射图案还原三维影像，不依赖特定角度观看也能看到立体景象。
运用“佩珀尔幻影”技术实现邓丽君与周杰伦同台演唱（图片来源：[2]）
裸眼3D则通常是通过多角度视差图像的组合，利用人眼的双视差原理营造立体感。它无法真实记录光波相位，因此本质上仍是二维图像上的立体错觉。而全息是直接对光波进行操控和还原，因此更为真实、自然。
成都太古里裸眼3D（图片来源：网络）
全息作为一种信息密度极高的可视化手段，不仅可能颠覆我们获取图像信息的方式，更有望成为未来人与信息互动的核心桥梁。从拍照、看电影，到远程交流、虚拟现实，全息或将是下一个重大变革的起点。
参考文献
[1]https://mp.weixin.qq.com/s/BJvv_lbKyHp26UUsDOx-yQ
[2]https://mp.weixin.qq.com/s/DdV01CqEZ7IJnJ1zHEQLxQ
[3]https://en.wikipedia.org/wiki/Holography
[4]https://en.wikipedia.org/wiki/Dennis_Gabor
[5]https://mp.weixin.qq.com/s/l8lxMD4mJHMNXrleDLxyzA
[6]https://mp.weixin.qq.com/s/3M7ASO5ZQzO-8q9pD4oXRA