全息照相具有如此惊人的技艺，然而，孰知它竟沉睡了很久……

早在1948年，英国伦敦大学的博学多才的科学家丹尼斯·伽柏，在改进电子显微镜的分辨率的过程中，曾作过这样一个实验：用一束单色光照射物体，将照相底片放在物体反射光经过的路上，同时用另一束光照射底片，过两束光便在照相底片上发生了干涉现象。冲洗之后，就得到了一张带有一些复杂的干涉花样的照相底片。他将这样的照相底片称为全息图。他用一束相干光照射全息图，奇异的事情发生了：竞观察到了一种十分逼真的物体的立体象！这就是全息照相的开端。丹尼斯·伽伯由于提出了全息概念，而获得了诺贝尔物理学奖金。但是，那个时候，由于科学技术发展的水平所限，当时还缺乏很好的单色光源，因而实验是很困难的，效果也不够理想。一直到本世纪六十年代初期，出现了激光技术，拥有了极好的相干光源，从这个时候开始，全息照相术才得到了迅速发展和广泛应用。

我们知道，光是电磁波，而决定波动特性的参数有两个——振幅和相位。振幅表示光的强弱，相位表示光在传播过程中各质点所在的位置及振动的方向。因此，光的全部信息应当由振幅和相位这两个参数共同来表示。然而，以往在照明工程中和成象问题上，都没有采用光的波长、振幅、相位等波动的概念，而只是沿用了经典的光线光学的概念，即用纯粹几何光学的方法来进行研究。这种传统的方法，虽然很方便而且实用，但它却仅仅是一种近似的方法。尽管如此，这种几何光学方法，在光学的形成、发展和应用的历史进程中，毕竟是一个不可缺少的部分，作出了极其重要的贡献，直至今日，它仍不失为现代物理学和现代光学中的一个基础组成部分。

就照相技术而言，自其发明以来，在100多年之中，相继出现的电影技术（十九世纪末）、电视技术（二十世纪三十年代），都是依据几何光学的原理，利用透镜光学系统成象而摄制，因而使丰富的立体的景物完全塌落成象于感光材料上，然后在照相纸、银幕或荧屏上再现出原来景物的平面象。长期以来，人们已经习惯于看这种被压缩在一个平面上的三维空间的实物影象。在银幕上或荧屏上，电影演员和电视广播员的形象是很优美动人的，但是，这些影象在任意瞬间和照片并没有什么不同，仍然是平面象。这就是因为，在普通的照相、电影、电视摄影中，仅仅是记录了光的强度，即仅仅将人物和景物反射出来的与振幅平方成正比的光强度变化记录下来，表现为照片上的黑白反差，而对于相位则不能加以分辨。也就是说，普通摄影只记录了来自景物的光波强度（振幅）信息，而未能记录来自景物的光波相位信息。

激光问世以后，由于有了这种理想的单色光源，利用激光全息干涉法进行摄影，既能记录光波的振幅信息，又能记录光波的相位信息。这种记录光波全部信息的照相即为全息照相。按照全息照相的概念，如果人眼睛看见了一个亮点，那是因为有一个发光点所发出的球面波波面为人眼睛所接收到的缘故；如果一个发光点或无数发光点组成的物体被障碍物遮住，但它们所发出的球面波或特定的波面却被记录下来或被人眼睛看到，则也应同样视为该发光点或发光体的存在。这就是全息照相最初的设想。事实上，这种设想应包括两个部分：一是将景物包括振幅和相位全部信息的特定波面记录下来；二是要在观察时再将原来的特定波面重新显现出来。

记录光波的振幅，这早在100多年前摄影技术出现时，就已经解决了；而现在的问题，是解决如何记录光波的相位。所采用的记录光波相位的方法是光的干涉。譬如说，可以将一束具有恒定相位的光束（球面波或平面波）作为参考光束，让它和所要记录的波面发生干涉，然后将这种相于图象记录下来。

那么，全息照相的过程如何，全息照片又是怎样摄制出来的呢？

让我们先来看一个实验，将一束激光垂直地照射到两条平行狭缝上，通过发射出两束光，投射到屏幕上。两束光在屏幕上迭加而产生干涉条纹。如果看作物体，看作参考光源，则屏幕上的干涉花样即为全息图。如果用照相底片代替屏幕，记录下来干涉图形，就得到了一张狭缝的全息照片。这张照片，是一只强度按正弦规律变化的明暗相间条纹构成的光栅。只要用参考光束去照射所得到的全息照片干涉图形，就可以观察到的再现象。由于光栅的衍射效应，在光栅后面会出现一系列的衍射光波，其中有一列衍射光波与物体原来位置所发出的光波一样，这列光波就在狭缝处形成一个虚象。于是，我们可以从全息照片的后面看到原物体狭缝的再现的象，它是一条明亮的条纹。此外，在全息照片的后面还有一个同它共轭的实象。如果要把这个实象拍摄下来，不需要使用任何照相机，只要把感光底片放在这个实象的位置处，就能记录下来了。

狭缝也可以由其它物体来代替。此时，仍然用一束相干激光照射之，则由物体表面反射的光波与参考光源发出的光波在屏幕上发生干涉，而形成更复杂的全息图样。采取同样的方法，即以参考光束照射所得到的全息图样，即可以得到物体的再现象。由于全息图样既记录了光波振幅，又记录了光波的相位，因而原物体若为立体的，则再现象也是立体的，再现象与物体会一模一样。所谓“立体的”物体，就是物体的质点在三维空间中有不同位置，这样，物体表面上不同的点反射出来的光传到底片上，由于光程的不同，相位就有差别，因此，再现物体的全息象时，就将这些点的相位差别全部重现出来，反映出物体的质点在空间中的不同位置来。这就是全息照相的基本原理。

全息照相的整个过程分为两步：第一步是拍摄全息照片，称为波前记录；第二步是再现全息照片，称为波前再现。

拍摄全息照片，是先将一支足够强的激光分成两列光波：一列光波照射到物体上之后，从物体上反射的光波射到感光胶片上，称之为物体光波；另一列光波直接或经由反射镜改变方向之后射到感光胶片上，称之为参考光波。物体光波和参考光波在感光胶片上相遇而发生干涉，形成全息图形，经过显影和定影就得到了全息照片。全息照片上记录的是许多明暗不同的花纹、小环和斑点之类的干涉花样。干涉花样的形状记录了物体光波和参考光波之间的相位关系，而其明暗对比程度（反差）则反映了光波的强度（振幅）关系。光波越强，反差越大。这样，就将物体光波的全部信息都记录下来了。由此可见，全息照片和普通照片完全不同：普通照片靠黑白反差，只记录了光波的强度，即只记录了光波的振幅；而全息照片的干涉图形则是以一种特殊的形式，记录了振幅和相位的全部光学信息。这些光学信息，不仅有来自景物正面的，而且还有来自景物的其它可见的部位的，这就是说，也有来自被障碍物遮住的景物的一些部位的信息。因此，这样的全息照片能够再现出其所记录的同原景物一模一样的三维立体景象来。此外，还可以看出，拍摄完毕并经过冲洗的感光胶片——全息照片，既是底片（负片），又是照片（正片）。全息照相没有普通照相过程中由底片印制正片的工艺过程。当然，如果需要复制的话，那么，如前所述，可以用这张全息照片作底片，采取接触法复制出新的全息照片，虽然复制片和原照片“黑白”相反，但复制片再现出来的象，仍然和原来的全息照片再现出来的象是完全一样的。

再现全息照片，是将一支同样的激光，以一个与拍摄时参考光波相同的角度照射到全息照片上，则会被照片上的干涉图样所衍射。这时，全息照片变成了一个反差不同、间距不等、弯弯曲曲发生了畸变的“光栅。在它的后面，就出现一系列零级、一级、二级等衍射波。零级波可以看成是衰减的入射光波，而两列一级衍射波构成了物体的两个再现象。其中，一列一级衍射波和物体在原位置发出的光波完全一样，构成了物体的虚象，另一列一级衍射波虽然也是物体波的精确的复制，但是，它的曲率与原物体波的曲率相反，原来的发散光变成了会聚光，因而构成了前后倒置的物体的实象，所形成的物体的实象，可以用感光胶片拍下来。”

全息照相也可以用于人或景物的拍照，不过在拍照时要以某种激光代替聚光灯或自然光；而在获得照片之后，要在照片镜框上镶上一个精巧的激光器，既作还原光源（使景象再现），又是装饰品，则可观察到立体象。