理 物 |
(a) 物體
全像底片 物光
參考光
Physics
(b)
全像片
重建物光
物體虛像
參考光
圖三：（a）全像底片紀錄物光與參考光的干涉條紋。（b）重建之繞射光波即為波前的再現。
前重建來展示原物體三維訊號的方法，稱之為「全像術
明介質所散射而來，因此光程差極小，也因此，在彼時缺
（holography）」，或稱為全像光學，而這種展現波前訊
乏好的同調光源時，能夠拍攝全像片而發明了全像術，相
號的光學元件就稱為全像片（hologram）。
當不容易。但是蓋博的同軸全像有個缺點，在重建時，原 來用來照射全像片的參考光，與重建時產生的原物體波前
全像術起源
（虛像）與伴隨產生的原物體波前的共軛波（conjugate
全像光學是在 1948 年由匈牙利裔的英國科學家蓋博（Dennis
wave，實像）皆在同一個光軸上，非常難以觀察。所以，
Gabor）所發表，於研究顯微鏡時所發現，並因此發現於
在雷射未發明前，連蓋博也漸漸放棄對全像術的研究。
1971 年獲得諾貝爾物理學獎，可謂實至名歸。怎麼說呢？ 因為全像片的形成一般是要以解析度超高的底片來記錄光
離軸式全像術
波的干涉條紋（一般間隔在 1 微米以內），而該干涉條紋是
這個現象直到 1962 年由美國密西根大學的利思（Emmett
由物光（即自物體表面所反射的波前訊號）與一個容易取
Leith）與特尼克斯（Juris Upatnieks）提出的離軸式（off
得的參考光干涉而成的；同時，若要重建原物體波前時，
axis）全像術才終於有所進展。這種方法的特色是物光與參
則需要以原參考光來照射，藉由底片的極細紋路的繞射
考光的方向不在同一個軸上，而是夾一個角度。當角度越
（diffraction）來產生波前的重建，如圖三所示。在進行全
大時，直接的穿透光與被重建出來的光波就有機會完全分
像拍攝時，這物光與參考光的光程差一旦超過光波的同調
開來，也就是被重建的波前不再與入射光夾雜在一起。這
長度（coherent length），干涉條紋將因為有極快晃動而無
樣的光學架構就需要同調長度更長的光源，那當然非雷射
法被底片紀錄，因此，同調光源是全像術的一個必要條件。
光不可。因此，1962 年所發表的離軸全像術幾乎是一個科
我們知道，雷射（Laser）的發明所帶來的第一個重要貢獻，
學上必然的發展，全像光學也因此能夠邁開大步，廣受科
就是科學上終於取得足夠好的同調光源，但是雷射卻是在
學家與工程師的矚目。
1960 年才被發明，因此在 1948 年以前，並無好的光源提 供全像片所需的同調長度。
即使離軸全像的發明使得波前重建的品質更好，但是光學 的另一個效應：「色散效應（dispersion）」又再度難倒科
蓋博所發明的全像片屬於同軸（in-line）全像片，物光與
學家，因為如果以白光或太陽光此類波長範圍寬廣的光源
參考光在同一直線上，物光的波前是參考光穿過極薄的透
來當重建光，不同波長的繞射光角度會有不同的偏移，使
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