光,是地球上萬物生存的基礎。人類對于光學的研究和利用也由來已久。2015年恰值光科學歷史上一系列重要里程碑的紀念周年,被聯合國設立為光和光基技術年。本月的科技史話欄目特約請光學研究者,介紹光學的相關研究內容。
電影《阿凡達》中侵略者們推演時用到的3D沙盤是否給你留下了深刻印象?透過沙盤,潘多拉星球的地形地貌一覽無余,真是酷炫到沒有朋友!但這種技術其實離我們并不遙遠,丹尼斯•蓋博教授在1947年發明的全息技術就已經將這種魔法照進了現實,他也因此獲得了1971年的諾貝爾物理學獎。全息(holography)是蓋博教授創造的一個新名詞,來源于希臘語“holos”和“gram”,意思是“整體”和“書寫”,國內譯為“全息”,即“完全的信息”。
坊間流傳著這樣一個令人啼笑皆非的故事,說的是70年代末期,美國一家珠寶商店采用激光全息技術,拍攝了鉆石、珍珠、翡翠等珠寶玉器照片,放在櫥窗里展出。誰曾想,到了夜里,櫥窗里這些五光十色、琳瑯滿目的“珠寶”竟招來了一伙竊賊,他們破窗而入,妄圖搶劫。哪知打破櫥窗后,燈光熄滅,櫥窗里的“珠寶”竟然“不翼而飛”。
一張小小的全息照片,為何能達到如此以假亂真的效果呢?這與全息照片記錄信息的方式有關。最初的黑白攝影依靠光敏材料記錄物體上各點的亮暗關系。隨著彩色攝影技術的出現,人們能夠捕捉到更多有關物體色彩方面的信息,從而走進了彩色世界。而相比于這兩者,全息技術創造性地記錄了物體上各點的空間位置關系,一舉突破了二維的局限,這樣人們通過全息圖就能夠看到逼真的三維物體像了。因此,全息顯示被公認為是實現真三維顯示的終極技術。
歷經半個多世紀風起潮涌,從蓋博的同軸全息術,到利思和烏帕特尼克斯的離軸全息術,再到丹尼蘇克全息圖和班頓的彩虹全息術,全息術也早已今非昔比。軍事偵察、工業測量、航空航天……全息術的應用比比皆是。身份證、護照、信用卡、鈔票上也隨處可見全息防偽技術的身影,這些彩色的全息防偽薄膜讓盜版、假幣無處遁形。利用現在的全息存儲技術,指甲蓋大小的特殊晶體上就可存儲上萬幅數字圖像。DVD碟片大小的全息光盤容量可達1.6TB(1TB=1024GB),相當于350張普通DVD;傳輸速率也可達1Gb/s,相當于DVD的40倍,實現真正的“秒傳”。
想象著在不遠的將來,隨著全息技術的不斷發展,電影能夠擺脫熒幕和3D眼鏡的束縛,在空中上演;建筑師們能夠在擬真的建筑里隨意走動,客戶也能同步地觀看解說;千里之外的醫生可以檢查病患的身體狀況。相信那一天并不遙遠。