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谈到光，各人都有自己的联想。在诗人眼中，它驱散黑暗，给人们带来光明；在摄影师眼中，它富于变化，创造出美丽的世界；而你我可能首先想到它是世界运转的原动力——因为动物及我们人类生存所需的能量，大多来源于植物的光合作用。那么，你是否知道，科学家们利用光创造了一个全新的立体虚拟世界，而且还逐步揭开了小到原子大到整个宇宙组成的奥秘呢！
全息摄影
博物馆里陈列着一只漂亮的古董花瓶。深夜，一条黑影悄悄地潜入了博物馆，他撬开陈列柜，扑向花瓶，然而却什么都没碰到，便重重地摔在地上并触发了报警器。当他被保安押离现场时，却明明看见花瓶还在陈列柜中。
类似情景你可能在科幻电影或是科幻小说中见过，不过你一定会想，这可能吗？真有看得见却摸不着的神奇物体？自从20世纪50年代全息摄影技术出现后，这一幻想已变成了现实。
摄影其实是一将物体反射（或发射）的光波记录和再现出来的过程。光波的完整信息包括频率（色彩）、振幅（亮度）和位相（空间分布）三部分。普通摄影只能将物体发出的光波的色彩和亮度记录下来，却无法记录其空间分布信息，所以普通照片只有平面图像而无立体感。
1948年，英国物理学家加博尔发明了全息摄影技术——两列相干光波（频率相同，位相差恒定的光波）相遇时形成的干涉纹样，可同时记录下光波的频率、振幅和位相关系。但是，普通的光源（太阳光、白炽灯光等）发出的光波其实是由各种频率的光混合成的复色光，因此无法形成稳定的干涉条纹。20世纪60年代，激光被发明后（激光是一种频率单一的光波），全息摄影才最终得以实现。
利用激光拍摄全息照片的基本原理如图1所示。在暗室中， 激光光束的一部分B投射到被摄物体上，然后反射、散射或衍射到感光片； 同时另一部分激光A通过反射镜直接反射到感光片。 如此拍摄得到的全息照片，与传统照片最大的区别是：底片上只有许多细密的条纹，而没有图像。
那么，如何还原被摄物体的影像呢？我们只需将一束激光按图2 所示光路照射到全息照片上，就能还原出一个与拍摄物一样的立体全息影像。从不同角度进行观察，你会发现影像的色彩、光强和光影关系都如同实物一样栩栩如生。
全息照片与普通照片相比有许多奇妙的特性：首先，它复制十分容易，不需要分正负片，也不用彩色胶卷，因为它只记录干涉条纹而已。其次，全息照片被损坏或分割后，每部分仍可以还原出完整的影像，只是稍暗一些。
正是由于全息摄影有诸多普通摄影不具备的特性，所以它在许多领域都有广泛的运用。在军事上，它可以用于创设虚拟现实场景，进行实战模拟；在医学上，利用CT技术制成全息合成图，可以直观显示人体内部病变；在印刷上，利用它可以制作全息邮票、三维地图及信用卡、钞票上的防伪标识；在展览中，利用全息技术可以开设全息博物馆和艺术馆，而不必担心展品被损坏或被盗。
奇妙的光谱
为什么雨后天空会出现彩虹？也许你会说：这太简单了，太阳的光芒经小水滴折射后，便形成了美丽的七色彩虹。那么，这条美丽的色带有什么用呢？你马上会想到：装点我们生活的世界。可你一定不知道，它还是我们认识世界的一把钥匙呢！
现在，科学家们已经发现了114种化学元素， 但是人们对这些元素的认识过程却是漫长的。自然界中的物质由单一元素构成的很少，多数都是由几种元素组成的化合物，怎样分析各种物质的元素组成和含量呢？过去，我们一般利用某种元素的特征化学反应进行检测，但是这种方法精度较低，当物质中元素较多而含量很低时就无法测定了。19世纪，德国化学家本生和基尔霍夫共同发明了光谱分析方法，它使我们可以根据各种物质发出或吸收的光波波长，获取有关物质结构和成分的资料。
白光通过三棱镜后，会分解成一系列不同颜色（波长）的单色光，这条彩色的光带便称为“光谱”。当化学元素处于高温状态时，它会向外辐射光波，如果将该光波分解成光谱，你会发现每种元素的光谱都有各自的特征谱线。所以，我们只要将研究对象加热到白炽状态，并使其发出的光通过三棱镜，然后将形成的光谱与各种元素的特征谱线对比，就能分析出研究对象的组成及各元素的含量。
研究元素的光谱图，就如同检验它们的指纹一样，不仅有助于探究物质中所含的成分，还可提供科学家更多有关宇宙结构的知识。我们很想了解太阳的元素组成，但我们不可能到太阳上去采样化验，借助对太阳光谱的检测，我们知道太阳大气的主要成分是氢和氦，而且太阳上的元素在地球上都已经发现。进一步研究光谱学得知，光谱会随温度而改变，由此天文学家估计出太阳及其他星球表面的温度。另外，当银河中的星球以极高的速度远离地球时，光谱会移向红色的一端；反之，则移向蓝色的一端，从而为天文学家了解天体运动的方向和速度提供了依据。
现代光学提出光具有“波粒二象性”，即光既具有波动性，又具有粒子性。粒子性可由光的直线传播等特性反映出来，那么光的波动性如何验证呢？
波穿过一个狭缝后，会绕到阴影区内传播，这就是衍射现象。衍射是波的重要特性之一，光也有。
实验一 用一平行光源照射一片双面剃须刀片，你会发现所成影像的边缘是模糊的，这是由于少部分的光绕进阴影区的缘故。
实验二 取一张坏的电脑磁盘，将其塑料内芯取出，用刀片刻一条狭缝，然后用激光教鞭照射狭缝。这时，在盘的另一面会看到一个较宽的光斑，这即是光的衍射。
波的另一重要特性是：两列相同频率的波会相互干涉，并产生干涉条纹。我们可以利用光来观察这一现象。
实验三 在磁盘内芯上刻两条平行狭缝，两者距离1毫米左右， 用激光教鞭照射这两条狭缝。于是，在盘的另一侧出现了一个光斑且有清晰的明暗间隔，这些间隔条纹就是干涉条纹。
思维空间
1.激光具有方向性好、能量集中、单色性好等优点，所以适合作全息摄影的光源。请考虑一下，激光还可以有什么其他应用？
2.观察一下，在你生活中哪些地方已经用到了全息摄影技术？
3.光的颜色与光的频率有关，红光频率最低，紫光频率最高。根据三棱镜折射形成的光谱，分析光的折射率与频率的关系？