هولوگرافی تکنیکی است که اجازه می‌دهد میدان نوری در آن ضبط شده و بعدا دوباره مانند ابتدا بازسازی شود. این در حالی اتفاق می‌افتد که میدان نوری اصلی، دیگر وجود ندارد چون شی اولیه نیز دیگر در محیط مد نظر حضور ندارد. هولوگرافی را از لحاظ منطق می‌توان به ضبط صدا تشبیه کرد. میدان صدا توسط ارتعاشات آلات موسیقی یا تار‌های صوتی به وجود می‌آید. صدای ضبط شده، این ارتعاشات را به صورت رمزگذاری شده نگهداری می‌کند. این اطلاعات بعدا بدون نیاز به حضور میدان صوتی اصلی، قابل شنیدن خواهد بود. هولوگرافی حتی شباهت بسیار بیشتری به ضبط صدا Ambisonic دارد که در آن هر زاویه از میدان صوتی ضبط شده قابلیت بازتولید را دارد.
لیزر
در هولوگرافی از طریق لیزر، هولوگرام از طریق نور لیزر ضبط می‌شود که لحاظ رنگی بسیار خالص و منظم است. شاید تنظیمات مختلفی برای تولید هولوگرام استفاده شود و انواع متفاوتی از آن تولید شود اما همه هولوگرام‌ها شامل تعامل نور از جهات مختلف و تولید الگوی تداخل میکروسکوپی هستند که یک صفحه، فلیم یا راسنه‌ها به صورت عکاسی ضبط می‌کنند. در یک ترکیب ترکیب مشترک، پرتو لیزر به دو قسم تقسیم می‌شود. یکی از این قسمت‌ها به عنوان پرتو شی و دیگری به عنوان پرتو مرجع شناخته می‌شود. پرتو شی با عبر دادن آن از لنز گسترش پیدا می‌کند و برای روشنایی سوژه مورد استفاده قرار می‌گیرد. رسانه مد نظر برای ضبط در جایی قرار گرفته است که وقتی نور از شی منعکس یا پراکنده می‌شود، به آن خواهد رسید. لبه رسانه ضبط در نهایت به عنوان پنجره‌ای از آن شی مد نظر مشاهده می‌شود، کار خواهد کرد. بنابر این مکان رسانه باید با توجه به این مسائل انتخاب شود. پرتو مرجع نیز گسترش پیدا کرده برای برای نورپردازی مستقیم در محیط استفاده می‌شود. در اینجا نور مرجع با نوری که از شی ساطع شده ملاقات کرده تا در نهایت الگوی تداخل مد نظر ایجاد شود. همانند عکاسی، هولوگرافی برای تاثیر صحیح بر محیط که قرار است ضبط در آن انجام شود نیاز به نور مناسب دارد. بر خلاف عکاسی، در طول قرار گرفتن در معرض نور منبع، عناصر نوری، محیط ضبط و سوژه باید همه نسبت به یکدیگر کاملا بی حرکت بمانند تا در حدود یک چهارم طول موج نور، از نور یا الگوی تداخل استفاده شود. در غیر این صورت هولوگرام تار خواهد شد و به صورت کلی قابل استفاده نیست. در حالی که موجودات زنده اصولا کاملا ثابت نخواهند بود برای تصویر برداری هولوگرامی باید از نور لیزر بسیار قوی استفاده کرد. به خاطر مضرات موجود اینکار به ندرت و صرفا در محیط آزمایشگاهی انجام می‌شود. قرار گرفتن در معرض نور لیزر با قدرت بسیار کمتر در حدود چند ثانیه تا چند دقیقه، طبیعی است.
دستگاه
با تابیدن بخشی از پرتو نور به صورت مستقیم در محیط ضبط و بخشی دیگر به شی مد نظر به گونه‌ای که این نور به رسانه ضبط بازگردد، هولوگرام به وجود می‌آید. برای آرایش منعطف ضبط هولوگرام نیاز است که پرتو لیزر از طریق تعدادی عناصر مختلف هدایت شود که آن را به طریق مختلف تغییر می‌دهد. اولین عنصر، شکاف پرتو نور است. این عنصر پرتو نو را به دو پرتو یکسان تقسیم می‌کند که هرکدام جهت‌های مختلفی را هدف قرار می‌گیرند.
- یک پرتو (معروف به نور یا پرتو شی) با استفاده از لنز‌ها پخش شده و توسط آینه‌ها به صحنه مد نظر منتقل می‌شود. برخی از نورهای پراکنده (منعکس شده) از صحنه سپس در محیط ضبط قرار می‌گیرند.
- پرتوی دوم (بیشتر به عنوان پرتو مرجع شناخته می‌شود) نیز با استفاده از لنز‌ها پخش می‌شود اما به گونه‌ای هدایت می‌شوند که با صحنه تماس نداشته باشند اما به صورت مستقیم در محیط ضبط قرار خواهند گرفت.
ماده‌های مختلفی به عنوان رسانه ضبط مورد استفاده قرار می‌گیرند. یکی از معمول‌ترین راهکار‌ها استفاده از فیلمی شبیه به فیلم عکاسی (امولوسیون عکاسی هالید نقره) است اما اینکار با غلظت بسیار بالاتره دانه‌های واکنشی نسبت به نور انجام می‌شود. استفاده از این ماده باعث می‌شود که هولوگرام وضوح تصویر بسیار بالاتری را داشته باشد. لایه‌ای از این رسانه ضبط به لایه‌ای شفاف متصل می‌شود که معمولا از جس شیشه است اما امکان استفاده از پلاستیک نیز وجود دارد.
پردازش
وقتی دو پرتو اشاره شده از لیزر به محیط ضبط می‌رسند، امواج نور آنها با یکدیگر برخورد خواهد کرد. این همان الگوی تداخل است که در محیط ضبط حک می‌شود. این الگو شاید به نظر تصادفی باشد زیر نشان دهنده جایی است که نور صحنه با منبع اصلی نور تداخل پیدا می‌کند امار حقیقت منبع اصلی نور نیست. از الگوی تداخل می‌توان به عنوان نسخه رمزگذاری شده صحنه یاد کرد که برای مشاهده دوباره محتویات آن نیز به یک کلید خاص است. این کلید خاص منبع نور اصلی خواهد بود. این کلید کم شده بعدا با استفاده از نور لیزر جایگزین می‌شود که همان نوری است که برای ضبط هولوگرام استفاده شده بود. وقتی این پرتو هولوگرام را روشن می‌کند روی سطح آن پراکنده خواهد شد. این میدان نوری دقیقا با جایی که هولوگرام ضبط شده، یکسان خواهد بود.
در تقابل با عکاسی
درک بهتر هولوگرافی شاید در زمانی مشخص شود که آن را با عکاسی مقایسه کنیم:
- یک هولوگرام نمایانگر اطلاعات ضبط شده در مورد نوری است که در صحنه اصلی به دست آمده است که در زوایای مختلف پخش شده و مانند عکاس صرفا در یک زاویه نیست. این قابلیت اجازه می‌دهد که صحنه ضبط شده از زوایای مختلف دوباره مشاهده شود به نوعی که حس می‌شود شی مد نظر هنوز در مقابل مشاهده کننده وجود دارد.
- برای ثبت یک عکس صرفا به منبع نور عادی مانند نور خورشید یا لامپ نیاز است اما برای ثبت هولوگرام نیاز به استفاده از نور لیزر خواهد بود.
- برای عکاسی نیاز به استفاده از لنز است اما در هولوگرافی نور از جسم به صورت مستقیم روی رسانه ضبط پراکنده می‌شود.
- همچنین باید گفت که برای ضبط هولوگرافی نیاز به پرتوی مرجع نیز خواهد بود که باید از سمت رسانه ضبط هدایت شود.
- یک عکس تقریبا در هر نوری قابل مشاهده است اما برای مشاهده هولوگرام نیاز به اشکال خاص نورپردازی خواهد بود.
- وقتی یک عکس به دو نیمه تقسیم می‌شود، هر قطعه از آن قسمتی از تصویر را نشان می‌دهد. در سمت مقابل وقتی یک هولوگرام به دو نیم تقسیم شود می توان تمام صحنه ضبط شده را در هر قطعه مشاهده کرد. این امر به خاطر این است که هر قسمت از عکس فقط مخصوص به نور ثبت شده در آن قسمت است. در هولوگرافی هر قسمت تصویر نمایانگر نور ضبط شده از تمامی زوایای محیط ضبط است. برای مثال می‌توان گفت که فرض کنید تصویری از یک خیابان از درون یک پنجره 120 در 120 سانتیمتر ثبت شده، سپس همین کار از یک پنجره 120 در 60 سانتیمتر انجام شده است. قابلیت مشاهده تمام جزئیات از پنجره کوچکتر نیز وجود دارد و فقط نیاز به تغییر زاوایه دید دارد اما بیننده می‌تواند در پنجره 120 سانتیمتری در آن واحد قسمت بیشتری را از تصویر مشاهده کند.
- یک عکس نمایش دو بعدی از محیط سه بعدی را باز تولید می‌کند اما در محدوده مشاهده یک هولوگرام نشانه‌های بسیار بیشتری مانند درک عمق که در صحنه اصلی وجود داشت نیز قابل مشاهده است. این نشانه‌های بصری توسط مغز انسان شناخته شده و به ادراک سه بعدی ترجمه می‌شود که در صحنه اصلی وجود داشته.
- یک عکس به صورت واضح نور اصلی صحنه ضبط شده را نمایش می‌دهد. در سمت مقابل سطح هولوگرام از الگویی بسیار ظریف و به ظاهر تصادفی تشکیل شده است که در نگاه اول هیچ ارتباطی با صحنه ضبط شده ندارد.
بازسازی و مشاهده تصاویر هولوگرافیک
زمانی که صفحه یک هولوگرام توسط یک پرتو لیزر یکسان با پرتو مرجع که برای ضبط آن استفاده شده روشن می‌شود، یک بازسازی دقیق از موج اصلی شی یا محیط به دست می‌آید. یک سیستم تصویر بداری که می‌تواند دوربین یا حتی چشم انسان باشد، وقتی در مقابل این پرتو قرار بگیرد دقیقا همان صحنه‌ای را که هنگام ضبط مشاهده می‌شد را خواهد دید. با تغییر زاویه لنز شاهد همان تغییرات در زاویه دید خواهیم بود. اگر در هنگام ضبط هولوگرام چند شی در تصویر وجود داشته باشد، در هنگام مشاهده نیز این اشیا بازسازی شده و قابلیت جا به جایی نسبت به یکدیگر را نیز دارند. این قابلیت به خاطر وجود عمق در تصویر به وجود می‌آید و در ضبط هولوگرام تقریبا هما زوایای مشاهده از شی یا محیط در آن قرار خواهد گرفت. در روزهای ابتدایی خلق هولوگرافی از صفحه شطرنج به عنوان شی مد نظر برای ضبط انجام می‌شد. از این صفحه در زوایای مختلف عکس برداری می‌شد و سپس می‌توان مشاهده کرده که مهره‌های شطرنج در زوایای مختلف چگونه تغییر کرده و قابل مشاهده خواهند بود.
از لیزر می‌توان برای بازسازی یک تصویر هولوگرافی استفاده کرد اما تصویر بازسازی شده دقیقا مانند نمونه اصلی نخواهد بود. وقتی از نور لیزر برای بازسازی هولوگرام استفاده می‌شود نقاط مختلفی از تصویر اصلی برای اینکار استفاده می‌شود. این مورد می‌تواند باعث شود که اشکالات بزرگی در مشاهده یک هولوگرام به وجود آورد. نور سفید از طیف نور وسیعی از طول موج‌های متفاوت تشکیل شده است. معمولا اگر یک هولوگرام توسط یک منبع نور سفید روشن شود، می‌توان در هر طول موجی برای باز تولید آن هولوگراف استفاده کرد که شامل اندازه، زاویه و مسافت خواهد بود. در شرایط بسیار خاص می‌توان با استفاده از نور سفید تصویر هولوگرافیک به دست آورد که در دسته هولوگرام رنگین کمانی و حجم دار دسته بندی می‌شوند. هولوگرام باید همیشه به نقطه منبع نور در زوایه دقیقی قرار گرفته باشد و در غیر این صورت نمایش داده نمی‌شود.
بازسازی و مشاهده تصاویر هولوگرافیک
زمانی که صفحه یک هولوگرام توسط یک پرتو لیزر یکسان با پرتو مرجع که برای ضبط آن استفاده شده روشن می‌شود، یک بازسازی دقیق از موج اصلی شی یا محیط به دست می‌آید. یک سیستم تصویر بداری که می‌تواند دوربین یا حتی چشم انسان باشد، وقتی در مقابل این پرتو قرار بگیرد دقیقا همان صحنه‌ای را که هنگام ضبط مشاهده می‌شد را خواهد دید. با تغییر زاویه لنز شاهد همان تغییرات در زاویه دید خواهیم بود. اگر در هنگام ضبط هولوگرام چند شی در تصویر وجود داشته باشد، در هنگام مشاهده نیز این اشیا بازسازی شده و قابلیت جا به جایی نسبت به یکدیگر را نیز دارند. این قابلیت به خاطر وجود عمق در تصویر به وجود می‌آید و در ضبط هولوگرام تقریبا هما زوایای مشاهده از شی یا محیط در آن قرار خواهد گرفت. در روزهای ابتدایی خلق هولوگرافی از صفحه شطرنج به عنوان شی مد نظر برای ضبط انجام می‌شد. از این صفحه در زوایای مختلف عکس برداری می‌شد و سپس می‌توان مشاهده کرده که مهره‌های شطرنج در زوایای مختلف چگونه تغییر کرده و قابل مشاهده خواهند بود.
از لیزر می‌توان برای بازسازی یک تصویر هولوگرافی استفاده کرد اما تصویر بازسازی شده دقیقا مانند نمونه اصلی نخواهد بود. وقتی از نور لیزر برای بازسازی هولوگرام استفاده می‌شود نقاط مختلفی از تصویر اصلی برای اینکار استفاده می‌شود. این مورد می‌تواند باعث شود که اشکالات بزرگی در مشاهده یک هولوگرام به وجود آورد. نور سفید از طیف نور وسیعی از طول موج‌های متفاوت تشکیل شده است. معمولا اگر یک هولوگرام توس یک منبع نور سفید روشن شود، می‌توان در هر طول موجی برای باز تولید آن هولوگراف استفاده کرد که شامل اندازه، زاویه و مسافت خواهد بود.
