Plošný záznam intenzity záření trojrozměrných objektů umožňuje tyto objekty zpětně rekonstruovat pouze dvojrozměrně. Abychom mohli provést trojrozměrnou rekonstrukci objektů, je třeba současně s plošným záznamem intenzity detekovat plošně i fázi vlny záření.
Fáze vlny záření se detekuje ze záznamu interference vln od sledovaného objektu s vhodnou referenční vlnou (rovinnou či kulovou), a to na fotografickou emulzi. Metoda detekce fáze i intenzity vlny se nazývá holografie. Při záznamu interference světelných vln a při reálných úhlech mezi těmito vlnami vznikají velmi husté interferenční proužky (mikro interference), pro který je třeba mít fotografické desky, označované také jako holografické desky (hologramy) s rozlišením 2000 až 5000 čar/mm (výrobcem je např. firma AGFA).
Holografii objevil Dennis Gabor, který za ni získal v roce 1971 Nobelovu cenu. Pojem holografie pochází z řeckých slov holos (úplný) a grafein (zaznamenávat). Úplný záznam vlny, tj. amplitudy i fáze, umožní znamenat prostorové objekty na fotografickou desku trojrozměrně. Jelikož záznam fáze se provádí pomocí interference, je třeba použití koherentní zdroje záření. Z tohoto důvodu zaznamenala holografie prudký rozvoj až s objevem laserů v 60-tých letech dvacátého století. V té době přispěli k rozvoji holografie E. Leith a J. Upatnieks, kteří vyvinuli mimoosovou holografickou sestavu (viz kap. 2.21 a kap. 2.22) rozvinuli tak možnosti do té doby známé souosé sestavy dle Gabora (viz kap. 2.20). Výrazným přínosem pro holografii byly také práce J. N. Denisjuka, který vyvinul hologramy rekonstruovatelné v bílém světle.
Obr. 2-27 Schéma záznamu a rekonstrukce hologramu
Princip holografického záznamu a následnou rekonstrukci trojrozměrného obrazu si lze vysvětlit pomocí schématu uvedeného na obr. 2-27. Při záznamu je objekt O osvětlen a předmětový svazek p šířící se od objektu interferuje s referenčním svazkem r a vzniklá mikro interferenční struktura exponuje holografickou desku H. Po vyvolání holografické desky je třeba tuto desku osvětlit rekonstrukčním svazkem, který by měl být shodný s referenčním svazkem r. Na mikro interferenční struktuře dojde k ohybu paprsků a vytvoří se zpětně rekonstruovaný předmětový svazek p*, který je shodný s původním předmětovým svazkem p. Důkazem shody mohou být rovnice (2-25) z kap. 2.13 pro interferenci a (2-28) z kap. 2.14 pro difrakci, které jsou pro k = 1 shodné. Pozorovatel může pak ve směru P skrz holografickou desku pozorovat rekonstruovaný obraz O* původního objektu O.
Vyvolaná fotografická deska se záznamem hologramu prostorového obrazu obsahuje především velmi hustou mikro interferenční strukturu a pozorovateli se jeví jako rovnoměrně či méně rovnoměrně šedá deska. V důsledku parazitní interference v optické sestavě lze však na fotografické desce pozorovat i makro interferenční strukturu, viz obr. 2-28.
Obr. 2-28 Záznam interferenční struktury na fotografické desce (hologramu)
Pozn.: Iluzi rekonstrukce prostorového objektu z počítačově vytvořeného dvojrozměrného rastru si lze vyzkoušet na přiložených tzv. stereogramech, viz Obraz 1, Obraz 2, Obraz 3, Obraz 4, Obraz 5. V těchto případech se sice nejedná o hologramy, které mají podstatně vyšší kvalitu, ale přesto je zde v rámci možností rozlišovací schopnosti současných monitorů a tiskáren vyvolaná představa jistého prostorového objektu. Při prohlížení stereogramů je třeba zaostřit za rovinu obrazovky, a po kratší nebo delší době se objeví prostorový objekt. Stereogramy byly získány pomocí software AutoStereoGram a Randot 1.1.