Методи реєстрації фази електромагнітної хвилі добре відомі і засновані на явищі інтерференції. Розглянемо найпростіший приклад, показаний на рис. 1. Нехай на світлочутливу поверхню екрану під деяким кутом нахилу падає плоска світлова хвиля з невідомими амплітудою А і фазою # 966 ;. Така хвиля призведе до рівномірного почорніння поверхні екрану, причому ступінь почорніння буде пропорційна інтенсивності хвилі, тобто А 2. часу її впливу.
Припустимо тепер, що на екран падає ще одна плоска хвиля перпендикулярно екрану, яку ми будемо називати опорною, еталонної або допоміжної хвилею (променем). Якщо частота і поляризація допоміжної хвилі ті ж, що і у вихідній, то падають на екран хвилі будуть когерентність і між ними виникне інтерференція, тобто в одних місцях вони будуть посилювати, а в інших - послаблювати один одного. В результаті цього на поверхні екрану з'являться темні і світлі смуги.
Оскільки амплітуда і фаза допоміжної хвилі відомі, то за характером інтерференційної картини можна легко визначити амплітуду і фазу вихідної хвилі. Дійсно, позначимо амплітуду допоміжної хвилі через В, а фазу приймемо рівною нулю. тоді інтенсивність
сумарного поля на поверхні світлочутливого екрану буде дорівнює:
де # 952; - кут між напрямами поширення хвиль;
# 969; - частота хвиль;
# 955; - довжина хвилі;
х -коордіната точки на світлочутливої поверхні.
Усереднюючи цю величину в часі (таке усереднення виробляє світлочутливий шар, а при спостереженні інтерференційної картини на матовому склі - людське око), отримаємо:
Ця величина, що характеризує интерференционную картину, пропорційна ступеню почорніння фотослоя (див. Рис. 1), тому звідси легко визначити амплітуду вихідної хвилі:
Фазу вихідної хвилі також можна легко визначити з співвідношення (2). Якщо, наприклад, взяти, що в місцях найбільшого почорніння cos (кх sin # 952; + # 966;) = 1, то
Таким чином, ми показали, що амплітуду і фазу вихідної електромагнітної хвилі легко визначити, спостерігаючи результат інтерференції цієї хвилі з допоміжною плоскою хвилею. Інтерференційна картина, яку ми отримали і яка описується формулою (2), є дифракційної гратами і являє собою найпростішу голограму. Дійсно, вихідну хвилю, яка похило падає на світлочутливий шар, можна розглядати як результат відображення її від плоского дзеркала: це означає, що ми отримали голограму об'єкта, що представляє собою плоске дзеркало. Зрозуміло, це занадто простий приклад отримання голограм, але в принципі випромінювання, розсіяне складним об'єктом, можна розглядати як суму плоских хвиль, що поширюються під різними кутами. Природно, в цьому випадку інтерференційна картина вийде вельми складною, і ми вже не зможемо описати голограму простою формулою. Але тим не менше спільність процесів, що протікають очевидна, і наслідки, що випливають з розглянутого прикладу, знадобляться нам надалі.
Що ж нам необхідно відзначити? По-перше, вся інформація, яку несуть світлові хвилі, відбиті від об'єкта, може бути записана у вигляді голограми, тобто інтерференційної картини, що виникає в результаті взаємодії цих хвиль з опорної, допоміжної хвилею. По-друге, амплітуди і фази (хвиль, що несуть зображення об'єкта, фіксуються певним законом розподілу почорніння на світлочутливої поверхні. По-третє, отримання голограм обов'язково вимагає когерентності опорної хвилі і хвилі, що розсіюється об'єктом; в оптичному діапазоні така когерентність забезпечується застосуванням лазерів.