При съемке одновременно с волной, отраженной объектом, на фотослой направляют вспомогательную волну от того же источника света лазера. Взаимодействуя, они дают интерференционную картину. Если на проявленную голограмму направить луч лазера, то в пространстве возникает объемное изображение зафиксированного объекта, содержащее о нем полную информацию. У наблюдателя создается впечатление, что он видит реальный предмет. Трехмерность изображения обусловливается дифракцией, то есть заходом лучей в область тени в результате огибания предмета.
Активной средой газовых лазеров, оптимальных для целей голографии, служат чистые газы, их смеси, а также смеси газа и паров металла. В криминалистической практике наиболее употребимы гелий-неоновые, аргоновые, азотные квантовые генераторы. Работают они как в импульсном, так и в непрерывном режиме, излучая свет в диапазоне от инфракрасной до ультрафиолетовой зоны спектра.
В последние годы голография стала широко известна потому, что позволяет получать эффектные объемные цветные изображения различных объектов, в том числе криминалистически значимых. Действительно, если записать и воспроизвести со всеми подробностями поле излучения, рассеянное объектом, то глазу очень трудно отличить восстановленное поле от реального объекта. Возникает иллюзия присутствия запечатленного объекта перед наблюдателем. Более того, голограмма способна воспроизводить свыше миллиона оттенков яркости, в то время как для обычной фотографии этот показатель не превышает сотни.
Суть голографирования состоит в регистрации интерференционной картины двух лучей, освещающих объект: опорного и объектного. Для получения голограммы луч лазера делят на два, причем опорный направляют непосредственно на фотослой, а другим освещают объект. Отраженный от объекта свет тоже попадает на пластинку. Образующаяся у ее поверхности картина интерференции световых волн (опорной и объектной) регистрируется светочувствительным слоем. Таким образом, при голографировании происходит взаимодействие двух волн, а возникающая при этом интерференционная картина периодическая структура темных и светлых полос и пятен содержит полную информацию о запечатленном объекте. Именно эта картина и регистрируется на светочувствительном материале.
Голограмма точно воспроизводит поле объектной волны, но при строго определенных условиях. Это позволяет на одну регистрационную среду последовательно записать, а затем воспроизвести несколько различных интерференционных картин. Число голограмм определяется свойствами регистрирующей среды и схемой голографирования. Голограмма отражает свет так же, как реальный объект, а возникающее световое поле в точности соответствует объектному. Голограмма это не изображение объекта, а зарегистрированное распределение интерференционной картины объектного и опорного волновых полей; отсюда для голографического метода не существует понятий «негатив и позитив».
При записи голограммы каждая точка объекта рассеивает излучение практически на всю поверхность регистрирующей среды. Поэтому в любой точке голограммы содержится информация обо всем объекте. Из этого следует несколько особенностей голографического процесса. Во-первых, любой участок голограммы способен воспроизводить образ всего объекта. Уменьшение размера голограммы приводит лишь к некоторому ухудшению качества изображения. Во-вторых, отдельные дефекты голограммы (трещины и царапины на эмульсии), в отличие от фотонегативов, практически не отражаются на качестве восстанавливаемого образа объекта.