Понятие о голографии

Голография

Голография - безлинзовое получение оптических изображений путем так называемого восстановления волнового фронта. Применим метод Рэлея для уяснения идеи голографии. В принципе идея голографии была выдвинута и экспериментально проверена польским физиком М. Вольфке (1883-1947). Его работа была опубликована еще в 1920 г., но была забыта. Эту идею независимо от Вольфке вновь предложил и обосновал в 1947 г. английский инженер и физик Габор (р. 1900), который по праву считается изобретателем голографии. Однако понадобилось 15 лет, чтобы стало возможно практическое осуществление голографии. Причина столь длительной задержки заключается в том, что в голографии требуются источники света, обладающие высокой степенью временной и пространственной когерентности. Таких источников в 1947 г. еще не существовало. Положение изменилось в 1960 г. с изобретением лазеров и проникновением их в лабораторную технику. Первые изображения по методу голографии были получены американцами Лейтом и Упат-ниексом в 1962 г.

При освещении, или просвечивании предмета от него распространяется рассеянная или прошедшая волна. Отделившись от предмета, рассеянная волна сохраняет в дальнейшем независимое существование и несет полную информацию о форме и прочих свойствах предмета, какая может быть получена путем освещения его световыми лучами. Попадая в глаз или объектив фотоаппарата, эта волна образует на сетчатке или на фотопластинке изображение предмета. Если любым путем создать такую же волну, то, очевидно, она сможет вызвать в точности такие же эффекты, что и исходная волна, рассеянная предметом. На этом замечании и основана идея голографии..

Процесс получения изображения в голографии распадается на две стадии. На первой стадии изготовляется голограмма, т. е. фотопластинка, с помощью которой можно восстанавливать световую волну, рассеянную телом. Вторую стадию составляет само восстановление этой волны и получение оптического изображения.

Рис. 5.14.1. Предмет, освещающийся пучком параллельных лучей от лазера

Пусть какой-то предмет А (рис.5.14.1.) освещается пучком параллельных лучей от лазера. Рассеянные лучи попадают на фотопластинку Г. По степени почернения пластинки после проявления можно судить об амплитуде рассеянной волны во всех местах пластинки, которых эта волна достигла. В этом смысле экспонированная и проявленная пластинка сохраняет информацию об амплитуде волнового поля.

Для восстановления волнового поля такой информации, конечно, недостаточно. Нужна еще дополнительная информация о фазе, которой пластинка не содержит, так как степень почернения зависит только от интенсивности, но не от фазы волны. Габор указал, что необходимую информацию о фазе можно получить и запи­сать на той же фотопластинке Г, если осветить ее вторым пучком от того же лазера и заставить его интерферировать с пучком, рассеянным предметом. Практически этого можно достигнуть, расширив предварительно пучок от лазера, а затем разделив его на два пучка. Один из них (предметный) направляется на предмет А, другой (опорный) отражается от плоского зеркала 5. Оба пучка направляются на фотопластинку Г и там интерферируют между собой. Интерференционная картина фотографируется. Так полученная фотография и называется голограммой.

Поскольку волна, рассеянная предметом, возникает при отражении и дифракции на макроскопических деталях предмета со сложной формой и взаимным расположением, реальная голограмма представляет собой очень сложную и запутанную интерференционную картину с очень мелкими деталями, которые невозможно различить невооруженным глазом. (На ней обычно видны и крупные дифракционные кольца. Но они не имеют никакого отношения к делу так как возникают при дифракции на случайных пылинках, встретившихся на пути распространения света.)

Дифракционная картина на голограмме не имеет ни малейшего сходства с предметом. При рассматривании ее в микроскоп в не трудно усмотреть следы каких-либо закономерностей. И тем не (менее расположение, форма и интенсивность дифракционных пяте) голограммы полностью определяются геометрической формой  физическими свойствами отражающей поверхности объекта. Голограмма в закодированной форме содержит полную информацию об объекте.

Лазерный пучок делится на две части, причем одна его часть отражается зеркалом на фотопластинку (опорная волна). А вторая попадает на фотопластинку отразившись от предмета (предметная волна). Опорная и предметная волны, являясь когерентными и накладываясь друг на друга, образуют на фотопластинке интерференционную картину.

Метод голографии позволяет записывать сотни раз больше страниц печатного текста, чем метод микрофотографии. Метод находит все большее применение.