Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 58
Текст из файла (страница 58)
Х = 1/к (число разрешаемых линий на мм). Для голографических систем специально разработаны фотоэмульсии с большим значением числа Х (порядка 1000 — 8000 мм 1), позволяющие добиваться большой разрешающей силы прибора. Если, например, Х = 10З мм 1, то величина -/2 = 1/2Х = 0,5 10 з мм оказывается сравнимой с длиной волнй, и фотопластинка не очень сильно ухудшает разрешение прибора.
Следует иметь в виду, однако, что проделанный расчет относился к схемам, где пучки, образующие главное и дополнительное изображение, не разделены (см. рис. 11.4 б). В более употребительных расположениях с наклонным падением пучков, необходимым для разделения двух изображений, используются только кольца высокого порядка (см. рис. 11.4 в) и роль фотослоя увеличивается. Поэтому в голографии Френеля с наклонным падением разрешающая сила, как правило, определяется фотоматериалом. $ 64. Качество голографических изображений До сих пор мы предполагали, что излучение, применяемое в качестве опорной и просвечивающей волны, равно как и для освещения разрен1алотся вследствие того, что полиграфическая репродукция составляется из ячеек, размеры которых в данном случае равны 0,5 мм и которые легко увидеть с помощью лупы. Каждая ячейка репродукции и играет роль зерна фотоэмульсии голограммы.
диФРАкция свытА объектов, вполне когерентно. Однако абсолютно когерентного света не существует, и естественно возникает вопрос о выяснении необходимых требований, которым должен удовлетворять источник излучения. Согласно изложенному в ~ 21, 22, для наблюдения контрастной интерференционной картины ширина спектра излучения, выраженная в длинах волн, должна подчиняться условию ЬЛ < —, Л где т порядок интерференции, т.е. отношение разности хода Л интерферирующих волн к Л. Более удобной, чем длина волны, оказывается обратная переменная, равная частоте, деленной на 2яс (с~/(2тгс) = 1/Л), выражаемая в см ' и обычно обозначаемая т, как и число колебаний в секунду.
Если ширину спектра излучения выразить в см ~, Ьи = ЬЛ/Л, а вместо порядка интерференции ввести разность хода в соответствии с определением ти = Ь/Л, то критерию монохроматичности излучения можно придать простую форму: Ли < —. Х (64 1) Итак, ширина спектра излучения, выраженная в см ~, должна быть меньше (желательно, значительно меньше) обратной разности хода 1/1. Физическое содержание этого условия очевидно: длина когерентности излучения или длина цугов, из которых состоит квазимонохроматическое излучение, равная 1/Ьи (см.
~ 21)„должна быть больше разности хода Х, чтобы в плоскости голограммы интерферировали колебания, принадлежащие одному цугу. Наибольшие значения разности хода имеют место при голографировании трехмерных объектов, .когда о практически совпадает с размерами объекта. Если, следовательно, последние составляют несколько десятков см, то Ьр не может превышать 0,01 см ~. Для сравнения укажем, что ширины спектральных линий в газоразрядных источниках света, как правило, находятся в пределах 0„1 — 1 см, и поэтому их применение в голографии предполагает дополнительную монохроматизацию с помощью спектральных приборов с высокой разрешающей силой типа интерферометра Фабри — Перо (см.
~ 30, 50). Требования. касающиеся пространственной когерентности излучения, легко сформулировать с помощью понятия области когерентности, введенного в ~ 22: размеры области когерентности 21 „должны быть больше размеров голограммы П. Если угловые размеры источника равны д, то 21 „= Л/О и из сформулированного критерия необходимой пространственной когерентности 21 „) П следует: д< —. (64.2) Полученное условие можно истолковать иным способом: угловые размеры источника должны быть меньше разрешаемого системой расстояния, выраженного в угловой мере (см. (63.2)).
К тому же результату можно прийти с помощью общего условия (17.1), ограничивающего допустимые в интерференционных опытах размеры протяженного ис- ГЛ. Х1. ГОЛОГРАФИЯ точника света, если принять во внимание совпадение апертуры интерференции и угла и на рис. 11.9 и в соотношении (63.1). Каждое из условий (64.1) и (64.2), будучи взятым вне связи с другим, можно выполнить сравнительно просто, Например, четкая интерференционная картина с небольшим значением порядка гп легко возникает на сравнительно болыпих площадях, в чем мы убедились в ~ 16, обсуждая разнообразные схемы интерференционных опытов. Однако одновременное выполнение обоих условий вынуждает работать со столь малыми потоками, что эксперименты по голографии с нелазерными источниками света оказались чрезвычайно трудными и сложными.
Основные физические идеи голографии были сформулированы Д. Габором в 1948 г. в связи с проблемой повьппения разрешающей способности электронных микроскопов. Габор подтвердил свои теоретические соображения экспериментами в оптической области спектра.
Однако в силу указанных трудностей голография развивалась очень медленно вплоть до создания оптических квантовых генераторов, излучение которых, по самому принципу их работы, исключительно монохроматично и обладает высокой степенью пространственной когерентности (см. ~ 228, 229). В начале шестидесятых годов Э. Лейт и 1О. Упатниекс получили первые голограммы с помощью лазерного излучения. Начиная с этого времени голография быстро прогрессировала и превратилась в разветвленную область прикладной оптики. Можно поэтому с полным основанием сказать, что успехи голографии целиком определены изобретением оптических квантовых генераторов 1).
Длина когерентности излучения лазеров может достигать сотен метров, и по крайней мере в принципиальном отношении лазеры решают проблему источников света для голографии. Применяются лазеры разных типов, но наиболее широкое распространение получили гелий-неоновые лазеры (Л = 632.,8 нм. см. 9 227). В предыдущих разделах основное внимание концентрировалось на физической стороне процесса голографирования, и мы сознательно не обсуждали некоторые детали, не имеющие значения с этой точки зрения, но очень важные для получения высококачественных голографических изображений. Отметим теперь ряд таких дета,лей.
В ~ 60 было показано, что при идентичности опорной и просвечивающей волн изображение вполне подобно объекту и может отличаться от пего только в результате дифракционного расширения изображения каждой точки (см. ~ 63). Попытка получить увеличенное изображение (см. 9 61) неизбежно сопряжена, как оказывается, с до- ') В этой связи создатель голографии Д, Габор в 1971 г.
писал: «Пути науки часто неисповедимы. Электронная микроскопия так до сих пор и не извлекла существенной пользы из восстановления волн, тогда как мон оптические опыты (которые были задуманы как модельные) положили начало голографии. Хотя многие исследователи ... достигли некоторых успехов в последуюп1ие годы, настоящее второе рождение голография пережила в 1962 г., когда Э. Лейт и Ю. Упатниекс применили лазеры...».
240 диФРАкция сВетА полнительным ухудшением качества изображения (так называемые аберрации изображения: см. гл. Х111). Это обстоятельство требует к себе особого внимания, поскольку аберрации быстро растут по мере увеличения размеров голограммы и углов падения света. Для голографии характерна возможность появления многих дополнительных изображений. Причина их возникновения, по существу, была выяснена в ~ 58. Интерференционную картину можно рассматривать как наложение элементарных систем полос, обусловленных интерференцией опорной плоской волны и пространственных фурье-составляющих поля обьекта (см.
также ~ 52). Соответствующая элементарная дифракционная решетка будет периодической, но если фотографический процесс должным образом не отрегулирован, коэффициент ее пропускания не будет гармонически зависеть от координаты. При просвечивании такой решетки образуются волны не только с порядком т = О, +1, но и с т = +2 и т.д. Каждому порядку дифракции соответствует свое изображение. т.е. образуется много изображений, наложение которых друг на друга обычно нежелательно и даже вредно. Помимо упомянутых. существует много других тонкостей голографического эксперимента (как, впрочем, и во всякой иной области). В частности, существенное значение могут иметь отношение интенсивностей опорной и голографируемой волн, вибрации прибора, фазовые искажения в слое желатина и т.д.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
