И.В. Савельев - Курс общей физики. Том 2. Электричество и магнетизм, волны, оптика (1115514), страница 82
Текст из файла (страница 82)
края отверстия совмещены с краями линзы. Отсюда вытекает, что самая совершенная линза не может дать идеального оптического изображения. Вследствие волновой природы света изображение точки, даваемое линзой, имеет вид пятнышка, представляющего собой центральный максимум дифракционной картины. Угловой размер этого пятнышка уменьшается с ростом диаметра оправы линзы Р. Прп очень малом угловом расстоянии между двумя точками их изображения, получающиеся с помощью какого-либо оптического прибора, наложатся друг на друга и дадут одно светящееся пятно.
Следовательно, две очень близкие точки не будут восприниматься прибором раздельно, илп, как говорят, не будут разрешаться прибором. Поэтому, как бы ни было велико по размерам изображение, па нем не будут видны соответствующие детали. Обозначим через бф наименьшее угловое расстояние между двумя точками, при котором они еще разрешаются оптическим прибором. Величина, обратная бф называется р аз р еш а ю щей силой прибора: ГЛ. ХУ!П. ДИФРАКЦИЯ СВЕТА Диаметр зрачка глаза при нормальном освещении равен приблизительно 2 мм.
Подставив это значение в формулу (!32.5) и взяв 5=0,5 10 ' мм, получим: бф=1,22 ' =0,305 1О 'радж1'. 2 Таким образом, минимальное угловое расстояние между точками, при котором глаз воспринимает их еще раздельно, равно одной угловой минуте. Любопытно, что расстояние между соседними светочувствительными элементами сетчатки глаза соответствует этому у~ловому расстоянию. й 133. Голография Голография (т.
е. «полная запись», от греческого: голос — весь, графо — пишу) есть особый способ фиксирования на фотопластинке структуры световой волны, отраженной предметом. При освещении этой пластинки (голограммы) пучком света зафиксированная на ней волна восстанавливается в почти первоначальном виде, так что при восприятии восстановленной волны глазом зрительное ощущение бывает практически таким, каким оно было бы при наблюдении самого предмета. Голография была изобретена в 1947 г. английским физиком Д: Габором. Однако полное осуществление идеи Габора стало возможным только после появления в 1960 г. источников света высокой степени когерентности — лазеров. Исходная схема Габора была усовершенствована американскими физиками Э.
Лейтом и Ю. Упатниексом, которые получили в 1963 г. первые лазерные голограммы. Советский ученый Ю. Н. Денисюк предложил в 1962 г. оригинальный метод фиксирования голограмм на толстослойной эмульсии. Этот метод, в отличие от голограмм на тонкослойной эмульсии, дает цветное изображение предмета. Мы ограничимся элементарным рассмотрением метода получения голограмм на тонкослойной эмульсии.
На рис. 133.1, а дана схема установки для получения голограмм, а на рис. 133.1, б — схема восстановления изображения. Испускаемый лазером световой пучок, расширенный с помощьГо системы линз, делится на две части. Одна часть отражается зеркалом к фотопластинке, образуя так называемый опорный пучок !.
Вторая часть попадает на пластинку, отразившись от фотографируемого предмета; она образует предметный пучок 2. Оба пучка должны быть когерентными. Это требование выполняется, поскольку лазерное излучение' обладает высокой степенью пространственной когерентности (световые колебания когерентны по всему поперечному сечению лазерного пучка). Опорный и предметный пучки, налагаясь друг на друга, образуют интерференционную картину, которая фиксируется фотопластинкой. ь ~ах гологиьа ия Экспонированная таким способом и проявленная фотопластинка п есть г о л о г р а м м а. В образовании голограммы участвуют два пучка света, в связи с чем описанная схема получения голограмм называется двухлучевой.
Для восстановления изображения проявленную фотопластинку располагают относительно источника света так, как она находилась при фотографировании, и ос- гаееР вещают опорным пучком света уееееее (часть лазерного пучка, которая освещала при фотографировании предмет, теперь / -Рееееедечееь еуееа перекрывается).
Опорный пуг чок дифрагируетна голограмне, в результате чего возника- = — /ймеуееег ет волна, имеющая точно такую структуру, как волна, //РИмее/ отражавшаяся предметом. Эта а/ волна дает мнимое изображение предмета, которое воспринимаетсяя глазом наблюдателя. Наряду с волной, образующей мнимое изображение, воз- / никает еще одна волна, которая дает действительное изо- Ь // / бражение предмета.
Действн- ( тельное изобрах:ение псевдоскопичпо; это означает, что /ем/мее оно имеет рельеф, обратный иеееРеемееее рельефу предмета, — выпуклые места заменены вогнутымн и наоборот. Рассмотрим характер голограммы и процесс восстановления изображения. Г!усть на фотопластинку падают два когерентных параллельных пучка световых лучей, идущих под углом ф друг к другу (рис.
133.2). Пучок ! является опорным, пучок 2 — предметным (предмет в данном случае представляет собой бесконечно удаленную точку). Для простоты предположим, что пучок ! падает на пластинку нормально. Все полученные ниже результаты остаются справедливымп и при наклонном падении опорного пучка, однако формулы в этом случае более громоздки. Вследствие интерференции опорного и предметного пучков на пластинке образуется система чередующихся прямолинейных максимумов и минимумов интенсивности. Пусть точки А и В соответствуют серединам соседних интерференционныхмаксимумов. Тогда //еоспйчель еее мееЕРеженее Ф1 Рис.
133.1. Гл. Хи!!. диФРАкция светА 426 разность хода Л' равна А. Из рис. 133.2 видно, что Л'=!( з(п ф; следовательно, !( з! п !р =А. (133.1) Зафиксирован на пластинке (путем экспонирования и проявления) интерференционную картину, направим на нее опорный пучок !. Пластинка для этого пучка играет роль дифракционной решетки, период !( которой определяется формулой (133.1). Отличительной особенностью этой реп>етки является то обстоятельство, что ее пропускательиая способность изменяется в направлении, перпендикулярном к «штрихам», по косииусоидальнаму закону (у рассматривавшихся в 5 130 решеток она изменялась скачком: просвет— ~Ф=-!! !т=~!,! Рис. !33.2.
Рис. !33.3. темно — просвет — темно и т. д.). Эта особенность приводит к тому, что интенсивность всех дифракциоииых максимумов порядка выше 1-го практически равна нулю. При освещении пластинки опорным пучком (рис. 133.3) возникает дифракциопиая картина, максимумы которой образуют.с нормалью к пластинке утлы Ч!, определяемые условием !1 з(п !Рс пг).
(!и ==О, -Е1) (133. 2) (ср. с формулой (130.5)). Максимум, отвечающий т=О, лежит на продолжении опорного пучка. Максимум, отвечающий и!=+1, имест такое же направление, какое имел при экспонировании предметный пучок 2 (ср, формулы (133.1) и (133.2)). Кроме того, возникает максимум, отвечающий !и= — 1. Можно показать, что полученный нами результат справедлив и в том случае, когда предметный пучок 2 является непараллельнымм, а расходящимся. При этом максимум, отвечающий и=+1„ имеет характер расходящегося пучка лучей 2' (он дает мнимое изображение точки, из которой выходили лучи 2 при экспонировании); максимум же, отвечающий и!= — 1, имеет характер сходящегося пучка лучей 2" (ои образует действительное изображение точки, из которой выходили лучи 2 при экспонировании). $133. ГОЛОГРАФИЯ При получении голограммы пластинка освещается опорным пучком 1 и множеством расходящихся пучков 2, отраженных разными точками предмета.
На пластинке возникает сложная интерфереяционная картина, образуемая в результате наложения картин, даваемых каждым из пучков 2 в отдельности. При освещении голограммы опорным пучком ! оказываются восстановленными все пучки 2, т. е. полная световая волна, отражавшаяся предметом (ей отвечает Гп=-+1). Кроме нее, возникают еще две волны (отвечающие п3=-О и ш=- — !).
Но эти волны распространяются в других направлениях и не мешают восприятию волны, дающей мнимое изображение предмета (см. рис. 133.1). Изображение предмета, даваемое голаграммой, является объемным. На него можно смотреть из разных положений. Если при съемке близкие предметы закрывали более удаленные, то, сместившись в сторону, можно заглянуть за ближайший предмет (вернее, за его изображение) и увидеть скрытые до того предметы. Это объясняется тем, что, сместившись в сторону, мы воспринимаем изображение, восстановленное от периферической части голограммы, на которую при экспонировании падали также и лучи, отраженные от скрытых предметов.
Рассматривая изображения ближних и дальних предметов, приходится, как и прн рассматривании самих предметов, по-разному аккомодировать глаз. Если голограмму расколоть на несколько кусков, то каждый из них при просвечивании дает такую же картину, что и исходная голограмма. Однако чем меньшая часть голограммы используется для восстановления изображения, тем меньше его четкость.
Это легко понять, приняв во внимание, что прн уменьшении числа штрихов дифракционной решетки ее разрешающая сила уменьшается (см. формулу (130.!9)). Возможные применения голографии весьма разнообразны. Далеко не цолпый их перечень образуют 3ологргфические кино и телевидение, голографический микроскоп, контроль качества обработки изделий. В литературе можно всзреткть утверждение, что изобретение голографии можно сравнить по его последствиям с созданием радиосвязи. ГЛАНА Х1Х ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА й 134.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
