Байбородин Ю.В. Основы лазерной техники (1988) (1151949), страница 76
Текст из файла (страница 76)
Самым замечательным явойвтвом голограммы являетея объемность изображения — еледатвие реривтрации на голограмме пространственной етруктуры волн е их фазами и амплитудами, причем фаза кодируетея отнопнтельной плотноятью, а амплитуда — контрастом интерференционной картины. Регивтрация приходящих от различных точек объекта фазовых соотношений, чего нет в обычной фотографии, дает информацию об отнопительных расвтояниях до различных точек объекта. Это и определяет объемность изображения, которое можно наблюдать и даже фотографировать е различных точек проптранатва. Отметим, что на полученных енимках можно заметить параллакя и глубину резкости ближнего и дальнего аланов — неизбежные характеричтики объем нопти.
Еще одно уникальное ввойптво голограммы ваключаетоя в том, что на одной фотоплаетинке можно поеледовательно зафикпировать непколько изображений различных объектов и каждое из них вопятанавливать без особых помех и независимо от других изображений. На этом свойетве основываетпя разработка оптичееких запоминающих уотройптв. Енли практически оевоить эти явойптва, то, по-видимому, в скором времени мы явимпя явидетелями аоздания голографичевкого цветного и объемного кинематографа и голографичевкого челевиде ния.
т6.2. Схемы записи и восстановления голограмм Рассмотрим голографирование пронтейшего предмета, ограниченного точками 1...8 (рно. 16.2, а). Излучение лазера падает на каждую точку предмета, который диффузно рапсеивает его по веем направлениям проотраннтва, и в каждую точку голограммы поптупает информация о всех его точках. Возьмем для примера любые три точки предмета. Развеянная от точечного объекта волна падает на фоточувствительный алой пластинки, на которой региптрируетая интерференционная картина, содержащая информацию о всех трех точках проптейшего 11 !4! ай1 генимего изззрям злая Лазер Рнс. 16.2. Голографнрованне простейшего предмета, ограниченного тремя точками (а) н тнпоаые схемы записи голограмм — осевая Гаоора (С) н енеосеаая Ф (в) урке в Л сеегоделвтелм ЗГ, Зз аеркалаз МС матовое сеекло; à — голограмме предмета.
Если теперь просветить полученную голограмму тем же опорным лучом, как мы уже знаем, появятся мнимое и действительное изображения. Действительное изображение — трехмерно и расположено перед голограммой. Наблюдателю несколько неудобно рассматривать его— оно евывернуто наизнанку» по отношению к исходному предмету, т. е. он видит точку 3 перед точкой 2. На самом же деле ючка 3 находится за точкой 2.
Действительное изображение легко спроецировать на экран, но если экран расположен в плоскости точек 1 и 2, то они будут яркими, а точка 3 окажется не в фокусе. Теперь обратимся к мнимому изображению. Если смотреть сквозь голограмму, то в положении а увидим только точку 1, а в положениях б...д — точки 1, 2, 3, т. е. весь предмет. Замечательным является то, что зрительное восприятие этого изображения не отличается от восприятия реального предмета и при переносе линии зрения о точки 2 на точку 1 наблюдатель должен изменять фокусировку хрусталика глаза.
В этом случае также меняется и перспектива изображения— можно заглянуть за точку 2 и увидеть более удаленную точку 3. Все эти особенности мнимого изображения подтверждают его объемность и могут быть зафиксированы на фотоснимке. Все многообразие схем записи голограмм н восстановление изоб. ражений практически можно свести к двум классическим: осевым схемам регистрации (голография Габора — Френеля), где используется опорный луч, прошедший через предмет без рассеяния соосио с рассе- 822 янным пучком, и внессевым схемам записи в разделением опорного и объектного пучков.
Этот метод и схему предложили в 1962 г. Э. Лейт и (О. Упатниекс. При получении осевой голограммы лазерное излучение расширяют с помощью объектива, состоящего из пары линз Л1, Л2 (рис. 16.2, б). Диафрагма О пропускает только центральное дифракционное пятно первой линзы Л1, что позволяет получить достаточно плоский фронт волны Ф. Эта волна освещает прозрачный предмет Т, например транспарант, который вносит в волновой фронт некоторые искажения. Можно представить, что волна, распространяющаяся после предмета, состоит из плоской волны Ф, — невозмущенной, опорной волны и волны возмущенной, дифрагированной на элементах предмета Ф'.
Полученная голограмма явится результатом интерференции волн Ф, и Ф'. Оптические пути опорной и дифрагированных волн мало отличаются между собой и разность их хода невелика, что позволяет применить источник о небольшой временнбй когерентностью. Интенсивность опорного пучка при восстановлении,как правило, больше интенсивности дифрагированного пучка. Поэтому яркость восстановленного изображения невелика. Помимо этого, паразитные волны ненулевых порядков накладываются на опорную волну и сильно ухудшают качество полученного изображения.
Отсутствие пространственного разделения опорного и объектного пучков составляет основной недостаток эюй схемы. Виеосевая схема голографии представляет собой запись на фото. слое пластинки картины интерференции объектной волны, рассеянной объектом с комплексной амплитудой Е„ехр ()ф„) и когерентной с ней опорной волны Е, ехр (рр,). Как правило, поступают так, чтобы два интерферирующих пучка имели общий источник излучения. Это достигается пространственным разделением пучка о помощью полупрозрачных пластин — светоделителей, призм и зеркал. Деление лазерного луча удобно выполнять о помощью многослойного диэлектрического зеркала, коэффициент отражения которого можно изменять в широких пределах поворотом зеркала относительно падающего луча (рис.
16.2, в). Такое разделение полностью устраняет взаимные помехи между действительным и мнимым изображениями. Волны дифрагируют под различными углами, не накладываются друг на друга и не создают помехи наблюдению. Этим внеосевые голограммы заметно отличаются от голограмм Габора, в которых полностью разделить дифрагированиые волны почти не удается. Отметим некоторые специфические требования к процессу голографии, к источнику излучения и фотоматериалам, выполнение которых необходимо для получения качественных голограмм. На каче- .
ство изображения иитерферограммы влияют в основном две причины: механическая жесткость элементов голографической установки и способность излучения создавать стабильную и контрастную иитерференционную картину. Изучение должно быть когерентным во времени и в пространстве. Например, при импульсной голографии размыв интерференционной картины отсутствует, если перемещение предмета за время записи голограммы не приводит к заметному изменению разности оптического пути между опорной и объектной волнами. Можно 823 получить приближенное условие допустимой скорости перемещения предмета ' поааа ~ ' )ао/(Отв)а (16.11) ное где т„= 1,= 10 ...10 о с — время экспонирования, примерно длительности импульса в импульсной голографии быстро проте- равкающих динамических процессов.
При записи голограммы равность хода между опорным и объектным пучками должна быть меньше длины когерентности применяемого лазера. Если ширина частотного спектра источника Лт, то лучи будут интерферировать при условии, что разность хода между ними будет меньше длины когерентности !„„*= с/Лт, а максимальный размер элемента голограммы, связанный с разностью хода лучей, будет 1„,„/3!п О = с/(Ьт 3!п О,), (16.12) где О, — угол падения пучка. Например, для дуговой ртутной лампы (Хо = 0,55 мкм) с шириной спектра 10«в Гц размер голограммы точечного объекта составнт около 50 мкм, т. е.
разрешающая способность изображения будет низкой. При малой времевнбй когерентности Лаэ/аьо теряется не только обьемность изображения, но и резко ухудшаетс ачество изображения даже при голографировании точечных объектов. я Однако одной временнбй когерентности для получения контрастной интерференционной картины недостаточно: нужна также пространственная когерентность, которую для нелазерных источников реализовать весьма трудно. Практический объем когерентности источника определяется произведением следующих величин (221: Лх ~ !ьо/р', бр ~ Хо/р; Лг = Хо/рз (16.!3) где Лх, Ьу, Лг — элементарные размеры источника в прямоугольной системе координат; р — угол, под которым виден элементарный размер источника от плоскости голограммы.
Пример. Опорный пучок освещает предмет с ойазмерами 3 Х 3 сма, который отно стоит от голограммы на расстоянии ! 30 см, угол „= 0,1 рад. Тогда обьем иогере сти источника должен быть равен ах = йр(б мкм, Лх(30 мкм, т. е. источник — р нтме он ч езвы должен быть микроскопическим. Изготовить достаточно мощный источник т р р чайно трудно. Поэтому лазеры с их удивительными свойствами когереитности незаменимы в голографии.
В зависимости от свойств фотослоя пластинки качество интеференционной картины и, следовательно, качество восстановленного изображения будет различным. Поэтому характеристики фотоматериалов играют важную роль в голографии. ти и В первую очередь это касается частотно-контрастной характери- сики, которая однозначно определяет разрешающую способность фотоматериала, т, е. число интерференционных линий, записанных на ' Смл М н к а э л я и А.
Л., Голография.— М,, ! Зо8.— С. «8. 334 единице длины пластинки. Разрешающая способность фотоэмульсии в голографии должна быть значительно выше, чем в фотографии, где довольствуются зачастую значением 60 линий/мм. Наиболее распространенными до последнего времени фотоматериалами для голографии являлись «Микрат-Б» и «469Р Кос(а)с» с разрешающей способностью 1500...2000 линий/мм. Фотоэмульсии должны иметь мелкозернистую структуру и быть однородными. Зернистость фотоэмульсии существенно влияет на качество изображения, создавая вредный фон в результате рассеяния опорной волны света на проявленных зернах.
Интенсивноатьрассеянного излучения при Хо )) ао (где г, = 0,1 мкм — радиув зерна) примерно пропорциональна го. Наличие зерен эмульсии создает шум в изображении, который можно оценить уже известной характеристикой (см. п. 6.4, !3.5 и 15.5)— отношением мощности полезного сигнала Р, к мощности фона Р: Р,/Рм ооподо 3 2 зо ~аз (16.14) и г где с — постоянная плотность верен эмульсии, :8„— площадь предмета! з,р, 8, — эффективная и полная площади голограммы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
