1612045808-897604033167dc1177d2605a042c8fec (533738), страница 93
Текст из файла (страница 93)
На этапе восстановления при дифракции опорной волны каждая такая решетка формирует волну, расходящуюся от центра, где находилась соответствующая рассеивающан свет точка предмета при записи голограммы. Совокуп- ность этих волн, создающих мнимое изображение всего объекта, неотличима от волн, рассеянных объектом при записи, так как характеризуется тем же распределением амплитуд и фаз.
Поэтому голограмма полностью восстанавливает его объемную структуру и передает не только видимое пространственное расположение предметов, но и эффект параллакса, заключающийся в изменении этого расположения при перемещении точки наблюдения. Совокупность сходящихся волн, возникающих при дифракции восстанавливающей волны на голограмме, без всяких линз формирует действительное иэображение предмета.
Увидеть его можно лишь при определенном положении глаза, когда изображение находится между голограммой и глазом. При этом изображение предмета рассматривается с задней стороны н выпуклые места предмета выглядят на нем как вогнутые, и наоборот, т. е. изображение будет как бы вывернутым (псевдоскопическим). йзажное свойство голограмм заключа'.'ется в том, что восстановить предметную волну можно с помощью небольшого участка голограммы. В случае голограммы плоской волны это свойство очевидно: если закрыть часть дифракционной решетки, то направление дифрагировавших волн останется прежним. При этом лишь уменьшится их интенсивность и несколько увеличится ширина главных максимумов.
Этот вывод справедлив и для зонной пластинки, небольшую часть которой можно рассматривать как дифракционную решетку с искривленными штрихами и постепенно изменяющимся периодом. Изменение шага решетки приводит к локальным изменениям направления дифрагировавших пучков, так что любой участок зонной пластинки восстанавливает часть одной и той же сферической волны.
В отличие от обычной фотографии, где информация о какой-либо точке предмета фиксируется в одной определенной точке, каждый участок голограммы содержит в закодированной форме информацию о всех точках предмета, так как при ее записи свет, рассеянный каждой точкой предмета.
обычно падает на всю поверхность фотопластинки. По мере уменьшения размеров голограммы лишь ухудшается разрешающая способность и сужается поле зрения. Наблюдение мнимого изображения фактически эквивалентно рассматриванию самого предмета через отверстие, совпадающее с рабочей частью голограммы. При фиксированном положении глаза используется только часть дифрагировавшего излучения, ограниченная действующим конусом лучей, попадающих в глаз. Ясно, что при рассматривании определенной точки предмета в этом конусе распространяется свет, претерпевший дифракцию на небольшом участке голограммы (рис.
7.36). Если изменить положение глаза, изображение той же точки будет восстанавливаться другим участком голограммы. Создаваемое голограммой изображение (мнимое или действительное) точки предмета, как и в любой другой оптической системе, имеет вид дифракционного пятна, размеры и форма которого опре- заз деляются ра гвором (угловой апертурой) пучка дифрагировавшего на голограмме света, формирующего изображение точки.
Минимальное расстояние ( ь между близкими точками предмета, разрешимыми на иэображении, как и для случая когерентного освещения в микроскопе, дается выражением (7.43): ! =Х/э!пи (нли ! ь= =)/(2з!пи) при наклонном падении опорной волны). Здесь 2и— угол, под которым из места расположения точек предмета видна действующая часть голограммы. При визуальном наблюдении мнимого изображения глаз пропускает лишь часть восстановленной голограммой волны (рис.
7.36), действующая часть голограммы (и апертура 2и) ограничена не размером голограммы, а конусом попадающих в глаз дифрагировавших лучей. В этом случае предельное разрешение определяется глазом, т.е. разрешающая способность голограммы полностью не используется. й о сих пор предполагалось, что светочувствительный слой, регистрирующий интерференццонную картину, полностью передает все ее детали.
Для этого требуется фотографическая эмульсия высокого качества. Если опорная волна падает на пластинку под углом 0, а предметная — приблизительно по нормали, то соседние интерференционные полосы проходят на расстоянии И=А/з!п0. Чтобы при восстановлении прямая волна (т=0) не мешала наблюдению мнимого изображения, угол 0 должен быть достаточно большим. Уже при Ож20' расстояние между полосами аж 2 мкм, т. е. 500 полос на 1 мм, а при встречном направлении опорной и предметной волн (метод Ю. Н. Денисюка, см.
ниже) с(=А/2, что соответствует примерно 3000 полос на 1 мм. Применяемые в обычной фотографии фотоматериалы позволяют зарегистрировать окало 100 штрихов на 1 мм, Чтобы размер зерна не ограничивал разрешавшей способности голограмм, специально для голографии разработаны мелкозернистые фотоэмульсии, регистрирующие несколько тысяч линий на 1 мм. Для восстановления изображения в равной мере пригодны как позитив, так и негатив голограммы. В случае зонной пластинки это очевидно: действие ее одинаково как при четных, так и при нечетных открытых зонах Френеля.
В общем случае это следует из теоремы Бабине, согласно которой дополнительные экраны создают одинаковые дифракционные картины в тех местах, куда не попадает прямая волна (восстанавливающий пучок). Важно только, чтобы амплитудное пропускание голограммы линейно зависело от освещенности зарегистрированной на ней интерференционной картины. Тогда при записи плоской волны получается дифракционная решетка с синусондальным пропусканием, которая даст при восстановлении главные максимумы только порядков ги=0, ~ !.
В противном случае функция пропускания будет иметь пространственные гармоники более высоких порядков т= ~2, ~3, ..., которые приведут на стадии восстановления к возникновению соответствующих главных дифракционных максимумов, т. е. 7 37 Расположение изображений обьекга при восстаиоэлении голограмма дополнительных мнимых и действительных изображений предмета. В голографии они играют роль помех.
Наряду с рассмотренными выше амплитудными голограммами применяют и прозрачные фазовые голограммы. в которых интерференционный узор зафиксирован в изменениях не пропускания, а показателя преломления (оптической толщины) регистрирующего слоя. Это достигается соответствующей химической обработкой (отбеливанием) светочувствительного материала. Такая голограмма приводит к пространственной модуляции фазы восстанавливающей волны, из-за чего возникают дифрагировавшие волны. Они создают, как и в случае амплитудной голограммы, мнимое и действительное изображения предмета.
Опорная волна при записи голограммы должна быть когерентна со светом, рассеянным всеми точками объекта. Для получения голограммы большого объекта необходимо излучение с высокой степенью временнбй и пространственной когерентности. Длина когерентности должна превосходить максимальную разность хода между опорной и предметными волнами, которая для трехмерного ,:.
'объекта практически совпадает с его размерами. Размеры области цространственной когерентносги должны быть больше размеров голограммы. Одновременное выполнение этих условий возможно только при использовании лазерного излучения. Для получения четкой интерференционной картины при записи голограммы необходимо также обеспечить ва время экспозиции неподвижность всех Г ', элементов с точностью до долей длины волны. ~огда пучок света при восстановле- нни идентичен опорному пучку, использованному при записи, мнимое изображение расположено там же, где находился предмет, и полностью ему подобно.
Но в стадии восстановления можно использовать свет с другим направлением распространения. Если восстанавливающий пучок повернуть на небольшой угол, направления пучков. образующих действительное 3' н мнимое 5" изображения, повернутся на такой же угол. Изображения 5' и 5" расположены симметрично относительно плоскости Н, перпендикулярной направлению восстанавливающего пучка (рис. / 7.37) хн На стадии восстановления можно и. т т использовать монохроматический свет ~Г, с другой длиной волны, нежели при за- х паси. Тогда линейный размер восстановленного изображения отличается от т размера предмета и оно будет пахо- т днться от голограммы -на ином рас- 3" > стоянии. В качестве опорного и восстанавливающего излучений можно использовать не только плоские, но и сферические волны. Однако во всех 13 — гааз а) 7.30 К объяснению свойств талстослаяных гпло грамм случаях, когда восстанавливающая волна не идентична опорной волне, использованной при записи, пучки дифрагировавших на голограмме лучей, формирующие изображения отдельных точек предмета, перестают быть гомоцентрическими.
Восстановленному изображению в большей или меньшей степени присущи сферическая аберрация, кома, астигматизм, дисторсия и хроматизм, аналогичные соответствующим аберрациям оптических систем (см. 2 7.5). П ри изложении предполагалось, что толщина светочувствительного слоя много меньше пространственнога периода регистрируемой на голограмме интерференционной картины. Такие голограммы называют плоскими (двухмерными). Если толщина слоя регистрирующей среды существенно превосходит этот период, говорят об объемной (трехмерной) записи. Для уяснения особенностей толстослойных голограмм рассмотрим простейший случай интерференции плоских опорной и предметной волн с волновыми векторами йз и йь Как было показано в $ 5.1, поверхности равной интенсивности представляют собой эквидистантные плоскости Кг=сопз(, перпендикулярные вектору К=йэ — й~ (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
