1612045808-897604033167dc1177d2605a042c8fec (533738), страница 94

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 94)

рис. 5.2) и отстоящие на расстоянии Лх=)~/[2з»п(а/2)1, где о — угол между й| и йэ (см. (5.5)). Г1осле проявления в толще фотоэмульсии на месте максимумов интенсивности образуется система полупрозрачных зеркальных плоскостей; расположенных параллельно биссектрисе угла между направлениями опорной и предметной волн (рис.

7.38,а). Будем для простоты пренебрегать преломлением света в материале эмульсии, считая расстояние между плоскостями равным Лх. Г!усть на голограмму падает плоская волна с длиной волны Х' (рис. 7.38, б), направление которой, как и у опорной, составляет угол и/2 с зеркальными плоскостями. Легко видеть, что разность хода волн, отраженных соседними плоскостями под таким же углом и/2, составляет 2Лхз)п(а/2). Если подставить сюда Ьх=Х/(2з)п(а/2)1, то получим, что разность хода равна Х, т. е. длине волны излучения, использованного при записи голограммы. Чтобы эти волны при многалучевой интерференции усиливали друг друга, должно выполняться условие )' = Х.

Если й'~ )., то отраженные разными плоскостями волны имеют всевозможные разноюг сти фаз н не дают конструктинной интерференции. При освещении пучком белого света в восстановлении изо- 4~ бражения участвуют только волны с Х'=Х. Таким образам, на стадии восстановления толгтослойная голограм- ма действует как ингерференциониыи филыр, выделяя из падающего света излучение с тои длиной волны.

которая использовалась при записи. Конечно, такой фильтр характеризуется ограниченным спектральным разрешением, и выделяемое им излучение не столь монохроматично, как при записи. Чем больше отражающих слоев содержит объемная голограмма. тем выше степень монохроматично. сти восстановленного пучка. Если восстановление производится монохроматическим светом с той же длиной волны, что и при записи, то отраженные зеркальными слоями волны лишь тогда будут находиться в фазе и при интерференции усилят друг друга. когда направление восстанавливающего пучка совпадает с опорным.

Голограмма действует как оптический каллимагор. Отраженные волны, как видно из рис. 7.38, б, имеют при этом то же направление, что и предметная волна. Поэтому толстослойная голограмма восстанавливает лишь одно (мнимое» изображение предмета. Для получения действительного изображения восстанавливающий пучок должен иметь направление, противоположное опорному, т. е. должен освещать голограмму с обратной стороны.

При этом восстанавливается волна с такой же формой волновых поверхностей, что и предметная, но с противоположным направлением распространения. Иначе можно сказать, что в процессе восстановления реализуется обращение волнового фронта предметной волны. Изображение получается в том же месте, где находился предмет. Особенности объемной голограммы как интерференционного фильтра проявляются наиболее сильно, когда отражающие поверхности располагаются почти параллельно границам эмульсионного слоя, т.

е. когда опорная и предметные волны распространяются почти навстречу. Такое расположение (рис. 7.39) используется в методе, предложенном Ю. Н. Денисюком. Плоская опорная волна лазерного излучения падает на фотопластинку со стороны стекла и, проходя через фотослой толщиной 15 — 20 мкм, освещает предмет. Рассеянные предметом волны распространяются почти нанавстречу опорной волне и при интерференции с ней образуют в толще фотоэмульсии системы из нескольких десятков параллельных полупрозрачных отраЖающих слоев, При освещении белым светом такая голограмма восстанавливает только одно изображение. Из-за усадкн фотоэмульсии в процессе химической обработки пространственный период регистрируемой трехмерной интерференционной структуры уменьшается и цвет восстановленного изображения атли- С .'3 чается от опорного лазерного излучения сдвигом в сторону синего конца спектра.

При изменении направления восстанавливающе го пучка цвет изображения изменяется. 7 а) Интерференииоинме полосы, наблюдаемые при восстановлении голограммы, палученичя методом хвойиья экспозиции Методом двойной экспозиции' можно исследовать и изменения, происходящие в прозрачных (фазовых) объектах (рис. 740). На пути просвечивающего объект пучка ставят прозрачный рассеивающий экран (матовое стекло), чтобы свет от каждой точки объекта попадал на всю поверхность голограммы. Так как этот экран и объект неподвижны н экспонируются дважды, их оптические неоднородности, сколь сложными бы они ни были, никак не влияют на расположение интерференционных полос, наблюдаемых на восстановленном изображении.

Эти полосы характеризуют локальные изменения оптической толщины объекта между двумя экспозициями. В противоположность этому в традиционной интерферометрии для выполнения аналогичных измерений Изображение в натуральных цветах можно получить, если на одной объемной голограмме зарегистрировать интерференционные картины при освещении предмета излучением, имеющим в своем спектре три монохроматические линии (красную, зеленую и синюю), которые вместе вызывают ощущение белого света. При восстановлении с помощью источника белого света возникают три совмещенных изображения предмета в трех спектральных цветах, воспринимаемые глазом как одно объемное иэображение, передающее натуральную окраску предмета. И з многочисленных практических применений голографии отметим прежде всего голографическую интерферометрию, позволяющую наблюдать интерференцию волн, зарегистрированных в разные моменты времени. Используя один н тот же опорный пучок, на одной фотопластинке можно дважды последовательно запечатлеть рассеянные предметом волны.

Если между экспозициями какие-то части предмета несколько сместились или деформировались, то при восстановлении две одновременно возникающие когерентные предметные волны будут иметь определенную разность хода и изображение поверхности предмета будет покрыто системой интерференционных полос (рис. 7.40), аналогичных обычным полосам равной толщины. По расположению этих полос можно судить об изменениях предмета между экспозициями.

Замечательно, что изучаемый предмет может при этом отражать свет диффузно, иметь сложный рельеф и шероховатую поверхность, так как все эти факторы одинаково влияют на обе восстанавливаемые предметные волны. Несмотря на очень сложную форму волновых поверхностей, эти волны вполне подобны и создают простые и легко наблюдаемые интерференционные полосы.

поверхности объекта должны обладать высокими оптическими качествами. В другом варианте метода на голограмме регистрируют волну, рассеянную объектом только в некотором начальном состоянии. Затем при восстановлении полученной голограммы объект не удаляют, а освещают так же, как и при регистрации голограммы. В результате возникают две волны: распространяющаяся от самого объекта в данный момент и восстановленная голограммой предметф;;; ная волна, соответствуюецая начальному состоянию объекта.

Непрерывно наблюдая создаваемую этими когерентными волнами интерференционную картину, можно судить о происходящих с течением времени изменениях состоянии объекта. Такой метод называют голографической интерферометрией реального времени.

Применение голографии в микроскопии позволяет преодолеть серьезный недостаток микроскопа при сильном увеличении — очень малую глубину резкости изображения. Вместо того чтобы регистрировать изображение, можно записать на голограмме проходящую через микроскоп предметную волну. При восстановлении такой голограммы можно наблюдать находящиеся в разных плоскостях детали предмета, перемещая только оптическую систему наблюдения Используя вместо когерентного света ультразвуковые волны, можно получить акустическую голограмму. Звук проникает в оптически непрозрачные предметы. Поэтому акустическая голограмма позволяет восстановить трехмерное иэображение внутренних частей предмета, например органов человеческого тела или глубин океана, что открывает широкие перспективы для применений в медицине, в подводных исследованиях, геофизике, археологии.

Специально изготовленные голограммы могут использоваться в качестве определенных оптических элементов. Голограмма-зонная решетка может выполнять некоторые функции линзы, голограммадифракционная решетка — служить диспергируюшим элементом спектрального прибора, толстослойная голограмма с параллельными отражающими слоями — служить интерференционным фильтром н т. и.

С помощью одной голограммы можно записать и восстановить огромное количество информации. Большое число независимых сведений, регистрируемых голограммой, внешне проявляется в чрезнычайной сложности ее структуры. Под микроскопом такая голограмма производит впечатление хаотического набора пятен всевозс( .,! можной формы и ориентации в отличие от регулярной структуры голограммы простейшего объекта. Очень важно, что декодирование этой огромной информации на этапе восстановления происходит просто и чрезвычайно быстро. Способность голографии к регистрации, хранению и быстрому преобразованию информации открывает перспективы создания новых систем памяти ЭВМ, оптических систем обработки данных, систем распознавания образов и символов с помощью оптической фильтрации сигналов.

Контрольные вопросы В чем заключается основная идея голографнчегкой записи зрнтельных образовт Как выполняется декоднрованне ннформаннн, зарегнстрнрованнпн на голо грамме' Какнмн пренмуществамн обладаег голографня по сравненню с обычной фотографненР ' ' Объясннте физическую сущность записи н восствновлення гахограммы на примере плоскон предметной волны. Какой внд ямеют ннтерференннонные полосы на голограмме точечного нсточннкаР В чем сходство н различие такой голограммы н нонной пластинка ФренеляР Почему делесообразно попользовать наклонное падение опорной волны на голограммуР ), Какие требования предъявляются в голографнн к нсточннну света н к регнстрнрующей среде (фотозмульснн) Р В какнх случаях аозннкают аберраднн восстанавливаемого голограммой нзобра же пня Р ~ ' Какими пренмуществамн обладают толстослойные голограммыР : Что дает прнмененне голографнн в ннтерферометрнн н мнкроскопннР в снсгемах оптической обработка ннформанннР ОггТИКД ДВИЖУЩИХСЯ ТЕЛ ф В этой главе основное внимание сосредоточено на оптических явлениях, в которых или источник света, или наблюдатель, или среда движутся относительно друг друга.

Закономерности таких явлений могут быть существенно иными, чем в случае, когда эти тела покоятся. Длительный путь развития оптики движущихся тел привел в начале нашего столетия к созданию частной теории относительности — фундаментальной физической теории, лежащей в основе современной научной картины физического мира. Исчерпывающее решение основньи проблем оптики движущикся тел фактически содержится уже в работе Эйнштейна «К электродинамике движущикся тела(1905).

ф Теория относительности базируется не на гипотезах, а на твердо установленных на опыте принципах (постулатах). Большую роль в их становлении сыграли оптические опыты с движущимися телами и попытки теоретической интерпретации их результатов. Но наше убеждение в полноте экспериментального обоснования теории относительности основано не на отдельном опыте или группе опытов, а на всей совокупности опытов, результаты моторых подтверждают ее гюстулаты н следствия из них.

Характеристики

Список файлов книги