phys_3sem_lection_all (823856), страница 29
Текст из файла (страница 29)
В простейшем случае - интерференции двух плоских волн (двух параллельных пучков) - голограмма представляет собойобычную дифракционную решётку. Плоская волна, падая на такую голограмму, частично проходит сквозь неё, сохраняя прежнее направление, а частично вследствие дифракции преобразуется в две вторичные плоские волны, распространяющиеся под углом θ, который связан с шагом решётки d и длиной световой волны λ формулой: d sin θ = ±λОдна из волн ничем не отличается от волны, идущей от объекта при непосредственномего наблюдении. Таким образом, при просвечивании голограммы восстанавливается та же са-Семестр 3. Лекция 173мая волна, которая исходила от объекта. В результате этого наблюдатель, смотрящий сквозьголограмму, увидит мнимоеизображение объекта в том месголограмманаблюдатель те, где объект находился присъёмке.
Другая волна также содержит информацию об объектеи образует его действительноеопорный пучокмнимоеизображение.Голографическое изобра-изображениежение является объёмным, придействительноечём зрительное восприятие этогоизображениеизображения ничем не отличается от восприятия исходного объ-екта. Фотографируя мнимое изображение, можно, в зависимости от места расположения фотоаппарата и его фокусировки, зафиксировать все особенности на снимках. Экспериментальнотакие голограммы впервые получили американские физики Э. Лэйтс и Ю. Упатниекс в 1962.Действительное изображение также трёхмерно и обладает всеми упомянутыми свойствами; оно как бы висит перед голограммой, но наблюдать его несколько труднее.Интерференционная структура может быть зарегистрирована светочувствительным материалом одним из следующих способов:в виде вариаций коэффициента пропускания света или его отражения.
Такие голограммы при восстановлении волнового фронта модулируют амплитуду освещающей волны и называются амплитудными.В виде вариаций коэффициента преломления или толщины (рельефа). Такие голограммыпри восстановлении волнового фронта модулируют фазу освещающей волны и поэтому называются фазовыми. Часто одновременно осуществляется фазовая и амплитудная модуляции. Например, обычная фотопластинка регистрирует интерференционную структуру в виде вариацийпочернения, показателя преломления и рельефа.
После отбеливания голограммы остаётся только фазовая модуляция.Типы голограмм.Структура голограммы зависит от способа формирования предметной и опорной волн иот способа записи интерференционной картины. Предмет освещается пучком когерентного света, рассеянная им световая волна, несущая информацию о предмете, падает на фотопластинку,освещаемую опорным пучком. В зависимости от взаимного расположения предмета и пластинки, а также от наличия оптических элементов между ними, связь между амплитудно-фазовымиСеместр 3. Лекция 174распределениями предметной волны в плоскостях голограммы и предмета различна.
Еслипредмет лежит в плоскости голограммы или сфокусирован на неё, то амплитудно-фазовое распределение на голограмме будет тем же, что и в плоскостиПри встрече опорной и предметной волн в пространстве образуется система стоячихволн, максимумы которых соответствуют зонам, в которых интерферирующие волны находятсяв одной фазе, а минимумы - в противофазе. В схеме Габора опорный источник и предмет расположены на оси голограммы. Осевые голограммы называют также однолучевыми, т.
к. используется один пучок света, часть которого рассеивается предметом и образует предметную волну,а другая часть, прошедшая через объект без искажения,- опорную волну. При этом все три волны распространяются за голограммой в одном и том же направлении, создавая взаимные помехи.В схеме Лейта и Упатниекса такие помехи были устранены наклоном опорной волны(неосевая схема). В схеме Лейта и Упатниекса когерентный наклонный опорный пучок формируется отдельно (двулучевая голограмма). Для двулучевых голограмм требуются фотоматериалы с более высоким пространственным разрешением. Интерференционные максимумы располагаются вдоль поверхности материала в его толще.
Эта схема была впервые предложена Денисюком. Поскольку при освещении такой голограммы опорным пучком восстановленная предметная волна распространяется навстречу освещающему пучку, такие голограммы иногда называют отражательными. Если толщина светочувствительного слоя много больше расстояниямежду соседними поверхностями интерференционных максимумов, то голограмму следует рассматривать как объёмную. Если же запись интерференционной структуры происходит на поверхности слоя или если толщина слоя сравнима с расстоянием между соседними элементамиструктуры, то голограммы называют плоскими.Голограмма ДенисюкаВ пятидесятых годах двадцатого века советский физик Ю.Н.
Денисюк разработал методрегистрации голографических изображений во встречных пучках. В основе метода лежит то обстоятельство, что интерференционное поле в области перекрытия опорной и предметной волнраспределено во всем пространстве пересечения. Используя подходящие светочувствительныематериалы, трехмерную интерференционную картину возможно зарегистрировать.
Для этогоиспользуют стеклянные фотопластины, политые слоем желатина, в котором распределены микрокристаллы галогенидов серебра. Эти фотопластинки должны обладать полной прозрачностьюдо проявления. Толщина желатинового слоя порядка 10 мкм достаточна, чтобы регистрироватьобъемную интерференционную картину, поскольку эта величина много больше, чем длина волны света, порядка 0.5 мкм.Семестр 3. Лекция 175Фотопластинку располагают в оптической схеме таким образом, что с одной стороны ееосвещает равномерное поле лазерного света, которое играет роль опорной волны, а с другойсвет от того же лазера, отраженный от объекта, голограмму которого необходимо получить.
Таккак желатин прозрачен для света, в толщине его слоя происходит интерференция этих световыхполей, в результате которой происходит формирование интерференционной картины. Интерференционное поле представляет собой сложную структуру, проявляющуюся в виде чередованиясветлых и темных полос. После проявления и закрепления фотопластины, внутри желатиновогослоя оказываются микрообласти с различными показателями преломления и поглощения. Припросвечивании голограммы в отраженном свете восстанавливается изображение объекта. Важное для практического применения свойство голограмм Денисюка заключается в возможностивосстановления голограммы с помощью расходящегося пучка белого света.
Это объясняетсятем, что при освещении голограммы условия дифракции выполняются только для тех длинволн и тех направлений распространения света, которые удовлетворяют условиям дифракции.Весь остальной свет проходит сквозь голограмму, не взаимодействуя с ней. Поэтому голограмма видна в том цвете, в котором она была записана. Возможно также получение цветных голографических изображений. Для этого в фотопластинке нужно зарегистрировать три элементарных голограммы при длинах волн синего, зеленого и красного света. При восстановлении голограммы белым светом каждая из элементарных голограмм формирует свое изображение в соответствующем цвете.
Эти три изображения образуют полноцветную картину, подобно тому, какэто происходит на экране цветного телевизора.Зарегистрированная на фотопластинке интерференционная структура обычно сохраняется долго, т. е. процесс записи отделён во времени от процесса восстановления (стационарныеголограммы). Однако существуют светочувствительные среды (некоторые красители, кристаллы, пары металлов), которые почти мгновенно реагируют фазовыми или амплитудными характеристиками на освещённость.
В этом случае голограмма существует только во время воздействия на среду предметной и опорной волн, а восстановление волнового фронта производится одновременно с записью, в результате взаимодействия опорной и предметной волн с образованной ими же интерференционной структурой (динамические голограммы). На принципах динамических голограмм могут быть созданы системы постоянной и оперативной памяти, корректоры излучения лазеров, усилители изображений, устройства управления лазерным излучением, обращения волнового фронта.Свойства голограмм.Основное свойство голограммы, отличающее её от фотографического снимка, состоит втом, что на снимке регистрируется лишь распределение амплитуды падающей на неё предмет-Семестр 3.
Лекция 176ной световой волны, в то время как на голограмме, кроме того, регистрируется и распределениефазы предметной волны относительно фазы опорной волны. Информация об амплитуде предметной волны записана на голограмме в виде контраста интерференционного рельефа, а информация о фазе - в виде формы и частоты интерференционных полос.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
