Физика для поступающих в вузы - Бутиков Е.И.
Скачать (прямая ссылка):
§6. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ГОЛОГРАФИИ
455
частоте v = ю/2л, переписываем (5.4) в виде
т Av«l. (5.5)
Соотношение (5.5) следует рассматривать не как точное равенство, а только как оценку эффективного интервала частот Av, границы которого в известной мере являются условными.
Мы видим, что чем больше длительность волновых цугов т, тем уже интервал частот Av, в котором спектральные компоненты этого излучения имеют заметную величину. Иначе говоря, ширина спектральной линии излучения обратно пропорциональна времени когерентности.
Приведем оценки допустимых значений разности хода 1~№/ДА, при наблюдении интерференции света с использованием разных источников. Для белого солнечного света или света, излучаемого раскаленными телами, интервал длин волн в спектре ДА одного порядка со средней длиной волны. Поэтому наблюдать интерференцию можно только при очень малых разностях хода, равных небольшому числу длин волн. Если воспользоваться излучением газоразрядной плазмы низкого давления, то при выделении какой-либо одной спектральной линии допустимая разность хода может быть значительно больше. Например, для красной линии кадмия с длиной волны А=6438 А, ширина которой ДА, составляет всего лишь 0,013 А, допустимая разность хода I превышает 500 ООО длин волн, т. е. 30 см. А ширина линии излучения лазера может быть сделана настолько малой, что удается наблюдать интерференцию при разности хода в несколько километров!
§ 6. Физические принципы голографии
Голография — это способ записи и последующего восстановления световых волн, основанный на явлениях интерференции когерентных пучков света.
Разглядывая обычную фотографию, бессмысленно пытаться заглянуть за предметы, находящиеся на переднем плане. Это и естественно, так как фотография представляет собой плоское изображение объемной картины, полученное из определенной точки. В отличие от обычной фотографии, голография позволяет записать и восстановить не двумерное распределение освещенности в плоскости снимка, а
456
ВОЛНОВАЯ ОПТИКА
рассеянную предметом световую волну со всеми ее характеристиками — амплитудой, фазой, длиной волны. Само слово «голография» в буквальном переводе с греческого означает «полная запись». Восстановленные голограммой световые волны, попадая в глаз наблюдателя, создают полную иллюзию реальности наблюдаемых предметов — их объемность и возможность изменения ракурса при изменении точки зрения.
Идеи, лежащие в основе голографической записи и восстановления зрительной информации, были высказаны английским физиком Габором в 1947 году. Так как для прак-
„ . , „ тической реализации голографии
Рис. 6.1. Зонная пла- , г ч г т
станка Френеля. необходим свет с высокой степенью
когерентности, то широкое распространение она получила после создания лазеров.
Чтобы понять принцип голографической записи и восстановления световых волн, рассмотрим действие так называемой зонной пластинки Френеля. Возьмем плоскую прозрачную пластинку, на которой нанесены концентрические окружности, радиусы которых rk равны радиусам зон Френеля, видимым из некоторой точки Р. Эти радиусы даются формулой (2.2) в параграфе «Дифракция света» (стр. 426). Таким образом, вся пластинка оказывается разбитой на зоны Френеля для некоторого значения длины волны к. Теперь все нечетные (или, наоборот, четные) зоны Френеля должны быть сделаны непрозрачными. Это и есть зонная пластинка Френеля (рис. 6.1).
Предположим, что на зонную пластинку падает по нормали плоская монохроматическая волна длины к. Тогда все прозрачные зоны Френеля в соответствии с принципом Гюйгенса можно рассматривать как источники когерентных вторичных волн. В точке Р (рис. 6.2) эти вторичные волны будут, интерферируя, усиливать друг друга, так как разности хода между волнами, идущими от двух соседних прозрачных зон, равны длине волны к. Точка Р является, таким образом, тем фокусом, в котором сходятся волны, испытавшие дифракцию при прохождении через пластинку.
Но, кроме сходящейся в точке Р сферической волны, в результате дифракции на зонной пластинке возникает также
$6. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ГОЛОГРАФИИ 4Б7
расходящаяся сферическая волна, центр которой расположен в симметричной точке Р' перед пластинкой (рис. 6.2): лучи 1, 2, ... будут восприниматься глазом как выходящие из одной точки Р', так как разность хода между такими лучами, как ясно из рисунка, равна целому числу длин волн, что эквивалентно отсутствию разности хода вообще. Таким образом, точка Р' представляет собой мнимый фокус
г
Рис. 6.2. К восстановлению изображения точечного источника с помощью голограммы.
расходящегося пучка лучей /, 2, „.., возникающих в результате дифракции плоской волны на зонной пластинке.
Кроме сходящейся и расходящейся сферических волн, позади пластинки будет, разумеется, и плоская волна, так как у лучей, прошедших через прозрачные зоны пластинки без изменения направления, разность хода равна нулю.
