Физика для поступающих в вузы - Бутиков Е.И.
Скачать (прямая ссылка):
Зонную пластинку Френеля можно получить фотографическим способом. Для этого достаточно светочувствительную пластинку поставить вместо экрана, на котором наблюдается интерференция плоской и сферической когерентных волн (рис. 6.3). Положение светлых и темных интерференционных полос на фотопластинке соответствует положению прозрачных и непрозрачных зон Френеля на зонной пластинке. В самом деле, в точках Ai и At колебания от плоской и сферической волн происходят в одинаковой фазе и дают соседние светлые полосы в интерференционной кар-
458
ВОЛНОВАЯ ОПТИКА
тине. Расстояния от точек АХ и Аг до центра S сферической волны различаются на одну длину волны К. Но это как раз то условие, которому удовлетворяют соседние прозрачные кольца на зонной пластинке.
Представим себе, что на полученную таким образом фотографию падает только плоская волна, причем точно такая же, как и при фотографировании. Мы уже выяснили, что при этом за пластинкой будут наблюдаться три дифрагированные волны: плос-
кая и две сферические. Лучи одной из сферических волн — сходящейся — пересекаются в точке Р (рис. 6.2). Продолжения лучей другой сферической волны — расходящейся — пересекаются в точке Р', положение которой совпадает с центром S сферической волны, использованной при фотографировании.
Эта расходящаяся сферическая волна и представляет наибольший интерес для голографии. Будем смотреть на пластинку из такого положения, чтобы в глаз попадала только расходящаяся волна (рис. 6.2). Тогда в глаз придет расходящийся пучок лучей, продолжения которых пересекаются в точке Р’, и мы увидим сквозь пластинку находящийся в Р' точечный источник, хотя на самом деле никакого источника там нет!
Полученная описанным способом фотографическая пластинка с зонами Френеля и представляет собой голографическое изображение (голограмму) точечного источника монохроматического света: при дифракции плоской волны на этой голограмме происходит восстановление сферической волны точечного источника, использовавшегося при получении голограммы. Другими словами, расходящаяся сферическая волна, возникающая при дифракции плоской волны на голограмме, является точной копией волнь^ создававшейся точечным источником при записи голограммы.
При получении голограммы точки совершенно не обязательно, чтобы эта точка являлась источником света. Достаточно направить на нее свет, когерентный с плоской волной. Тогда голограмма образуется в результате интср-
Рис. 6.3. Фотографическое получение зонной пластинки.
SG. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ГОЛОГРАФИИ
459
ференции плоской волны, которую обычно называют опорной, и когерентной с ней сферической волны, рассеянной облучаемой точкой.
Результаты, полученные для одной точки, легко распространить на предметы любой формы, состоящие из большого числа точек, рассеивающих свет. На голограмме в этом случае получается сложный интерференционный узор, возникающий в результате интерференции опорной волны
Рис. 6.4. Схемы получения (а) и восстановления (б) голограммы протяженного объекта.
и всех сферических вторичных волн, рассеянных отдельными точками предмета. При восстановлении в результате дифракции опорной волны на этом узоре возникают волны, расходящиеся от таких центров, где находились рассеивающие свет точки предмета при записи голограммы.
Схемы получения голограммы протяженного объекта и восстановления с ее помощью рассеянной объектом волны показаны на рис. 6.4, а и б. Плоская монохроматическая волна от лазера падает на полупрозрачную пластинку В и разделяется на две когерентные волны (рис. 6.4, а). Отраженная от В волна падает на фотопластинку С и играет роль опорной волны. Прошедшая сквозь В волна освещает объект А, каждая точка которого становится источником вторичных сферических волн. Рассеянные объектом волны также падают на фотопластинку С, где фиксируется результат их интерференции с опорной волной. Для получения
460
ВОЛНОВАЯ ОПТИКА
интерференционной картины на фотопластинке необходимо, чтобы время когерентности используемого света было большим: протяженность цуга волн должна быть больше разности хода между опорной волной и волной, рассеянной предметом. Именно поэтому необходимо использовать лазер. При восстановлении • рассеянной волны (рис. 6.4,6) на голограмму падает та же опорная волна, которая использовалась при записи. Если расположить глаз (или фотоаппарат) позади голограммы, как указано на рисунке, то, воспринимая пучок расходящихся лучей от дифрагированной на голограмме опорной волны, наблюдатель увидит сквозь голограмму объект А в том месте, где он находился при записи голограммы. Разумеется, здесь, как и в рассмотренном выше случае точечного источника, кроме расходящихся волн будут также присутствовать прошедшая без отклонения волна и сходящиеся волны, которые дают действительное изображение объекта А'. Использование наклонного падения опорной волны приводит, как видно из ptfc. 6.4, б, к хорошему пространственному разделению всех трех волн, благодаря чему можно сквозь голограмму рассматривать мнимое изображение объекта А без помех со стороны других пучков. В отличие от обычной фотографии, здесь не используются ни линзы, ни другие устройства, формирующие изображения.
