Волновая оптика - Калитеевский Н.И.
ISBN 5-06-003083-0
Скачать (прямая ссылка):
До сего времени речь шла о рассеянии света в мутных средах. Однако его можно наблюдать также в газах и жидкостях даже при отсутствии каких-либо загрязнений. Это молекулярное рассеяние, появляющееся в тех случаях, когда в силу тех или иных причин в среде, где распространяется свет, имеется оптическая неоднородность. Наиболее характерный пример молекулярного рассеяния — возникновение голубого цвета неба в результате рассеяния солнечного света. Вопрос о центрах такого рассеяния длительное время дискутировался видными физиками.
6.79. Возникновение линейной поляризации рассеянного света, распространяющегося под прямым углом к падающему пучку непо-ляризованного света
12—462
353
Рэлей высказал предположение, что молекулы воздуха обусловливают наблюдаемые дифракционные явления. Мандельштам показал, что это предположение не может объяснить эффект и необходимо искать причину оптической неоднородности. Лишь после того, как Смолуховский и Эйнштейн развили теорию флуктуаций, удалось однозначно истолковать эффект возникновения голубого цвета неба как результат рассеяния солнечного света на флуктуациях плотности в атмосфере.
Мы ограничимся этим кратким рассмотрением очень сложного многопланового явления рассеяния электромагнитных волн, которое представляет значительный интерес для самых различных областей современной физики.
§ 6.9. ОСНОВЫ ГОЛОГРАФИИ
Голографией называют систему методов записи и воспроизведения пространственной структуры монохроматических (или квазимонохроматических) оптических полей.
Нетрудно усмотреть частичную общность задач голографии и фотографии — запись, хранение и воспроизведение зрительных образов объектов. Однако фотография позволяет записывать лишь подобия плоских проекций распределения поверхностной освещенности объекта, в то время как голография дает возможность точно воссоздать пространственную структуру светового поля, рассеиваемого объектом, т.е. создать его оптическую копию, визуально не отличимую от оригинала.
Идея записи и воспроизведения структуры электромагнитных полей была впервые высказана и продемонстрирована Дэннисом Габором в 1948 г. Им же был введен термин «голограмма» (в переводе — «полная запись»). Работы Габора не имели широкого развития до появления лазеров, так как для голографии необходимы источники света с высокой пространственной и временной когерентностью при требованиях к мощности, несовместимых с возможностью обычных источников света. Как самостоятельная область оптики голография возникла после открытия лазеров. В 1962—1963 г.г. Лейт и Упатниекс впервые продемонстрировали высококачественные голограммы двухмерных и трехмерных объектов. Независимо от них в это же время Ю.Н. Денисюк опубликовал экспериментально подтвержденную идею получения и восстановления объемных голограмм, имеющих принципиальное преимущество. Этот метод мы изложим чуть позже.
Рассмотрим схему опытов по голографии. Исследуемый объект освещают пучком света лазера, предварительно уширенным простым оптическим устройством. Рассеянная объектом световая волна, а также исходная («опорная») волна, отраженная от зер-
354
кала, попадают на фотопластинку (рис. 6.80,а), на которой регистрируется возникающая интерференционная картина. Пластинка проявляется и фиксируется обычным образом; она содержит всю информацию о виде исследуемого предмета. Эта
6.80. Схема запнсн н воспроизведения голограмм
При облучении голограммы светом лазера получаются «действительное» и «мнимое» изображения объектива
пластинка и называется голограммой. Внешне она ничем не отличается от обычной равномерно засвеченной пластинки. Лишь при рассмотрении ее под микроскопом в некоторых наиболее простых случаях можно заметить упорядоченную микроструктуру, возникающую в результате интерференции двух световых волн. Часто на голограмме невооруженным глазом видны кольца или полосы, но они появляются вследствие дифракции света на пыли и не имеют ничего общего с той информацией, которая связана с предметом.
Для восстановления волны убирают исследуемый предмет и помещают голограмму на то место, где находилась фотопластинка. Освещая ее светом однотипного лазера, наблюдают через
355
голограмму изображение предмета, которое получается там же, где находился объект. Если же голограмма несколько иначе ориентирована относительно направления опорной волны, чем фотопластинка при получении голограммы, то изображение окажется смещенным относительно того положения, где находился предмет. Получаемое изображение кажется столь же реальным, как и сам предмет, причем в нем сохраняется такое же распределение освещенности. Наблюдатель видит предмет через голограмму как сквозь дымчатое окно. В пределах голограммы он может осматривать предмет, меняя точку зрения, что приводит к совершенной иллюзии наблюдения реального объекта. Если голограмма достаточно велика для наблюдения двумя глазами, то объект воспринимается объемно. Полученное изображение можно сфотографировать, что осуществляется обычными методами .
Кроме этого «мнимого» изображения удается обнаружить второе, «действительное», изображение (рис. 6.80,6), которое также можно зарегистрировать на фотопластинке, хотя увидеть его невооруженным глазом трудно. «Действительное» изображение имеет рельеф, обратный рельефу самого предмета, — все выпуклые места выглядят вогнутыми, и наоборот.
