Волновая оптика - Калитеевский Н.И.
ISBN 5-06-003083-0
Скачать (прямая ссылка):
Рассмотрение голограммы как некоторого подобия дифракционной решетки позволяет уяснить особенности оригинального метода восстановления волнового фронта, предложенного Ю. Н. Денисюком. В этом методе используют толстослойные (несколько десятков микрометров) фотографические пластинки. При встречных пучках (опорной и предметной волн) в толще эмульсии возникает стоячая волна. В результате фотохимических процессов в фотоэмульсии под действием монохроматического света и последующей ее обработки получается своеобразная трехмерная дифракционная решетка. Следовательно, можно восстанавливать изображение, используя источник сплошного спектра, так как трехмерная решетка пропустит излучение только той длины волны монохроматического света, под воздействием которого она образовалась (см. § 6.8). Если исходное излучение (опорное и предметное) содержало несколько длин волн, то в толще эмульсии возникнет несколько пространственных решеток. При освещении такой голограммы источником сплошного спектра можно получить объемное цветное изображение.
Ю.Н.Денисюк предложил другой, более совершенный способ устранения неинформативных составляющих рассеиваемого голограммой поля. Созданные им трехмерные голограммы эффективно рассеивают только информативную предметную волну и допускают восстановление изображения без помощи лазера (достаточно иметь яркий источник света с малыми угловыми размерами) . Это достигается вследствие особенностей дифракции света на объемных квазипериодических структурах.
Остановимся подробнее на описании этого интересного метода получения и восстановления голограммы. Для получения голограмм при облучении лазерным светом толстослойных фотографических пластинок используются встречные световые потоки опорной и предметной волны. После обработки фотопластинки в толще эмульсии возникает слоистая структура с расстоянием между слоями d = Л./2, где X — длина волны излучения лазера, используемого для освещения объекта и в качестве опорной волны . Если угол встречи опорной и предметной волны меньше
359
180°, то расстояние между слоями увеличится и будет равно X/(2sina/2) (рис.6.85). Такая голографическая решетка может быть использована для восстановления изображения при осве-
6.85. Стоячие световые волны, образованные встречными пучками (а) и пучками, сходящимися под углом а < 180° (б)
щении ее белым светом, так как она сама выделит ту длину волны, которая была использована при получении голограммы. Более того, правильно установив голограмму по отношению к восстановительному источнику света, можно резко усилить мнимое изображение за счет интерференции нескольких световых пучков (рис. 6.86).
Действительно, в этом случае условие Брэгга дает 2efeina/2 = X, что соответствует указанному выше расстоянию d. = /./(2sina/2) между слоями. Эти положительные особенности метода Денисюка делают полученные таким образом голограммы незаменимым инструментом в различных приложениях.
Однако, переходя к использованию голографии, следует ука-
предметная бол на
I I I I I
опорная 5олна
а)
*•**. «а> % нуле&ои 5) порядок ***
6.86. Схема записи (а) и воспроизведения (б) объемных голограмм по Денисюку
360
зать на ряд трудностей технологического плана; некоторые из них еще не преодолены.
Как следует из сказанного, голограмма в общем случае представляет собой сложную структуру пятен, расстояние между которыми порядка длины волны. В связи с этим для изготовления голограмм требуются специальные высокоразрешающие фотоматериалы (2000—5000 линий на 1 мм; обычные фотографические пластинки позволяют разрещать около 100 линий на 1 мм). Создание таких мелкозернистых и одновременно достаточно чувствительных пластинок и пленок явилось серьезной Задачей для соответствующей области промышленности. При решении некоторых задач голографии нужно также сформулировать дополнительные требования к используемым лазерам, которые, впрочем, не являются исключением по сравнению с требованиями, предъявляемыми в других приложениях (речь идет о модо-вом составе, определяющем степень когерентности лазерного излучения).
Мы коснулись только амплитудных голограмм. Кроме них существуют фазовые, основанные на преобразовании не амплитуды фронта волны, а фазы. Точно так же объектами голографирования могут быть не только рассеивающие объекты, но и прозрачные (чисто фазовые). Можно, например, изготовить голограмму, которая, как и линза, фокусирует свет. Такая голограмма была известна задолго до появления голографии. Это опять зонная пластинка Френеля!
Различные применения голографии весьма интересны и разнообразны . Так, например, можно заставить интерферировать волну, рассеянную предметом в данный момент времени, с той зафиксированной волной, которая рассеялась в предыдущий момент. Для этого при восстановлении не нужно убирать исследуемый предмет. Тогда можно наблюдать интерференцию восстановленной и рассеянной волн. Если предмет изменился (скажем, произошли какие-то деформации), то его изображение окажется перерезанным интерференционными полосами, по форме которых можно оценить происшедшие изменения. Громадное преимущество такого способа изучения деформаций заключается в том, что все погрешности, вносимые формой предмета, диф-фузностью отражения и т.д., будут в данном опыте исключены, так как они одинаково искажают обе интерферирующие волны. Но в этом варианте метода нужно точно установить голограмму на место фотопластинки. Гораздо проще сфотографировать на одну пластинку предмет в двух его состояниях и проводить восстановление волнового фронта обычным способом. В этом случае важно, чтобы фотопластинка не сдвинулась между двумя экспозициями. Ниже приводятся фотографии, иллюстрирующие применение такого метода для определения деформаций (рис.
