Оптическая галография - Кольер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Выше (фиг. 1.4) мы уже приводили интерференционную картину для двух плоских волн. Та же картина изображена на фиг. 1.11, где добавлены только горизонтальные границы регистрирующей среды, имеющей толщину Т. Если предположить, что интерференционная картина зарегистрирована в фотографической эмульсии, то частота вертикальной штриховки теперь соответствует оптической плотности фотослоя. (Связь оптической плотности с интенсивностью интерференционной картины определяется кривой почернения, которая является характеристикой конкретной эмульсии и метода ее обработки.) Если рассматривать области максимальной плотности, как было сделано при обсуждении фиг. 1.4, то мы снова обнаружим ряд периодически расположенных плоскостей — на этот раз ряд серебряных рассеивающих плоскостей. Их пространственное расположение определяется выражением (1.10), 2d sin 9 = X, где 0 — угол между нормалью к волновому фронту каждой из плоских волн и плоскостями максимальной плотности среды.
Сравнение фиг. 1.11 с фиг. 1.6 показывает, что голограмма представляет собой объемную дифракционную решетку. Пусть плоская волна (длина волны X) падает на эту решетку. Чтобы дифракция была заметной, угол скольжения Э, который нормаль к волновому фронту падающей волны составляет с плоскостями решетки, должен подчиняться закону Брэгга, 2d sin Q=X. Выражения (1.10) и (1.12) совпадают, откуда следует, что при освеще-
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ВОЛНОВОГО ФРОНТА
31
нии голограммы любой из образовавших ее плоских волн и любой из сопряженных им волн, т. е. плоских волн, распространяющихся в направлении, противоположном направлению исходной волны, мы получим максимальную интенсивность дифрагированного света.
Из фиг. 1.11 видно, что, когда волна 1 освещает элементарную голограмму под углом Брэгга Э, она дифрагирует (отражается)
Нормаль н Нормаль н
ФИГ. 1.11. Элементарная голограмма, полученная
в среде толщиной Т.
в соответствии с законом Брэгга в направлении волны 2. Соответственно этому волну 1 можно рассматривать как волну, восстанавливающую волну 2 с помощью голограммы. То же самое получается при освещении волной 2. Освещение голограммы волной, сопряженной волне 1, восстанавливает волну, сопряженную волне 2, и наоборот.
32
ВВЕДЕНИЕ B ОСНОВНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ГЛ. 1.
§ 7. Геометрия образования плоских и объемных голограмм
Чтобы показать, как геометрия получения голограммы влияет на ее дифракционные свойства, рассмотрим интерференцию сферической волны, исходящей из точечного источника S, находящегося
ФИГ. 1.12. Поперечное сечение семейства пучно-
стей стоячих волн, образованных при интерференции плоской волны и сферической волны, исходящей из точки S. Изображены характерные положения пластинки, соответствующие разным схемам получения голограмм.
на определенном расстоянии от регистрирующей среды, и опорной плоской волны, распространяющейся сверху вниз, как показано на фиг. 1.12. Точечный источник представляет собой элементарный объект, а сферическая волна, исходящая из него,— предметную волну. [Как будет показано в дальнейшем, более сложный объект можно рассматривать как совокупность элементарных точечных источников. Светлот каждого из них интерферирует с опорной волной, а взаимной (перекрестной) интерферен-
ГЕОМЕТРИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ГОЛОГРАММ
33
цией сейчас можно пренебречь.] На фиг. 1.12 представлено одно из поперечных сечений семейства поверхностей максимальной интенсивности, образующихся при интерференции плоской опорной волны и предметной волны от точечного источника. В этом поперечном сечении, которое содержит точечный источник и нормаль к плоской волне, следами поверхностей являются параболы. Если выделить любую малую часть сферической предметной волны, интерферирующей с плоской опорной волной, то результирующая интерференционная картина будет подобна изображенной на фиг. 1.4. Направление луча от источника S и нормали к плоской волне, а также расстояние между соседними плоскостями максимальной интенсивности удовлетворяют выражению (1.10).
Некоторые характерные положения пластинки при регистрации голограммы обозначены на фиг. 1.12 цифрами 1—4. Габор (1948) [1.1], не имевший в своем распоряжении лазера и вынужденный максимально использовать свет от источников с низкой когерентностью, при получении своих голограмм помещал пластинку в положение 1. Здесь среднее направление света от точки S и направление опорной волны коллинеарны, поэтому полученные таким образом голограммы были названы голограммами с осевым опорным пучком, или осевыми голограммами. Точечный рассеиватель, помещенный в плоскую волну в точке S, создает сферическую волну, а оставшийся нерассеянным свет служит плоской опорной волной. Для интерферирующих волн, полученных этим способом, разность хода предметной и опорной волн минимальна в положении голограммы 1, что позволяет использовать источники с низкой когерентностью. Относительно большое расстояние между соседними поверхностями максимумов снижает требования к разрешающей способности регистрирующей среды.
Лейт и Упатниекс (1962) [1.4—1.6] получили внеосевые голограммы с таким взаимным расположением пучков, которое эквивалентно помещению голографической пластинки в положение 2. Благодаря использованию лазерного света в их установке разность хода для света, распространяющегося от источника к голограмме в предметном и опорном пучках, могла иметь большую величину. Внеосевое расположение позволяет преодолеть трудности, возникающие при получении габоровских осевых голограмм, а большая когерентность лазерного света позволяет восстанавливать трехмерные изображения. Именно этот последний результат работы Лейта и Упатниекса в наибольшей степени привлек внимание к голографии и способствовал ее возрождению.
