Оптическая галография - Кольер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Основной принцип некогерентной голографии состоит в том, что предметный волновой фронт подвергается амплитудному делению на две части. Затем эти две волны, которые кажутся исходящими из пары соответственных точек на поверхности объекта, интерферируют друг с другом [20.12, 20.13]. Поскольку свет, идущий от одной пары точек, некогерентен со светом от любой другой пары, мы получим M независимых наложенных друг на друга голограмм, соответствующих M точкам предмета. Отметим, что интерференция света, идущего от одной и той же точки предмета, не дает информации о фазе световой волны относительно фазы волны, приходящей из других точек. В этом случае нет опорной волны, с которой можно сравнивать фазу. Однако можно осветить когерентным излучением ряд наложенных друг на друга голограмм и восстановить волны, которые фокусируются в M точках на трехмерном изображении предмета.
Для иллюстрации одного из методов регистрации рассмотрим образование голограммы прозрачной буквы R, освещенной пространственно-некогерентным светом [20.14]. Был использован интерферометр, который направлял на голограмму свет, идущий не только от нормально ориентированной буквы R, но также светг
656
ТРИ ТЕМЫ
ГЛ. 20.
как бы исходящий от перевернутой и смещенной буквы R, расположенной в той же предметной плоскости (фиг. 20.12). Любая пара соответственных точек формирует безлинзовую фурье-голо-грамму, образуя на поверхности, параллельной предметной плоскости, интерференционные полосы, идущие под прямым углом к линии, соединяющей две точки. Частота этих полос пропорциональна расстоянию между точками пары (см. гл. 3, § 1, п. 3). Как видно из фиг. 20.12, нет таких двух пар точек, которые могли
бы дать полосы с одинаковой ориентацией и пространственной частотой. Каждая из полученных таким образом без линзовых фурье-голограмм отличается от других. Каждая голограмма, если ее поместить перед линзой и осветить плоской волной от когерентного источника, восстановит действительное изображение точечного источника, образовавшего эту голограмму. Так же как в случае фурье-голограммы, освещенной, как показано на фиг. 8.23, в задней фокальной плоскости линзы образуются два действительных изображения. На фиг. 20.13 приведено изображение, восстановленное фурье-голограммой, полученной в некогерентном свете [20.15]. Объект во время получения голограммы освещался ртутной дуговой лампой.
Имеется большое количество оптических схем и интерферометров, пригодных для получения голограмм в некогерентном свете. В некоторых из них сохраняется информация о глубине объекта, в других не сохраняется. Подробности о свойствах и применении этих интерферометров можно найти в работах [20.12—
Низкая дифракционная эффективность каждой из наложенных друг на друга голограмм точечных источников является основной причиной неудач голографии в некогерентном свете. В гл. 17, § 5, п. 5 [см. (17.29)], было показано, что максимальная эффективность амплитудной голограммы, состоящей из M эквивалентных наложенных друг на друга голограмм, в M2 раз меньше максимальной эффективности отдельной голограммы. Для получения оптимальной дифракционной эффективности как в случае многократного,
ФИГ. 20.12.
Вид объекта в плоскости голограммы.
20.16].
§ 3. ГОЛОГРАММЫ, ОБРАЗОВАННЫЕ НЕКОГЕРЕНТНЫМ СВЕТОМ 657
так и однократного экспонирования среднее пропускание регистрирующей среды должно равняться половине максимально возможного пропускания данной среды. Свет, падающий на проявленную голограмму, не только дифрагирует на ее структуре, но и рассеивается на зернах серебра, создавая шум, дающий вклад в среднюю величину пропускания. Поскольку и среднее пропускание, и шумы одинаковы как для многократно наложенных, так и для отдельных голограмм, можно провести сопоставление
ФИГ. 20.13. Изображение, восстановленное голограм-
мой, зарегистрированной с помощью пространственно-некогерентного света. (По Уортингтону [20.15].)
отношения сигнал — шум в этих двух случаях, сравнивая дифракционные эффективности. Рассмотрим сначала однократно экспонированную голограмму, образованную с помощью излучения с высокой временной и пространственной когерентностью. Максимальная дифракционная эффективность такой голограммы равна T]1. Предположим, что восстанавливаемое голограммой изображение состоит из M разрешимых точек. Если голограмма освещается излучением с мощностью P0, то мощность, приходящаяся на каждую точку изображения, равна
Pc=^- (20.19)
Для голограммы, полученной с помощью пространственно-некогерентного излучения, мощность, дифрагированная в каждую точку, определяется эффективностью каждой из наложенных друг на друга голограмм. В соответствии с (17.29) имеем
__ 41
Тогда для мощности, приходящейся на каждую точку изображения, получим
42-0990
658
ТРИ ТЕМЫ
ГЛ. 20.
Сравнивая (20.19) и (20.20), мы видим, что отношение сигнал — шум для голограммы, полученной в некогерентном свете, снижается в M2 раз по сравнению с голограммами в когерентном свете. Таким образом, чем больше число разрешимых точек, тем больше различие в отношении сигнал — шум. Даже для картины с разрешением, равным разрешению телевизионного изображения, это отношение убывает в 6•1O10 раз.
