Оптическая галография - Кольер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Волновые свойства света были впервые продемонстрированы в 1802 г. Томасом Юнгом, который наблюдал интерференцию света, исходящего из двух различных точек волнового фронта. Он обнаружил, что в разных точках экрана, освещенного двумя такими вторичными источниками, может происходить не только взаимное усиление интенсивности света, но и взаимное гашение. Это явление трудно объяснить с точки зрения корпускулярной теории, но его легко понять на основе волновых представлений. Экспериментальное устройство Юнга для получения интерференции от двух световых источников показано на фиг. 1.2. Точечное отверстие P0 освещено параллельным пучком света. Сферическая
СВЕТОВЫЕ ВОЛНЫ
15
волна, возникающая при дифракции на отверстии P0, падает на расположенный на некотором расстоянии непрозрачный экран с двумя одинаковыми отверстиями Р\ и P2. Эти отверстия вырезают небольшие участки волнового фронта, в результате образуются две вторичные согласованные по фазе сферические волны. На экране S, который помещен параллельно первому экрану, в том месте, где волны перекрываются, наблюдаются чередующиеся светлые и темные интерференционные полосы, расположенные перпендикулярно линии, соединяющей Pi и P2-
Получение голограмм тесно связано с таким способом наблюдения волновых свойств света, поскольку и в том, и в другом
ФИГ. 1.2. Схема опыта Юнга.
случае производится регистрация интенсивности светлых и темных полос, возникающих в месте пересечения когерентных световых волн. Пространственное распределение интенсивности, получаемое при этом, называется интерференционной картиной или картиной стоячих волн. Последнее название связано с тем, что пространственное распределение интенсивности полос остается постоянным во времени. Именно благодаря этому мы можем наблюдать интерференционные полосы в эксперименте Юнга, а также измерять их интенсивность и расстояние между ними. Образование интерференционных полос доказывает, что свет обладает волновыми свойствами, а измерение расстояния между полосами и их контраста позволяет определить такие характеристики, как длина волны и степень когерентности.
Хотя невозможно непосредственно наблюдать световые колебания, убедительным доказательством их существования может служить успех теории Максвелла, которая предсказывает электромагнитные, в частности световые, волны. Согласно теории
16
ВВЕДЕНИЕ B ОСНОВНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ
ГЛ. 1.
Максвелла, в световой волне существуют два векторных силовых поля — электрическое и магнитное. Эти поля способны распространяться через пространство, не содержащее какого-либо вещества, и мы можем наблюдать только усредненные по времени эффекты их взаимодействия с приемником. Голография имеет дело
Падающая волна
Отраженная волна
ФИГ. 1.3. Схема эксперимента Винера.
с взаимодействием световых волн со светочувствительным материалом, например зернами галоидного серебра в фотослое. На первый взгляд может показаться, что необходимо учитывать оба силовых поля, каждое из которых может взаимодействовать с регистрирующей средой. Однако это не так, о чем свидетельствует опыт
ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЕ КАРТИНЫ
17
Винера со стоячими волнами, выполненный в 1890 г. (фиг. 1.3). Винер показал, что стоячие световые волны создают наибольшее почернение на фотопластинке в области пучностей электрического поля и совсем не вызывают почернения в области пучностей магнитного поля. Таким образом, именно электрическое поле электромагнитной волны ответственно за образование голограммы. Это справедливо не только для фотослоев, но и для всех других светочувствительных сред, которые используются для получения голограмм. (Свет взаимодействует с электронами, которые находятся в покое или движутся со скоростью, значительно меньшей скорости света, так что вкладом магнитного поля можно пренебречь.) Таким образом, мы пренебрегаем влиянием магнитного поля на формирование голограммы и проводим рассмотрение так, как будто в световой волне имеется только электрическое поле. При восстановлении изображения по голограммам, записанным на немагнитных материалах, опять существенно лишь взаимодействие электрического поля с регистрирующей средой.
§ 3. Интерференционные картины
Получение голограммы в сущности является регистрацией интенсивности интерференционной картины. Если разность фаз между интерферирующими волновыми полями постоянна в течение какого-либо времени, то пространственное распределение интенсивности полос в интерференционной картине будет также постоянно во времени. В этом параграфе мы рассмотрим распределение интенсивности в такой интерференционной картине. При этом мы ограничим наше рассмотрение интерференцией монохроматических волн одинаковой частоты, полученных от одиночного непрерывно излучающего источника. Таким образом, мы имеем в виду идеальный случай абсолютно когерентного света. Разность фаз и интенсивность интерференционной картины постоянны во времени. При этом существенно упрощается описание основных явлений. Частично когерентный свет будет рассмотрен в § 9.
Прежде чем переходить к дальнейшему изложению, постараемся более точно представить суть взаимодействия света с фотографической средой. Почернение единицы объема фотослоя или отбеливание единицы объема фотохромного материала есть функция энергии, поглощенной этим объемом и усредненной за время, большое по сравнению с периодом световых колебаний. Из теории Максвелла мы знаем, что и — энергия на единицу объема, или плотность энергии электрического поля световой волны, в системе единиц MKC описывается выражением
