Оптическая галография - Кольер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Рассматривая треугольник, изображенный жирными линиями на фиг. 1.4, легко установить, что период синусоидального распределения интенсивности описывается формулой
2d sin Q =%. (1.10)
Заметим, что 9 — угол скольжения, образованный каждой волновой нормалью с плоскостями максимумов интенсивностей (плоскостями пучностей). Если угол 29 между волновыми нормалями возрастает, период d уменьшается. Чтобы можно было зарегистрировать интерференционную картину, которая образуется при получении голограммы, разрешающая способность используемой фотографической среды должна составлять не менее Hd линий на единицу длины.
г) Если не оговорено иное, то символ X означает длину волны света в среде, в которой он распространяется.
24
ВВЕДЕНИЕ B ОСНОВНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ
ГЛ. 1.
§ 4. Дифракция
При получении голограмм производится запись дифракционных картин. Дифракцией называют явление, заключающееся в искривлении волновых нормалей (лучей) при встрече света с препятствием, оптическое пропускание или отражение которого значительно изменяется на расстояниях, близких к длине волны света. На маленьких отверстиях в экранах дифрагирует весь свет, прошедший через них, на больших же отверстиях дифрагирует
ФИГ. 1.5. Дифракция света на плоской решетке.
только свет, прошедший вблизи краев отверстия. Свет, проходящий через центральную часть большого отверстия, не испытывает дифракции. Дифракция является основной темой гл. 5, и поэтому здесь нет необходимости подробно останавливаться на отдельных деталях. Однако для понимания материала, изложенного в оставшейся части настоящей главы, полезно привести два уравнения, которые описывают дифракцию на плоских и объемных решетках.
Голограмма сама по себе есть вызывающий дифракцию объект, обладающий некоторыми специфическими свойствами. Отвлекаясь от сложной микроструктуры голограмм, их можно разде-
ДИФРАКЦИЯ
25
лить на два вида, а именно: голограммы, ведущие себя 1) подобно плоским дифракционным решеткам и 2) подобно объемным дифракционным решеткам. На фиг. 1.5 показана в разрезе плоская дифракционная решетка. Решетка может состоять из ряда периодически расположенных прозрачных щелей на непрозрачном экране. Для плоской волны, падающей на решетку, условие
D в' E
ФИГ. 1.6. Дифракция света на объемной решетке.
DB' -f- В'E = 2d sin 0 = Я (закон Брэгга).
синфазности дифрагированных пучков, ведущей к их взаимному усилению, является уравнением решетки:
d (sin і + sin б) = А,, (1.11)
где d — постоянная решетки, і — угол падения и б — угол дифракции. Как видно из фиг. 1.5, при выполнении условия (1.11) под углом б образуется главный максимум дифрагированной плоской волны. Кроме того, возможны отрицательные и более высокие порядки дифракции. (Здесь мы ограничились рассмотрением дифракции первого порядка.)
На фиг. 1.6 показана (в разрезе) объемная дифракционная решетка, содержащая периодически расположенные рассеивающие плоскости, освещенные плоской волной. Здесь справедлив тот же самый принцип: интенсивность имеет максимальную величину в том направлении, в котором происходит синфазное сложение световых волн, рассеянных последовательными плоскостями. Условие образования главного максимума дифрагированной
26
ВВЕДЕНИЕ B ОСНОВНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ
ГЛ. 1.
плоской волны, которое имеет вид
2d sin 8 = А,, (1.12)
называется законом Брэгга по имени Уильяма Брэгга [1.7], получившего его для случая дифракции рентгеновских лучей от атомных плоскостей в кристалле. Брэгг предположил, что дифракция в кристалле обусловлена отражением падающей волны от кристаллических плоскостей. Максимум дифракции возникает, когда углы, образованные падающим и отраженным лучами с кристаллической плоскостью, равны, как показано на фиг. 1.6, причем угол 0 удовлетворяет условию (1.12).
Сравнение выражений (1.11) и (1.12) обнаруживает, что последнее накладывает более жесткие условия на наблюдение максимума дифракции. Для объемной решетки выбор угла падения определяет и длину волны и угол дифракции. Для плоских решеток это не так. Уравнение (1.11) допускает произвольный выбор и угла падения и длины волны.
§ 5. Образование голограмм
Перейдем теперь к рассмотрению основ самого голографиче-ского метода, начав рассмотрение с описания получения голограмм. Габор образовал название голограмма от греческого слова оков, означающего «весь» или «целый», подчеркнув тем самым, что регистрация как фазовой, так и амплитудной информации обеспечивает более полное описание световой волны. Метод сохранения фазовой информации заложен в выражении (1.9), из которого видно, что информация о фазе сохраняется в интерференционной картине при двухлучевой интерференции. Таким образом, для того чтобы получить голограмму, когерентный свет, идущий от лазера, необходимо разделить на два пучка, один из которых освещает объект, а другой служит опорным (фиг. 1.7).
В качестве опорной волны, как правило, используются смодулированные волны со сферическими или плоскими фронтами. Опорный пучок направляется таким образом, чтобы он пересекся со светом, прошедшим через объект или отраженным от объекта. Если оба пучка абсолютно когерентны, то интерференционная картина образуется во всем объеме, в котором перекрываются пучки. Светочувствительная среда, помещенная в область перекрытия, будет претерпевать определенные химические или физические изменения, обусловленные воздействием световой энергии. После окончания экспозиции и после того, как фоточувствительная среда подверглась соответствующей обработке, требующейся для преобразования этих изменений в вариации оптического пропускания, мы получаем голограмму.
