Оптическая галография - Кольер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Сама природа голографического процесса приводит к необходимости использования «необычных» регистрирующих материалов. При освещении голограммы происходит восстановление волнового фронта, записанного с помощью либо амплитудной, либо фазовой пространственной модуляции. Фотографические материалы, модулирующие амплитуду светового потока, пригодны для регистрации как обычных фотоснимков, так и голограмм. С другой стороны, регистрирующие материалы с фазовой модуляцией, не представляющие интереса для обычной фотографии, являются идеальными для голографии.
В настоящей главе обсуждаются некоторые общие требования к материалам для регистрации голограмм. Сначала будет рассмотрена идеальная характеристическая кривая, обеспечивающая точную запись голограммы и восстановление волнового фронта. При сравнении характеристической кривой реальных материалов -с идеальной кривой становятся ясными ограничения, накладываемые свойствами реальных материалов. Тем не менее многие из этих материалов обладают свойствами, необходимыми для большинства голографических экспериментов; к числу таких материалов относятся галоидосеребряные фотографические слои, слои хромирован-
§ 1.
ИЗМЕНЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
299
ного желатина, фотополупроводниковые термопластические слои, фотохромные материалы и кристаллы сегнетоэлектриков.
Мы предполагаем, что запись и восстановление производятся с помощью лазера с непрерывным излучением. Особенности использования галоидосеребряных фотослоев, магнитных пленок и других материалов в сочетании с импульсным лазером рассмотрены в гл. 11.
§ 1. Изменения оптических СВОЙСТВ светочувствительных материалов
Экспонирование и (там, где оно требуется) проявление светочувствительных материалов должны изменять оптические свойства материала, предназначенного для регистрации голограмм. Кратко рассмотрим распространение световой волны в однородной среде с поглощением. Как показано в гл. 9, § 4, плоская волна, прошедшая в такой среде расстояние Г, выходит из нее, имея комплексную амплитуду
где ? = 2пп0/Ха — постоянная распространения; а — амплитудный коэффициент поглощения; п0 — показатель преломления и а<^р. В этом случае можно написать
У материала, пригодного для записи голограмм, при экспонировании и проявлении должен изменяться по крайней мере один из параметров: а, п0 или Т. Обычно меняется существенно лишь один из этих параметров. Таким образом, мы можем разделить наиболее важные светочувствительные материалы на две группы:
1) материалы с амплитудной модуляцией (поглощающие), у которых а зависит от экспозиции;
2) материалы с фазовой модуляцией, у которых от экспозиции зависит либо п0, либо Т.
Голографическая интерференционная картина регистрируется на этих материалах в форме пространственных вариаций поглощения. Примером таких материалов могут служить галоидосеребря-ные фотографические слои, фотохромные стекла и фотохромные органические пленки. Для однородного материала этого типа с амплитудным коэффициентом поглощения, равным а, и толщиной в направлении падающей плоской волны, равной Г, можно определить следующие величины (см. гл. 9, § 6, п. 2):
f = А ехр {—уT) = А ехр (—i?f) ехр (-аГ),
(10.1)
1. Материалы с амплитудной модуляцией
300
материалы для записи голограмм
гл. 10.
Амплитудное пропускание
t = ехр (—а Г); Пропускание по интенсивности
J = f = ехр (-2аТ); Оптическая плотность
D = —lg J = 2аТ Ige = 0,869 аТ.
Чтобы получить максимальную дифракционную эффективность плоской пропускающей голограммы при синусоидальной форме* интерференционных полос, значение t должно изменяться по синусоидальному закону от нуля до единицы (см. гл. 8, § 5). На практике это трудно достижимо, так как соответствующие значения оптической плотности должны лежать в пределах от 0 д© оо. Максимальная плотность D = 2, соответствующая амплитудному пропусканию, равному 0,1, вполне достаточна; такую плотность легко получить при использовании фотографических слоев (но не всех фотохромных материалов). Теоретически оптимальное значение средней оптической плотности плоской голограммы должно составлять D = 0,6, что соответствует — V2 в выражении (8.30). Это значение близко к экспериментально определенному оптимальному значению для фотографических слоев.
В соответствии с приведенным в гл. 9, § 6, п. 2, анализом элементарной объемной пропускающей голограммы, максимальная дифракционная эффективность наблюдается в том случае, когда амплитуда Ot1 синусоидальной модуляции коэффициента поглощения равна среднему коэффициенту поглощения ос. Тогда для Ot1 = а максимальная эффективность наблюдается при ос Tl cos O0 = In Зг где O0 — угол Брэгга. Если принять за типичную величину B0 = = 30°, то путем подстановки аТ = In 3 cos 30° получаем, что оптимальная средняя оптическая плотность D равна 0,827 и D лежит в интервале от 0 до 1,65.
Экспериментально полученное оптимальное значение средней оптической плотности для толстых фотографических слоев обычно-меньше 0,827 и ненамного превосходит 0,6.
Для объемных отражательных голограмм из теоретических соображений, приведенных в гл. 9, § 7, п. 2, следует, что с ростом aT дифракционная эффективность асимптотически приближается к максимальному значению. При аТ = 2 средняя оптическая плотность/) ^ 1,7 и эффективность достаточно близка к максимальной. При регистрации таких голограмм на толстослойных фотографических материалах экспериментально определенное оптимальное значение оптической плотности составляет около 2.
