Оптические голографические приборы - Морозов А.М.
ISBN 5-217-00074-0
Скачать (прямая ссылка):
39 мещают на массивной бетонной или стальной плите, которая в свою очередь размещается на амортизационной пневматической подушке. Для исключения резких колебаний температуры всю установку располагают в помещении с термостабилизацией.
Все эти требования легко удовлетворяются, если голограмму записывают с помощью импульсного лазера (длительность импульса порядка 1 мс). Применение лазеров с так называемым «гигантским импульсом», длительность которого составляет несколько наносекунд или десятки наносекунд, а мощность — до миллиарда киловатт, позволяет получать голограммы даже быстродвижущихся объектов.
Для восстановления изображения требуется выполнение менее жестких условий в отношении смещения оптических элементов, так как хорошее наблюдение восстановленного изображения обеспечивается при обычных условиях, не отличающихся от тех, в которых проводится большинство оптических экспериментов. '
4. Требования к объектам в голографических процессах
Все объекты по отражающим свойствам условно можно разделить на рассеивающие и не рассеивающие свет. Матовая металлическая поверхность и зеркало дают наглядное представление об этих объектах. Если зеркало отражает световые лучи в направлении, точно определенном законами геометрической оптики, то шероховатая поверхность не дает изображения. Мельчайшие неоднородности ее поверхности посылают отраженный свет во всех направлениях в пространстве.
Особенности отражающих свойств объектов необходимо учитывать при получении их голограмм, так как направление максимального рассеяния излучения объектом связано с помехозащищенностью голограммы.
Детали нерассеивающего объекта, позволяющие опознать его, определяются чередованием темных и светлых зон на его поверхности. Согласно принципу Гюйгенса каждая деталь объекта ведет себя как «отверстие», излучающее свой собственный свет по законам дифракции. Если деталь маленькая, то она излучает свет внутри конуса с большой апертурой. Сечение конуса перекрывает большой участок поверхности фотопластинки, на которую регистрируется голограмма. В результате поверхностные дефекты
40 фотопластинки (если они имеют место) практически не будут искажать изображение объекта, так как их площадь мала по сравнению с площадью голограммы.
Для крупных деталей нерассеивающего объекта дифракционный конус перекрывает значительно меньшую часть поверхности голограммы. В этом случае дефекты фотоэмульсии начинают играть большую роль при восстановлении изображения, затрудняя его наблюдение.
Микрошероховатости, характеризующие рассеивающий объект, действуют как отдельные диафрагмы. Излучаемый ими свет охватывает все пространство, в результате чего световая информация, соответствующая каждой точке, распределена по всей поверхности голограммы. Это делает несущественным влияние отдельных мелких дефектов. Хотя большое число царапин в конце концов также ухудшает изображение (оно покрывается сплошной дымкой).
Во многих практических случаях применяют диффузное освещение объекта (через матовый экран), чтобы получить лучшее изображение. Это допустимо, если не требуется направленное освещение по каким-либо другим соображениям.
Рассеивающие свойства поверхности объекта связаны •ґакже с рассеивающими свойствами голограммы.
Голограмма диффузно рассеивающего объекта или объекта, полученного через рассеиватель (например матовое стекло), обладает всеми рассмотренными ранее свойствами, характерными для голограмм трехмерных объектов. Главным из этих свойств является то, что излучение от каждой точки объекта распределено по всей голограмме и, следовательно, каждый малый участок голограммы содержит Информацию о всем объекте. Благодаря этому мнимое Изображение всего объекта можно наблюдать непосредственно (рис. 8, а). Если объект не рассеивает диффузно свет, то голограмма не обладает этим свойством и каждому участку объекта соответствует свой участок голограммы (рис. 8, б). Этот недостаток также устраняют, располагая на пути объектного пучка диффузор. Однако в некоторых особых случаях, как мы увидим далее, при получении голограммы необходимо создавать направленное, а не диффузное освещение.
Разрешающая способность и размеры фотопластинки накладывают ограничения на линейные размеры объекта. Рассмотрим случай получения голограммы, приведенный на рис. 9. Пусть опорный и объектный лучи, амплитуды
41 а) ' o)
fr
Рис. 8. Запись и восстановление изображений объектов с различными
отражающими свойствами:
а — диффузно рассеивающий объект; б —: объект, не рассеивающий сает
которых равны единице, интерферируют в точке H голограммы. Распределение интенсивности в полученной интерференционной картине тогда можно представить в виде /=2[1+со82л(?о —EJjc], где ?0 и —пространственные частоты опорного и объектного лучей соответственно: jc — координата точки Я. Пространственная частота ? связана с углом ф, образованным направлением распространения волны и нормалью к плоскости голограммы, известным соотношением sintp=A,|. Частота полос интерференционной картины определяется разностью Д?=?о—In и не должна превышать некоторую предельную частоту ?н, значение которой зависит от применяемой регистрирующей среды. В свою очередь предельная частота определяет максимально возможный телесный угол наблюдения объекта Ф„ (см. рис. 9). Лучи света, отраженные от объекта и выходящие за пределы телесного угла фн, не могут
