Оптические голографические приборы - Морозов А.М.
ISBN 5-217-00074-0
Скачать (прямая ссылка):
линзы
Собирательная линза дает действительное перевернутое изображение объекта, которое регистрируется на фотопластинку. Фотопластинку во время записи можно поместить даже в плоскости центрального сечения изображения, сформированного линзой. На стадии восстановления с исходной опорной волной часть изображения, восстановленного с помощью голограммы, будет мнимой, а часть—действительной. Наблюдатель же не заметит существенного различия между этими изображениями.
Необычные свойства этих голограмм обусловлены тем, что в противоположность обычным голограммам здесь осуществляется строгое соответствие между точками голограммы и точками объ-екта. Каждой точке голограммы соответствует своя, определенная точка объекта и наоборот.
Благодаря локальной записи голограмма сфокусированного изображения всегда восстанавливает изображение в своей собственной плоскости, которое не меняет размеров, формы и области локализации при изменении длины волны и положения восстанавливающего источника или при изменении положения опорного источника, служащего для получения голограммы. Поэтому требования к пространст-
46
* Опорный источник
г)
Опорный пучок венной и временной когерентности света, служащего для восстановления изображения, могут быть значительно снижены. Высококачественное изображение можно получать при восстановлении голограммы даже протяженным источником белого света. При этом под разными углами наблюдается неодинаковая окраска восстановленного изображения. По этой же причине нет необходимости поддерживать тождественность формы опорной и восстанавливающей волн.
^ Когда объект находится достаточно далеко от фотопластинки либо в фокусе линзы (рис. 13, б), каждая точка объекта посылает на фотопластинку параллельный световой пучок, при этом связь между амплитудно-фазо-выми распределениями объектной волны в плоскости го-, лограммы и в плоскости объекта дается преобразованием Фурье или Фурье-образ ом, осуществляющим разложение оптического изображения объекта в двумерный спектр по пространственным частотам (более подробно о преобразовании Фурье мы поговорим в главе «Голографические оптические элементы»). Голограмма в этом случае называется голограммой Фраунгофера. Если амплитудно-фазовые распределения объектной и опорной волн являются Фурье-образами и объекта, и опорного источника, то голо-ограмму называют голограммой Фурье. При получении голограммы Фурье объект и опорный источник обычно располагают в фокусе линзы (рис. 13, в). В случае безлинзовой голограммы Фурье опорный источник располагают в плоскости объекта (рис. 13 г). При этом фронт опорной волны и фронты элементарных волн, рассеянных отдельными точками объекта, имеют одинаковую кривизну. В результате структура и свойства голограммы практически такие же, как у голограммы Фурье. Голограммы Френеля образуются в том случае, когда каждая точка объекта посылает на фотопластинку сферическую волну (рис. 13, д).
Таким образом, изменяя расстояние между объектом И фотопластинкой, можно получить различные типы голограмм, в частности с увеличением этого расстояния голограммы Френеля будут переходить в голограммы Фраунгофера, а с уменьшением — в голограммы сфокусированного изображения. Рассмотренные схемы получения голограмм нашли широкое применение в оптической обработке информации.
По принципу создания опорных и объектных световых пучков голографические схемы можно разделить на две группы: с делением светового потока по амплитуде и с делением по волновому фронту. Схемы, построенные по первому принципу, позволяют наиболее полно использовать световой поток лазера (уменьшить экспозиции), более универсальны и удобны в работе (см. рис. 4, 11 и 12). В то же время схемы с делением по волновому фронту, как правило, требуют меньшего числа оптических элементов и поэтому более просты. Многие голографические схемы можно использовать для исследования как прозрачных, так и отражающих объектов, однако некоторые схемы предназначены только для получения голограмм одного типа объектов.
7 2 3 4 5 6 7
1 2 З Ц 4 5 6
а — прозрачных объектов с использованием деления светового потока по волновому фронту; б — непрозрачных объектов с локальным опорным пучком; / — лазер; 2, 4 — линзы; 3 — диафрагма; 5 — отклоняющая призма; 6 — объект;
7 — фотопластинка
Голографическая схема для получения голограмм прозрачных объектов, использующая деление светового потока по волновому фронту, приведена на рис. 14, а. Часть параллельного пучка света проходит непосредственно через объект и попадает на голограмму; другая часть с помощью отклоняющей призмы образует опорный пучок. Здесь в опорный пучок введена также линза, с помощью которой опорный пучок фокусируется в некоторую область объекта, принимаемую за начало отсчета интерференционных полос. Такая компоновка схемы позволяет исключить влияние на картину полос изменений, происходящих в прозрачном 48 объекте и окружающей среде, но не являющихся предметом измерений.
В голографической схеме, основанной также на методе локального опорного пучка, но применимой для непрозрачных объектов (рис. 14, б), опорный пучок с помощью линзы фокусируется в некоторую точку на объекте, в которой для увеличения отражательной способности и формирования необходимого пучка наклеивают плоское или сферическое зеркало. Поскольку при смещении объекта как жесткого целого в опорный и объектный пучки вносится одинаковый фазовый сдвиг, картина интерференционных полос будет отражать только деформацию поверхности. Эти схемы нашли широкое применение при анализе колебаний.
