Оптические голографические приборы - Морозов А.М.
ISBN 5-217-00074-0
Скачать (прямая ссылка):
Изображение на сетчатке глаза тоже двухмерное, плоское, и тем не менее мы не лишены возможности видеть предметы объемными, обладающими не только высотой и шириной, но и глубиной. Объемность нашего восприятия обусловлена не только возможностью зрения двумя глазами, но также тем, что глаз, представляя собой оптическую систему с переменным фокусным расстоянием (способную фокусироваться на разноудаленные точки предмета), обладает определенной подвижностью. Это свойство глаза позволяет нам, изменяя направление наблюдения, видеть предметы в разных проекциях, создавая тем самым ощущение объемности. Способность глаза изменять фокусное расстояние получило название аккомодации.
Возникает вполне естественный вопрос: а нельзя ли каким-либо способом зафиксировать всю информацию о предмете? На этот вопрос в 1947 г. ответил Д. Габор — изобретатель голографии. Он обратил внимание на то, что при фотографировании предмета всегда приходится осуществлять наводку на резкость, иначе изображение будет нечетким, а то и вовсе может отсутствовать. Между тем независимо от наводки на резкость лучи света, образующие изображение на фотопластинке, на участке между объективом и фотопластинкой никуда не исчезают и к ним не добавляются новые. Разбираясь в .этом парадоксе, Габор предположил, что изображение предмета присутствует в скрытом от наблюдателя виде в любой плоскости между объективом и фотопластинкой. Иначе говоря, изображение в том или ином виде содержится в самой структуре световой волны, распространяющейся от предмета к объективу фотоаппарата. Это утверждение следует из хорошо известного принципа Гюйгенса—Френеля, согласно которому волна, излученная источником или отраженная от предмета, больше не зависит от них и распространяется в пространстве как бы сама по себе. Так волновая теория света, впервые предложенная X, Гюйгенсом, привела английского физика Д. Габора к открытию голографии.
В дальнейшем, в начале 60-х годов, голография пережила как бы второе рождение благодаря фундаментальным исследованиям советского физика Ю. Н, Денисюка и американских ученых Э. Лейта и Д. Упатниекса. Начиная с этого момента, наступил период ее бурного развития как самостоятельного научно-технического направления. Одновременно голография асе в большей степени стала проникать в различные области науки и техники, включая оптическое приборостроение.
Оптические и оптоалектронные приборы строят на основе давно известных законов оптики, однако новый взгляд на существо этих законов, который двла голография, привел к важнейшим результатам: появлению оптических приборов, включающих в себя элементы лазерной техники, голографических методов обработки информации и ЭВМ; разработке голографических
5 пространственно-частотных фильтров; фильтров, синтезированных на ЭВМ (синтезированных голограмм); различных томографических оптических элементов, заменяющих обычные оптические линзы, зеркала, дифракционные решетки, а также множества пространственно-временных модуляторов оптического сигнала.
С помощью топографических методов ствло возможным получать оптические элементы, по всем свойствам аналогичные волоконно-оптическим устройствам. Такие элементы имеют асе свойства оптического волокна, но отличаются от него простотой изготовления. Методы голографии позволяют выполнять оптические элементы и придавать им оптические свойства, которые невозможно получить при обычных методах изготовления. Голографические методы находят широко« применение при аттестации качества оптических элементов и узлов оптических приборов; успешно используются при решении задач выделения сигналов из шумов и распознавания образов. Голография позволяет увеличивать изображения во много раз больше, чем это можно сделать с помощью оптических линз, строить принципиально новые датчики положения и формы объектов и многое другое.
Однако на пути создания конкретных голограф и чес ких оптических приборов й устройств еще встречается много серьезных технических трудностей. Поэтому разраіботчикам тех или иных голограф ячеек их приборов часто приходится идти сложным и не всегда прямым путем, но возможности голографии настолько заманчивы, что внушают большой армии ученых и инженеров оптимизм и уверенность в их преодолении. Глава I
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГОЛОГРАФИИ
Прежде чем говорить об особенностях конструктивного выпплнения и функционирования голографических приборов, необходимо ознакомиться с физическими основами голографии. Но вначале остановимся на вопросах, касающихся природы света и его свойств. Это позволит дать ответ на вопрос: каким же образом волна может нести в себе информацию о предмете?
1. Основные понятия
Процесс видения окружающих нас предметов осуществляется с помощью физического носителя, именуемого светом. По определению слово свет означает оптическое излучение, видимое человеческим глазом. Свет представляет собой психофизическое понятие. Физическая природа света Та же, что и радиоволн — это распространяющиеся в пространстве электромагнитные колебания, разница в частотном диапазоне колебаний. Если в радиотехнике частотный диапазон простирается приблизительно до 100 миллионов герц (колебаний в секунду), то частотный диапазон световых волн примерно в 10 миллионов раз выше.
