Оптические голографические приборы - Морозов А.М.
ISBN 5-217-00074-0
Скачать (прямая ссылка):
54 і*-'.
V is
Грамму, образованную по схеме рис. 17, а, объектной волной от монохроматического источника В, искаженной С линзой JIy то восстановится изображение опорного источника Р. Если же объектная волна дополнительно искажена объектом О (рис. 17, б), расположенным перед ^аберрационной линзой JIy то и в восстановительную волну будут внесены такие же искажения, и наблюдатель увидит изображение объекта 0\
Метод компенсирующей голограммы может быть использован для коррекции искажений, создаваемых не только аберрациями линзы, но и оптически неоднородной средой С, разделяющей объект и приемную оптику (рис. 18).
Рис. 18. Метод компенсирующей голограммы для коррекции атмосферно-
линзовых аберраций:
а — схема регистрации компенсирующей голограммы; б — схема компенсации
атмосферно-линзовых аберраций
M-
т
Голографические компенсаторы представляют большой интерес для решения проблемы получения изображений в когерентном свете с использованием для передачи оптических сигналов световолоконных жгутов и шайб. Однако они имеют существенный недостаток — непригодны, если искажающая среда нестационарна (как, например, турбулентная атмосфера). Для этого случая разработаны методы, не требующие применения голо-графических компенсаторов. Они основаны на том, что при получении голограммы объекта, наблюдаемого через нестационарную искажающую среду, опорный и объектный пучки искажаются в равной степени, так как их с помощью специальных мер пропускают практически по одному и тому же пути. Поскольку искажения обоих пучков одинаковы, они никак не отразятся на получаемой голо-
55 грамме, а следовательно, и на качестве восстановленного изображения.
В некоторых случаях голограмма позволяет восстановить неискаженное изображение даже без принятия специальных мер. Например, если объект и фотопластинка Ф находятся на сравнительно большом расстоянии друг от друга, а искажающая оптическая неоднородность С сосредоточена вблизи голограммы, то оба пучка (от объекта О и опорного источника Р) проходят практически через одни и те же участки неоднородности С (рис. 19). Такая ситуация может иметь место, например, при получении изображений космических объектов через турбулентную атмосферу.
Рис. 19. Топографическая схема в методе равных искажений с использованием коллимирукхцего телескопа T
В астрофизике успешно применяется принципиально иной способ, основанный на усреднении волновых фронтов методами голографии, позволяющий ослабить нестационарные случайные искажения, выявив тем самым полезный стационарный сигнал.
3. Голограммы — линзы
Голограмму можно рассматривать не только как результат записи волнового поля, но также как изображающий оптический элемент. Известно, что свойства линзы проявляют зонные пластинки (решетки). Под термином «зонная пластинка» обычно понимают зонную пластинку Френеля, состоящую из чередующихся светлых и .темных колец, которые ограничены окружностями с
радиусами Qn=^Jnkzf, где п — целое число; л — длина
волны света с плоским волновым фронтом, которая, падая на пластинку, фокусируется на расстоянии Zf от нее.
Выражение для -Qn справедливо в предположении, что пК очень мало по сравнению с zf. Из этого соотношения
56 далее видно, что совокупность окружностей, которым соответствуют четные л, можно рассматривать как зонную пластинку, которая имеет двойное фокусное расстояние Izh совокупность окружностей с п, кратным трем — как пластинку с утроенным фокусным расстоянием и т.д. Вследствие симметрии перед зонной пластинкой также существуют фокусы, расположенные симметрично тем, которые находятся за пластинкой.
Такая пластинка Френеля с прямоугольным радиальным распределением почернения может выполнять функцию изображающего оптического элемента. Недостатком, однако, является возникновение большого числа изображений, расположенных на оси, совпадающей с главным лучом пучка нулевого дифракционного порядка.
Зонную пластинку с косинусоидальным распределением почернения можно получить в виде голограммы, на которой записан результат интерференции плоской и сферической волн (по схеме Габора), если процесс регистрации будет линейным. При выполнении этих условий образуются только ±1-е дифракционные порядки, а значит и только два фокуса. Если же использовать схему Лейта. то оба изображения пространственно разделяются между собой и от пучка нулевого дифракционного порядка.
При освещении зонной пластинки плоской волной возникают две сферические волны — одна сходящаяся, другая расходящаяся (см. рис. 3). Это означает, что зонная пластинка (голографическая линза) одновременно выполняет функции двух линз — выпуклой (положительной) и вогнутой (отрицательной). Направления распространения образованных сферических волн зависят от направления восстанавливающей плоской волны.
Если восстанавливающая волна направлена противоположно опорной, использованной при записи, то можно показать, что при таких условиях восстановленная сходящаяся сферическая волна будет фокусироваться на оптической оси, в то время как расходящаяся сферическая волна будет распространяться под углом к оптической оси.
