Оптические голографические приборы - Морозов А.М.
ISBN 5-217-00074-0
Скачать (прямая ссылка):
66 ференционным полем и голографической решеткой достигает значения л/2.
Физический смысл этого явления достаточно прост. Предположим, что на кристалл V ниобата лития падают две плоские волны R и 5, образующие стоячую волну с распределением интенсивности 1(х), показанным на рис. 24, а. Благодаря особым свойствам кристалла ниобата лития возникающая под действием этой стоячей волны голографическая решетка в виде распределения показателя преломления (ее максимумы обозначены на рисунке Xu Хз) окажется несколько смещенной относительно интерференционного поля. В зависимости от направления оси кристалла С это смещение будет направлено вниз или вверх. Как видно из рис. 24, а, при сдвиге на четверть Периода максимумы интенсивности поля стоячей волны попадают на какие-либо определенные стороны решетки распределения показателя преломления. В 'результате оказывается, что одна из волн (в данном случае R) отражается от решетки показателя преломления как от более плотной среды и сохраняет ту же фазу, а другая волна (5) — как от менее плотной среды и при отражении изменяет фазу на противоположную. Таким образом, на выходе из кристалла складываются волны, находящиеся в противофазе, вследствие чего интенсивность суммарной волны уменьшится. Интенсивность другой выходящей из кристалла волны увеличится, так
Рис. 24. Явление направленной передачи энергии между интерферирующими волнами в ди-
Рис. 25. Коррекция формы волнового фронта излучения лазера с помощью динамической сдвиговой
намической голограмме:
трехмерной голограммы:
а — распределение интенсивности Их) стоячей волны, образовавшейся при интерференции волн R и 5 в кристалле; б — /(/)- зависимость интенсивности выходящих из кристалла волн Rx и S1 от времени экспозиции
R — интенсивная неоднородная волна; S — слабая волна правильной формы; V — динамическая голог-грамма; Sf — исправленный и уси-
ленный фронт
динамической голограммы
67 как она представляет собой результат сложения волн одинаковой фазы.
Этот интересный эффект динамической голограммы было предложено использовать для коррекции формы волновых фронтов излучения лазера (рис. 25). Действительно, если на объемную светочувствительную нелинейную среду' V направить излучение неправильной по форме интенсивной волны R лазера, излучение которого необходимо скорректировать, и одновременно с этим слабую по интенсивности, но правильную по форме волну 5, то, обеспечив сдвиг структуры голографической решетки относительно структуры интерференционной картины на четверть периода, можно добиться того, чтобы энергия волны R перешла в волну S'. Таким образом энергия волны R может быть полностью перекачена в волну S.
Необходимый сдвиг решетки в зависимости от регистрирующей среды может быть достигнут различными способами: например, можно смещать среду или записывающее поле в направлении, перпендикулярном структуре решетки.
Для записи смещенных решеток можно использовать бегущие волны интенсивности, которые возникают в результате интерференции двух волн с различными частотами. В этом случае наблюдается преобразование не только интенсивностей взаимодействующих пучков, но и их частот.
Хотя многочисленные исследования показали, что голограммы, полученные путем регистрации сдвига решеток, действительно можно использовать в качестве амплитудно-фазового корректирующего элемента, преобразующего сложный волновой фронт, генерируемый многом од овым лазером в плоскую волну, однако в этом случае трудно избежать нелинейных искажений, наводимых микроструктурой пучка. Поэтому более удачными оказались голографические элементы, действие которых основано на эффекте обращения волновых фронтов.
Динамическая голография открывает новые возможности также для создания усилителей изображения, устройств управления лазерным излучением. Динамические голограммы находят применение в системах постоянной и оперативной памяти ЭВМ.
Надо отметить, что исследования и разработки в динамической голографии интенсивно продолжаются и разработчики новых оптических систем и приборов
68 вправе ожидать в этой области новых практических результатов.
7. Синтезированные голограммы
Голограммы, имеющие свойства, аналогичные оптически полученным голограммам, можно изготовить с помощью ЭВМ. Такие голограммы называют синтезированными голограммами. Машинный метод получения голограмм позволяет исследовать некоторые голографические явления путем их математического моделирования. При восстановлении синтезированных голограмм обычными методами получают оптические волны, которые реально не существуют, например, с их помощью можно визуализировать рассчитанные на ЭВМ двумерные и трехмерные математические функции.
Синтез голограммы включает обычно четыре этапа. На первом этапе рассчитывают параметры световой волны (амплитуда и фаза) при распространении ее от объекта к голограмме. При этом исходят из того, что объект, освещенный когерентным светом, может быть адекватно описан ограниченной совокупностью точек, рассеивающих свет. Второй этап состоит в том, что амплитуду и фазу кодируют с помощью действительной неотрицательной функции, графическое отображение которой и представляет собой синтезированную голограмму. Результирующая информация записывается в памяти вычислительной машины и на третьем этапе отображается на выходном устройстве ЭВМ — графопостроителе или электронно-лучевой трубке, что дает увеличенное изображение голограммы. Увеличение необходимо вследствие недостаточного разрешения печатных и отображающих устройств. На последнем — четвертом этапе полученный на ЭВМ рисунок голограммы уменьшается оптическим методом до размеров, соответствующих длине волны, использованной при расчете, и регистрируется фотографически в виде транспаранта (который представляет собой синтезированную голограмму). Если полученную таким образом голограмму осветить когерентным светом (от лазера), то восстановится изображение объекта.
