Оптические голографические приборы - Морозов А.М.
ISBN 5-217-00074-0
Скачать (прямая ссылка):
Серьезной проблемой в описанных выше конструкциях зонда является жесткое крепление объектов (особенно это касается биологических объектов), исключающее возможность относительного смещения объекта и фотопластинки. Решение проблемы механической стабильности объекта относительно освещающего когерентного источника может быть достигнуто применением гибкого волоконного световода для передачи излучения лазера.
Изменением угла падения узкого коллимированного лазерного пучка на входной торец световода, что ведет к изменению угла выхода лазерного пучка из торца зонда, можно добиться получения на одном слое фотоэмульсии нескольких голограмм одного и того же объекта для
81 разных углов освещения (это весьма важно при исследовании объектов, имеющих сложную форму) или соответствующих различным состояниям исследуемого объекта. При восстановлении голографические изображения объекта будут, разумеется, наблюдаться под разными углами (в силу свойств трехмерных голограмм, полученных с различными углами падения опорного освещающего пучка).
Помимо использования монолитных прямоугольных световодов, в схеме голографического зонда возможно также применение гибких и жестких пучков волоконных световодов. Принципиально конструкция такого голографического зонда ничем не отличается от конструкции зонда, приведенной на рис. 31. Однако для устранения мозаичной картины голографического изображения (воспроизводящей структуру пучка волоконных световодов) желательно, чтобы фотоэмульсия находилась на некотором расстоянии от выходного торца световода, при этом расходящиеся световые пучки из каждого волокна пучка перекрываются и мозаичность исчезает.
Голографический зонд позволяет также регистрировать цветные голограммы изучаемых объектов.
3. Голографический микроскоп
Двухступенчатый метод голографии впервые позволил создать микроскоп, регистрирующий не только амплитуду, но и фазу световой волны, рассеянной объектом. Появление такого микроскопа открыло новые возможности исследования микрообъектов, не достижимые известными методами классической микроскопии.
После первых работ Габора появились и первые результаты по созданию голографических микроскопов, в которых одна или обе ступени увеличения осуществлялись без помощи линз. Увеличение в таком безлинзовом микроскопе достигается путем применения на стадиях получения голограмм и восстановления волнового фронта источников излучения с различными длинами волн или при использовании пучков со сферическими волновыми фронтами, формируемыми с помощью фокусирующей оптики.
К числу схем, в которых используется прямая голо-графическая запись волновых фронтов, относится и схема голографического микроскопа, приведенная на рис. 32. Объект помещается в расходящийся лазерный пучок.
82 Рис. 32. Безлинзовый голографический микроскоп:
а — схема голографического поля записи; б — схема восстановления волнового фронта; I — голограмма; 2 — объект; 3,4 — точечные диафрагмы, используемые при получении голограмм и восстановлении волнового фронта
Полученная дифракционная картина на некотором расстоянии от объекта фиксируется вместе с когерентным фоном на фотопластинке. Увеличение восстановленного изображения определяется выражением:
M= [1± (ZlKlZZzk2) - (ZifZ2) ]-i,
где A,}, K2 — длина волны источников излучения соответственно при записи и восстановлении; Z\—расстояние от исследуемого объекта до плоскости голограммы; Zo, 2.3 — расстояние от точечных диафрагм до плоскости голограммы соответственно в схемах записи и восстановления. Знак минус относится к действительному изображению, знак плюс — к мнимому.
Если использовать коллимированные опорный и восстанавливающий пучки (22=23=00), то микроскоп будет работать с единичным увеличением. При использовании коллимированного пучка только на стадии восстановления (23=00) увеличение микроскопа не зависит от соотношения длин волн при записи и восстановлении и обусловлено только первой стадией процесса. При Z2=OO увеличение M= [Izfcfz 1X1/23X2] и достигает больших значений для действительного изображения
при 2jAi=Z3?L2. При 2]=2з увеличение M= [ 1 ±(klД2)] 1
83 и зависит только от соотношения длин волн при записи и восстановлении. Следовательно, увеличение безлинзового голографического микроскопа определяется соотношением длин волн и кривизной волновых фронтов, используемых при записи и восстановлении, и может легко регулироваться. Однако при этом получаемые изображения сопровождаются значительными аберрациями, что необходимо учитывать в безлинзовой голографической микроскопии.
Рассмотрим один из вариантов схемы голографического микроскопа с предварительным увеличением. Типичная для этого случая оптическая схема голографического микроскопа показана на рис. 33. Прозрачный
Рис. 33. Оптическая схема голо-графического микроскопа:
1 — лазер; 2, 7 — светоделительные кубики; 3, JI — зеркало; 4 — конденсор; 5— объект; 6 — объектив микроскопа; 8 — голограмма; 9 — окуляр; 10 — фокусирующая линза
2
8
/Ч ч
К 51
Lvarvj
