Оптические голографические приборы - Морозов А.М.
ISBN 5-217-00074-0
Скачать (прямая ссылка):
Рассмотрим, что получится, если на пластинку Френеля направить плоскую волну света, т. е. волну света от источ-
О
а)
Рис. 3. Голограмма точечного источника.*
й — зонная пластинка Фреи&ля; 6 — прохождение плоской волны через зонную пластинку Френеля
(5 ника, находящегося в бесконечности. Каждый малый участок пластинки можно рассматривать как элементарную дифракционную решетку. Чем дальше от центра пластинки находится участок, тем на большие углы ±ф отклоняет он падающий на него пучок света, так как при удалении от центра шаг решетки уменьшается. В результате дифракции образуются две сферические волны света (рис. 3, б), одна из которых имеет выпуклый сферический фронт, другая — вогнутый. Центр выпуклой волны находится позади пластинки в точке Hі, а вогнутая волна сходится в точке Но, превращаясь затем в выпуклую волну. Кроме этих двух волн, которые являются пучками первого порядка, существует и пучок нулевого порядка, проходящий через пластинку без изменений.
Наблюдатель, помещенный в точку #з, увидит сразу все три волны. Волна, исходящая из точки Н\, наблюдается как источник светового излучения, находящийся за фотопластинкой в том же самом месте, где он находился при экспонировании пластинки. Наблюдаемое за пластинкой изображение источника H\ называется мнимым изображением, в отличие от изображения источника в точке i/2, которое можно наблюдать перед пластинкой и которое называется действительным изображением.
Таким образом, зафиксированная интерференционная картина (в данном случае пластинка Френеля), по существу, есть не что иное как голограмма точечного источника света.
Если на место одного из точечных источников излучения (см. рис. 1) поместить предмет, размеры которого настолько малы, что в первом приближении он может считаться точечным, то, очевидно, структура интерференционных поверхностей не изменится, изменится лишь контрастность интерференционной картины. Действительно, точечный объект рассеивает свет равномерно во всех направлениях, -так, что его можно рассматривать как вторичный источник сферической волны. Если рассматривать голограмму точечного объекта под микроскопом, то можно обнаружить, что она состоит из множества параллельных полос. При замене точечного объекта предметом более сложной формы эти полосы претерпевают изменения, которые тем значительнее, чем сложнее форма предмета.
В большинстве случаев можно выяснить закономерности, определяющие расположение этих полос. А если это так, то набор интерференционных полос, составляющих
16 голограмму, можно получить не только рассмотренным способом, но и другими методами. Например, для некоторых простых объектов можно получить голограмму расчетным путем, если определить закон распределения интерференционных полос на голограмме. Для этого необходимо вычертить интерференционные полосы в большом масш-табе, а затем переснять их с соответственным уменьшением.
^ Можно также нанести интерференционные полосы на оптически прозрачный (в случае пропускающих голограмм) материал или непрозрачную пластинку (отражательные голограммы), прочертив их в виде линий механическим путем, или нарисовать голограмму с помощью тонкого луча света непосредственно на фотопластинке. В этих случаях получается искусственная голограмма, с которой при восстановлении наблюдается изображение несуществующего предмета. Такая искусственная голограмма практически не отличается от голограммы, получаемой с помощью интерференции, ничем, кроме способа получения. Поэтому под голограммой следует понимать зафиксиро-> ванную на регистрирующей среде совокупность интерференционных полос в виде дифракционной решетки, хранящих информацию о фронте волны, которая может быть восстановлена при освещении голограммы световым пучком.
Получение голограммы объекта и восстановление записанного на ней изображения. Теперь мы уже можем описать, как получаются голограммы какого-либо предмета, или волнового фронта света, отраженного от предмета (или группы предметов). Как уже бы4$? сказано, чтобы получить голограмму, необходимо два когерентных световых пучка.
Предмет, освещенный лазерным лучом, отражает волновой фронт, который принято называть объектным. Благодаря свойству когерентности такой волновой фронт, взаимодействуя с другим когерентным волновым фронтом (обычно простейшей формы, например плоским или сферическим), выполняющим роль опорного пучка, создает сферическую, единственную в своем роде интерференционную картину.
В реальных оптических схемах для получения изображения трехмерного объекта (рис. 4) на первом этапе (рис. 4, а) предмет 7 устанавливают вблизи фотопластинки 8 и освещают пучком света. от лазера /. Часть волнового фронта, который отражается от предмета во всех направлениях, падает на фотопластинку. Одновременно на нее под некоторым углом к объектной волне проецируют опор-
M ный волновой фронт (или опорный пучок). Необходимая когерентность двух волновых фронтов — опорного и объектного — достигается делением луча лазера на две части; это осуществляет так называемый расщепитель пучка 2. Каждый «з полученных таким образом пучков можно дополнительно расширять с помощью специальной линзовой системы 3 и направлять зеркалами 4 и 5 в нужную сторону: один — на фотопластинку, другой на предмет.
