Квантовая электроника - Пирс Дж.
Скачать (прямая ссылка):
То же самое происходит и на сетчатке глаза; волны, отраженные в глаз различными выпуклостями и вмятинами диффузно рассеивающей поверхности, в одних точках сетчатки складываются и усиливают друг друга, а в других вычитаются. Этот эффект полностью объясняет появление зернистого, или крапчатого, рисунка, наблюдаемого глазом (а также легко фиксируемого с помощью фотоаппарата). Можно доказать, что размер зерен на таком рисунке должен зависеть от размера линзы, с помощью которой получают изображение освещенного лазерным лучом места. Линза большого диаметра должна давать мелкозернистую картину, а маленькая линза — крупнозернистое изображение. Это вполне подтверждается опытами.
Почему же мы обычно не видим таких пятнистых рисунков в зайчиках обыкновенного света? Объяснить это мы могли бы даже несколькими способами, но достаточно будет и одного. Если бы на пятно обычного света можно было смотреть лишь в течение крошечной доли секунды, и при этом сквозь фильтр, пропускающий лишь очень узкую полосу частот, мы прекрасно увидели бы зернистость. А ТО; что глаз видит в обычных условиях, представляет собой сумму множества зернистых узоров, создаваемых светом различнейших частот или цветов, к тому же каждый узор необыкновенно быстро и беспорядочно изменяется и все они накладываются друг на друга. В среднем наш глаз воспринимает лишь однородное светлое пятнышко. Однако зернистость можно продемонстрировать и в случае света, содержащего широкую полосу частот, правда в весьма специфических экспериментальных условиях.
Голограммы
Одним из самых изящных примеров использования явлений, обусловленных когерентными волнами лазерного света, может служить работа Эммета Лейта и его кол* лег по Мичиганскому университету в области гологра-
91 фии. Проще всего объяснить, в чем заключается эта работа, воспользовавшись конкретным примером, иллюстрируемым фиг. 21. В верхней части рисунка показано, как получается голограмма. Часть когерентного светового луча от лазера падает на фотопластинку, а другая
его часть отражается зеркалом на голографируемый предмет (на фиг. 21—цветочный горшок). Предмет в свою очередь отражает свет обратно к фотопластинке. В той или иной конкретной точке пластинки отраженные предметом лучи могут совпасть или, наоборот, не совпасть по фазе с прямыми лучами от лазера. В тех точках пластинки, где отраженный и прямой лучи оказываются
92 в фазе, результирующая интенсивность света возрастает; а в тех точках, где отраженный и прямой свет оказываются в противофазе, интенсивность оказывается меньше той, которая была при освещении только прямым лучом. Таким образом, экспозиция каждой точки фотопластинки зависит одновременно и от величины светового потока, отраженного голографируемым предметом, и от разности фаз отраженного и прямого света в каждой точке пластинки.
Пластинки, экспонированные таким способом, можно проявить и затем «обратить» изображение так, чтобы сильно экспонированные места оказались более прозрачными, а слабо экспонированные — более плотными1. Вот такие пластинки и называются голограммами. Голограмма представляет собой систему микроскопических, волнистых, нигде не пересекающихся между собой линий переменной оптической плотности, отображающих распределение фазы и интенсивности света, исходящего от объекта.
Расположим полученную голограмму по отношению к лазеру совершенно так же, как во время голографирования, то есть так, как показано в нижней части фиг. 21. Интенсивность света, проходящего сквозь голограмму, будет изменяться почти точно таким же образом, как если бы к нему добавлялся свет, отраженный голографируемым объектом. При съемке голограммы свет, попадавший на пластинку, был ярче или слабее в разных ее местах вследствие интерференции между прямым лучом и светом, отраженным от предмета. Если рассматривать голограмму в луче лазера, свет оказывается ярче или слабее вследствие большей или меньшей прозрачности голограммы, но характер изменения интенсивности будет тем же, что и при съемке. Поэтому наблюдатель, рассматривая голограмму в проходящем свете, видит мнимое изображение сфотографированного предмета как бы за плоскостью голограммы. Это изображение выглядит совершенно материальным и объемным.
1 Процесс обращения пластинки (черных мест в светлые и наоборот) совсем не нужен: разница между «позитивной» и «негативной» голограммами сводится просто к разнице в фазах света, создающего изображение, а наши глаза не способны замечать фазы световых колебаний. Я говорил об обращении пластинки лишь для того, чтобы само объяснение звучало привычнее.
93 Лазер в полном смысле слова заставил пас открыть единственные в своем роде достоинства когерентного света. Он, несомненно, проложит путь к новым и очень ценным достижениям в связи и в других областях науки и техники, но эти достижения — еще в будущем. Все связанное с лазером еще так свежо, так ново, так необычно, что действительно трудно сразу внедрить лазер в мир современной техники. Глава 5
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ
Эта книга начинается похвалами в адрес полупроводникового транзистора, но, даже дойдя до ее последней трети, мы все еще не встретились с транзистором на ее страницах и до сих пор не знаем, в чем же заключается идея этого революционного изобретения. И транзистор все еще остается для нас столь же незнакомым, как и ранее. Но не потому, что я приберегал все лучшее напоследок, хотя практическая ценность транзисторов намного превосходит ценность мазера или лазера.
