Оптическая галография - Кольер Р.
Скачать (прямая ссылка):
ФИГ. 1.1. Фотография голограммы.
графия приучила нас к тому, что видимые признаки регистрируемого объекта воспроизводятся на пластинке или пленке в виде двумерного изображения. Чтобы собрать свет, рассеиваемый каждой точкой объекта, и сфокусировать его в соответствующие точки изображения, необходима линза. Отсутствие деталей изображения на поверхности голограммы показывает, что в голографии можно обходиться без линз, воспроизводящих изображение. Для регистрации несфокусированного света, рассеянного объектом, который освещается лазером, требуется только фотографическая пластинка и когерентная опорная волна. Этот несфо-
ОПТИЧЕСКАЯ ГОЛОГРАФИЯ
13
кусированный свет или дифракционная картина представляет собой наложение световых волн от многих точек объекта. Картина, получаемая при этом, обычно макроскопически однородна по интенсивности. Несмотря на кажущееся отсутствие зарегистрированной информации, при освещении экспонированной и проявленной голограммы в пространстве формируется объемное изображение предмета. Это изображение, которое может быть локализовано на некотором расстоянии от голограммы, обладает глубиной и параллаксом, обычно свойственным реальному объекту.
Как мы увидим далее голография может найти гораздо более широкое применение, чем получение объемных изображений. Познакомившись с этим методом ближе, мы увидим, что он может быть использован для хранения и обработки информации, а также в интерферометрии и микроскопии. В этой главе вводятся основные понятия, необходимые для понимания принципов голографии. Многие из затронутых здесь вопросов будут рассмотрены более ¦строго в последующих главах.
§ 1. Оптическая голография
Голография — это интерференционный метод регистрации световых волн, дифрагировавших на объекте, который освещен когерентным светом. При этом дифрагированные волны должны проин-терферировать с согласованной с ними по фазе опорной волной-Если волны обладают достаточной степенью когерентности, раз. ность фаз между предметной и опорной волной остается постоянной во времени; в результате возникает наблюдаемая интерференционная картина с определенным распределением интенсивности. Фотографическая запись этой картины — голограмма — содержит информацию и о фазе и об амплитуде дифрагированных волн, благодаря чему возможно их восстановление. Восстановление волнового фронта происходит на втором этапе, когда голограмма освещается опорной волной.
Сохранение воспроизводимой информации о фазе является уникальной особенностью голографического процесса. В противоположность этому фотография может сохранить только пространственное распределение интенсивности света в предметной сцене (объекте); с помощью линз фотоаппарата оно воспроизводится в сфокусированном изображении и записывается на фотослое, поскольку количество образовавшегося серебра зависит от интенсивности. Однако интенсивность представляет собой величину, усредненную по всем фазам световой волны, и поэтому не содержит информации о фазе волны, идущей от объекта. В голографи-ческом методе информация об амплитуде и фазе несфокусированной волны, идущей от объекта, кодируется с помощью опорной волны еще до регистрации.
14
ВВЕДЕНИЕ B ОСНОВНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ
ГЛ. 1.
Голографический метод применим ко всем волнам: электронным, рентгеновским, световым, микроволнам, акустическим и сейсмическим при условии, что они достаточно когерентны для создания требуемых интерференционных картин. И действительно, голограммы были получены с каждым из этих видов волн. Однако голографический метод, по-видимому, наиболее пригоден в оптическом диапазоне электромагнитного спектра. После создания лазеров оптическая голография стала быстро развиваться, в то время как работа в более коротковолновом диапазоне тормозится отсутствием источников когерентного излучения. Что касается другого конца шкалы длин волн, то активные исследования проводятся в настоящее время лишь в акустической голографии. Разрабатываются новые методы формирования акустических голограмм, но сколько-нибудь интересных результатов пока не получено. Поэтому мы ограничимся рассмотрением видимого света и оптической голографии. Прежде чем приступить к более подробному обсуждению голографического метода, дадим краткое изложение некоторых разделов физической оптики.
§ 2. Световые волны
Распространение механической энергии, связанной с упругими деформациями, распространение звука и света можно рассматривать как волновое движение. При распространении механической энергии, скажем, по поверхности океана, непосредственно видно, что волновое движение является поперечным. Гораздо труднее наблюдать продольные звуковые волны в воздухе. Вместо непосредственного наблюдения молекул воздуха мы должны судить об их движении по воздействию на мембрану. Еще труднее обнаружить волновой характер распространения света. Так как частота электрического и магнитного полей в световой волне достигает 1015 Гц, то не существует детектора, который был бы настолько малоинерционным, чтобы с его помощью можно было регистрировать мгновенные значения электрического и магнитного полей.
