Запись голограммы

Разумеется, просто так записать несфокусированное изображение невозможно — поставленный перед предметом фотоматериал просто равномерно засветится, ибо фотослой реагирует лишь на усреднённую интенсивность световых волн (яркость). Однако сами волны и названы волнами, потому что они по своей природе неоднородны (волна имеет амплитуду своей интенсивности, а точнее, поскольку свет — это электромагнитная волна — амплитуды напряженностей составляющих её электрического и магнитного поля). Частота этих амплитуд как раз и характеризует цвет света, а их величина — его яркость.

Вот эту неоднородность волн как раз и можно использовать для записи несфокусированного светового фронта. Как же это сделать? Неоднородность света проявляется в явлении интерференции, то есть суммирования амплитуд пересекающихся волн. Это явление порождает другое явление — т.н. «стоячие» волны, которое поможет нам просто «заморозить» световой фронт на время, достаточное для его записи на фотоматериал.

Чтобы воспроизвести вышеупомянутые явления, и «заморозить» световой фронт, идущий от предмета, освещающий его свет должен удовлетворять трём основным условиям:

1. Быть определённой длины волны, то есть каждый излучающий атом источника света должен излучать волну одинаковой длинны (замечу, что длина волны даёт глазу ощущение цвета). В обычном же свете намешаны все длины волн светового диапазона.

2. Быть согласован по фазе, то есть каждый излучающий атом источника света должен излучать волну одновременно с другими, а не в разнобой. В обычном свете даже одного цвета, сдвиг фаз волн, излучаемых разными атомами источника света, различен.

3. Быть поляризованным, то есть каждый излучающий атом источника света должен излучать одинаково ориентированные в пространстве поля волны. Любая электромагнитная волна (в т.ч. и световая) имеет электрическое и магнитное поле. Напряженность электрического поля волны колеблется перпендикулярно направлению её распространения, а напряженность магнитного поля — перпендикулярно и направлению распространения, и колебанию напряженности электрического поля. Только одинаково ориентированные напряжённости волн могут складывать свои электромагнитные поля, а значит и интерферировать. В обычном свете ориентация полей волн, излучаемых разными атомами источника света, различна.

Такой абсолютно «правильный» свет излучается только оптическими квантовыми генераторами (лазерами), которые и применяются в голографии.

Те же требования выдвигаются и опорному свету, непосредственно падающему на фотопластину. Более того, оба луча света должны иметь одинаковую длину волны и одинаковую поляризацию. Проще всего соблюсти это условие, разделив один луч лазера на два полупрозрачным зеркалом.

Итак, как же создать «стоячие» волны, чтобы записать их на фотоматериал? Как я уже говорил выше, две волны «правильного» света, пересекаясь, складывают свои амплитуды, если совпадают по фазе, или взаимоуничтожаются, если не совпадают. Если обе волны одной длины, то совпадать и складывать свои амплитуды они будут всегда в одних и тех же местах пространства. Поскольку этот процесс будет происходить очень быстро, мерцание не будет заметно глазу, и поэтому мы увидим неподвижно стоящие в пространстве участки повышенной интенсивности электромагнитного поля («стоячие» волны). При помещении пластины фотоматериала в место пересечения этих волн, на ней будут засвечены области с удвоенной при интерференции амплитудой, и не засвечены те области, где амплитуды взаимоуничтожились.

Поскольку волны проходят равномерные расстояния от источников до фотоматериала, то их единовременный слепок на его поверхности будет представлять собой равномерные полосы (а при рассмотрении в объёме — плоскости). Полосы образуются за счёт того, что один из источников расположен к фотоматериалу под некоторым углом, и каждый соседний его лучик будет проходить чуть больший путь, и касаться фотоматериала при немного другом состоянии своей фазы. Через определенное количество лучиков фаза снова повторится, и т.д. В результате максимумы фаз волны от основного источника застают максимумы фаз волны углового источника на поверхности фотоматериала через определенные промежутки.

Теперь рассмотрим собственно процесс получения и записи стоячих волн применительно к съёмке предмета. Освещаем предмет лазером. Отраженные от каждой точки предмета и рассеянные этими точками волны достигают разных точек фотоматериала с разными сдвигами фазы, поскольку проходят разное расстояние. Берем еще один (опорный) источник света той же длины волны, и направляем его непосредственно на фотоматериал чуть сбоку. На фотоматериале появляется сложная система стоячих волн, полностью характеризующая освещённый предмет.