Голография

Голография – это способ записи на фотопластинке информации о трехмерном объекте и последующего восстановления записанного изображения объекта. В отличии от обычной фотографии на фотопластинке записывается не изображение объекта, а волновая картина рассеянного им света.

Слово «голография » означает «полная запись» (от греч. «голос» - «весь» и «графо» - «пишу»).

При освещении этой фотопластинки (или голограммы) пучком света зафиксированная на ней волна восстанавливается в первоначальном виде. Зрительное ощущение при этом бывает таким, каким оно было при наблюдении самого предмета.

Голография была изобретена в 1947 году английским физиком Габором. Однако практическая реализация идей Габора стала возможной только после изобретения в 1960 году источников света высокой степени когерентности – лазеров.

Схема установки для записи голограмм представлена ниже.

Испускаемый лазером световой пучок расширяется с помощью телескопической системы, состоящей из микрообъектива и длинно-фокусной линзы большого диаметра. Расширенный пучок света делится на две части. Одна часть отражается зер-калом к фотопластинке, об-разуя так называемый опор-ный пучок. Вторая – отра-зившись от предмета, попадает на фотопластинку, образуя предметный пучок. Опорный и предметный пучки, налагаясь друг на друга, образуют интерференционную картину, которая фиксируется фотопластинкой. Это и есть голограмма. Для восстановления изображения фотопластинку помещают в то же самое положение, в котором она находилась при фотографировании, и освещают опорным пучком света. Часть лазерного пучка, которая освещала при фотографировании предмет, теперь перекрывается.

Опорный пучок дифра-гирует на голограмме. В результате возникает волна, имеющая точно такую же структуру, как волна, отра-зившаяся от предмета. Она дает мнимое изображение предмета, которое и вос-принимается глазом наблюда-теля. При дифракции, наряду с волной, образующей мнимое изображение, возникает еще одна волна, которая образует действительное изображение предмета. Действительное изображение предмета имеет рельеф обратный рельефу предмета: выпуклые места заменены вогнутыми и наоборот.

Рассмотрим процесс записи и восстановления голограммы более подробно.

Пусть на фотопластинку падают два когерентных луча 1 и 2, идущие под углом друг к другу. Луч 1 будем считать опорным, луч 2 – предметным. Пересекаясь, эти лучи интерферируют, образуя на поверхности фотопластинки систему чередующихся максимумов и минимумов интенсивности. Пусть точки и соответствуют серединам соседних интерференционных максимумов. Разность хода обоих лучей равна и для нашего случая, как видно из рисунка

,

где - расстояние между точками и .

Следовательно, .

Зафиксированная на фотопластинке интер-ференционная картина и представляет собой голограмму предмета. Для восстановления изображения направим на фотопластинку опорный пучок 1. Для него голограмма будет представлять дифракционную решетку, интерференционные максимумы которой образуют с нормалью к пластинке углы , определяемые из условия

,

где (интенсивность всех дифракционных максимумов выше первого порядка в голограмме практически равна нулю).

Максимум, отвечающий значению , лежит на продолжении опорного пучка. Максимум, соответствующий , имеет такое же направление, как и луч 2 во время записи голограммы и дает нам мнимое изображение предмета. Максимум, соответствующий , образует с нормалью к пластинке угол и дает нам действительное изображение предмета.

При голографировании реальных про-тяженных объектов пластинка освещается опорным пучком 1 и совокупностью рас-ходящихся предметных пучков 2, отраженных разными точками предмета. На пластинке возникает сложная интерференционная кар-тина, образуемая в результате наложения картин, даваемая каждым из предметных пучков в отдельности.

При освещении голограммы опорным пучком восстанавливаются все предметные пучки 2, т.е. вся световая волна, отраженная предметом.

Изображение предмета, даваемое голограммой, является объемным: на него можно смотреть из разных положений. Если при съемке близкие предметы закрывали более удаленные, то, сместившись в сторону, можно заглянуть за ближний предмет. Это объясняется тем, что, сместившись в сторону, мы воспринимаем изображение, восстановленное от периферийной части голограммы, на которую при экспонировании падали также и лучи, отраженные от скрытых предметов.

Если голограмму расколоть на несколько кусков, то каждый из них при просвечивании дает такую же картину, как и исходная голограмма.

Применения голографии разнообразны: голографическое кино и телевидение, голографический микроскоп, контроль качества обработки изделий. В литературе можно встретить утверждение, что возникновение голографии можно сравнить с созданием радиосвязи.