Голография. Жарық өрісін жазып алу және оны қалпына келтіру

Кәдімгі фотографияда фотопластинкаға жарық өрісі жайындағы ақпараттың бір бөлігі, атап айтқанда, жарық интенсивтігінің кеңістіктік үлестірілуі тіркеледі. Ал оптика үшін маңызды болатын өріс фазасының кеңістіктік үлестірілуі жайындағы ақпарат толығынан жоғалады.

Осыған байланысты жарық өрісін жазып алу процесін амплитуда жайында да, фаза жайында да ақпарат сақталатындай етіп құруға болмас па екен ? –деген сұрақ туады. Мұндай мүмкіндік бар екен. Толқындық өрістерді жазып алудың осындай амалы голография деп аталады.

Голографияның негізгі идеясы өте қарапайым. Ол объектен келетін жарық өрісінің (денелік толқынның) өзін суретке түсіріп алу емес, осы өрістің (денелік толқынның) когерентті тірек толқынмен интерференциялану бейнесін суретке түсіріп алу болады. Денелік толқын мен тірек толқынның фотопластинкаға жазылып алынған интерференциялық суреті голограмма деп аталады. Интерференциялық суреттің түрі интерференцияланушы өрістердің амплитудаларына ғана емес, бұлардың фазаларына да тәуелді болатындықтан, голограммада денелік толқын жайында барлық ақпарат- өрістің амплитудасы да, фазасы да тіркелген болады. Денелік толқынды қалпына келтіру (қайта шығарып алу) үшін голограмманы тірек толқынмен жарықтандыру жеткілікті.

Жарық өрісін голографияда жазып алу және қалпына келтіру схемасы 3-суретте көрсетілген. Голограмманы алу үшін когерентті лазер шоғ ы екіге бөлінеді. Бір шоқ (сигналдық немесе денелік) объекті жарықтандырады, ал екінші шоқ (тірек) тікелей фотопластинкаға түседі. Объект шағылдырған жарық денелік шоқты береді және ол да фотопластинкаға бағытталып, сонда тірек толқынмен интерференцияланады. Интерференция суреті фотопластинкада тіркеледі және фотопластинка өңделгеннен кейін ол голограмма болады. Жарық өрісін қалпына келтіру (қайта шығару) үшін голограммадан тірек шоқты өткізеді. Тірек шоқ голограммада дифракцияланады, осының нәтижесінде дифракцияланған толқындар пайда болады, бұлардың біреуі өзінің құрылымы бойынша объектілік (денелік) толқынды дәл қайталайды. Осылай жарық өрісінің қалпына келуі іске асады. Енді голографияда жарық өрістері қалай жазылып алынады және олар қалай қалпына келтірілетіндігін формулалар көмегімен көрсетейік.

Когерент жарықпен жарықтандырылған мөлдір, не мөлдір емес (3-сурет) дене фотопластинка алдына орналастырылады. Денеден шағылған жарық толқыны фотопластинкаға түседі; бұл денелік немесе сигналдық толқын (шоқ, сәуле) делінеді. Бұған қоса фотопластинкаға денені жарықтандыратын лазерден тікелей жарық толқыны бағытталады; ол тірек толқын деп аталады. Фотопластинка айқындалып негатив алынады. Бұл голограмма. Мүнда дененің кескіні екі когерент толқынның (тірек және денелік) қосылуы нәтижесінде пайда болатын нәзік және күрделі интерференциялық жолақтар көрінісі арқылы тіркеледі.

Сонымен, дене жайындағы мәлімет голограммада интерференциялық көрініс түрінде тіркелген болады. Осы мәліметті оқу (қалпына келтіру) үшін голограмманы когерент шоқпен жарықтандыру керек (3в- сурет). Енді бұл толқын оқығыш (қалпына келтіруші) толқын деп аталады. Осындай толқынмен голограмма жарықтандырылады. Осы сәтте голограммаға терезеден қарағандай қарасақ, онда дененің үш өлшемді нақты кескінін көреміз. Кескінді қалпына келтіру (оқу) когерент оқығыш толқынның (дифракциялық тор болып саналатын интерференциялық жолақтар жүйесі тіркелген) голограммада дифракциялану нәтижесінде орындалады. Ескеретін нәрсе, тірек толқын мен қалпына келтіруші толқынның толқын ұзындықтары бірдей болуы шарт емес.

Сонымен, кескін алудың голографиялық әдісі екі сатылы болады. Бірінші кезеңде дененің голограммасы алынады (голограмманы жазу); екінші кезеңде голограммадан дененің көрінетін кескіні қалпына кетіріледі (голограмманы оқу). Голограмманы жазу когерент жарық толқындарының интерференция құбылысына, ал оны оқу - жарық толқындарының дифракция құбылысына, негізделген.