A. Голография
Понятие о голографии
При обычном фотографировании объемных предметов их изображения, создаваемые объективом, фиксируются на плоской фотопленке. Благодаря перспективе и теням от бокового освещения предметов, а также "привычке" видеть объемные предметы плоскими (оптическая система глаза и фотоаппарата одинаковы: линза—фотопластинка, хрусталик—сетчатка) при рассматривании фотографии мы получаем представление о пространственном расположении предметов.
Однако обычная фотография есть весьма условное изображение объемного предмета. В этом изображении недостает значительной части той информации о предмете, которую можно получить при его непосредственном рассматривании (нельзя, например, увидеть, как предмет выглядит сбоку, сзади).
Это связано с тем, что фотопластинка регистрирует только освещенность, т.е. квадрат амплитуды световых волн, отраженных от различных точек предмета. Чем ярче точка предмета, тем больше амплитуда вектора электрической напряженности, тем светлее изображение этой точки на позитиве. В то же время световая волна в этой точке пространства характеризуется не только амплитудой, но и фазой колебаний. А на почернении фотопластинки фаза колебаний не сказывается. Фаза же колебаний зависит от расстояния до соответствующей точки предмета. Следовательно, фотография не несет никакой объективной информации о расстоянии до различных точек объемного объекта съемки.
Впервые более полную, чем в простой фотографии, регистрацию рассеянного предметом света удалось получить в 1948 г. английскому физику Д. Габору. Он назвал предложенный им способ голографией (от греческого "голос" — целый, весь).
Голография — особый способ записи и последующего восстановления волнового поля, основанный на регистрации интерференционной картины.
Первые попытки получения голограмм предпринимались Д. Табором и его сотрудниками с использованием излучения ртутной лампы. Истинный переворот в развитии и использовании голографии произошел в 1960 г. с появлением лазеров (см. § 20.11).
При записи лазерной голограммы на пленке лазерный пучок с помощью полупосеребренного зеркала 3 делится на две части (рис. 17.23). Одна часть пучка направляется непосредственно на пленку (опорная волна), а другая на фотографируемый объект и, отражаясь от него, попадает на пленку (сигнальная волна). Опорная и сигнальная волны, являясь когерентными и накладываясь друг на друга, образуют на фотопластинке интерференционную картину. После проявления фотопластинки и получается так называемая голограмма — зарегистрированная на фотопластинке интерференционная картина, образованная при сложении опорной и сигнальной волн. Голограмма содержит информацию не только об амплитуде волн, но и об их фазе, так как амплитуда результирующего колебания (следовательно, и освещенность фотопластинки и ее прозрачность после позитивной обработки) зависит от амплитуд складываемых волн и разности их фаз:
Таким образом, благодаря интерференции происходит преобразование фазовых соотношений между волнами в соотношения амплитуд, в результате чего фазовые соотношения между волнами будут зафиксированы в виде соответствующих изменений прозрачности фотопластинки.
При голографическом способе записи изображения не применяются ни линзы, ни другие устройства, формирующие изображение. Каждая точка предмета, рассеивая свет, посылает его на всю голограмму, и каждая точка голограммы получает свет от всего предмета. Голографическое изображение предмета ни в коей мере не соответствует его внешнему виду.
Процесс получения изображения с помощью голограммы называется восстановлением.
Для восстановления изображения (рис. 17.23, б) голограмма помещается в то же самое положение, где она находилась до регистрации. Ее освещают опорным пучком того же лазера (вторая часть лазерного пучка перекрывается диафрагмой). В результате дифракции света на интерференционной структуре голограммы восстанавливается копия предметной волны, образующая объемное мнимое изображение, расположенное в том месте, где предмет находился при голографировании.
Рассматривая из разных положений объемное изображение предмета, даваемое голограммой, можно увидеть более удаленные предметы, закрытые более близкими из них. Голограмму можно разделить на несколько частей. Но даже малая ее часть восстанавливает изображение полностью.
На одной фотопластинке можно поочередно записать несколько изображений различных предметов. Для этого после экспонирования одного предмета другой располагают в ином месте или просто меняют направление опорного пучка света. Каждое изображение восстанавливается без помех со стороны других изображений.
Применения голографии разнообразны, но наиболее важными являются запись и хранение информации. Методы голографии позволяют записывать в сотни раз больше страниц печатного текста, чем методы обычной микрофотографии.
Литература
Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — С. 519-521.
