4. Иитерференционная память

В отлнчпе от предыдущих применений, где используются тонкослойные эмульсии, для запоминающих устройств выгодно применять толстые голограммы.

Наглядная схема голографической записи в трехмерной среде рассмотрена Габором [44]. Запись сводится к тому, что объемная голограмма регистрирует набор стоячих волн, создаваемых предметным и опорным пучками. При восстановлении такая голограмма работает как объемная дифракционная решетка, т. е. резонансная структура, дающая дифракционную картину для определенных длин волн и углов падения. Другими словами, восстановление происходит только тогда, когда восстанавливающий пучок аналогичен записывающему по углу и длине волны.

Перспективность применения голограммы в запоминающих устройствах обусловлена двумя ее следующими свойствами. Во-первых, запись каждой точки предмета оказывается равномерно распределенной по всему регистрирующему объему. Поэтому не страшны даже значительные повреждения голограммы. Они лишь несколько ухудшают отношение сигнал/помеха. Это же свойство повышает надежность воспроизведения записанной информации. Во-вторых, каждая точка голограммы дает вклад в восстановленное изображение. Это означает, что память

обладает ассоциативным» свойствами, т. е. выборка нужной информации производится по ее определенному признаку, а не по адресу ячейки, в которой она хранится, как это делается в обычных запоминающих устройствах. Добавочным преимуществом голографической памяти служит отсутствие линз при записи. Благодаря этому удается до конца (насколько позволяет конечная длина волны света) использовать разрешающую способность фотоматериала.

С другой стороны, тот факт, что визуальное изображение почти не страдает при ликвидации части голограммы, убеждает нас, что на голограмме слишком много избыточной для глаза информации. В этом смысле голографическая запись не экономична, и необходимы исследования на основе теории информации, которые позволят найти оптимальные методы голографической записи в различных условиях.

В качестве регистрирующей среды чаще всего используются толстослойные фотоэмульсии, щелочногалоидные кристаллы и фотохромные стекла. Толстослойные фотоэмульсии исследовались в работах [41, 42, 87, 88, 90]. Показано, что эмульсия работает как трехмерная голограмма, если ее толщина превышает расстояние между интерференционными полосами. В работе [42] на толстослойную пластинку записывались многоцветные изображения с помощью гелий-неонового ( и аргонового (0,488 и лазеров. Хотя многоцветные пучки направлялись на голограмму под одним углом, каждый цвет создавал в эмульсии свою систему интерференционных поверхностей. Благодаря этому при восстановлении под углом Брэгга возникало цветное трехмерное изображение.

Оптические свойства трехмерных голограмм теоретически подробно исследованы в работе [87]. Эксперименты с толстослойными эмульсиями показали чувствительность восстановленного изображения к углу и длине волны считывающего пучка. Путем поворота голограммы после каждой экспозиции были изготовлены голограммы движущихся предметов. Вращая голограмму в лазерном пучке, можно было под углом Брэгга наблюдать движущееся изображение.

Теория восстановления изображений с толстых голограмм дана в статье [22]. Получено строгое решение дифракционной задачи для круговой и линейной поляризации. Даны численные оценки для ряда случаев, которые типичны для голографии, и показано, что максимум интенсивности наблюдается под углом Брэгга.

В статье [62] описаны эксперименты с фотохромньши стеклами. Пока достигнуто разрешение Для того чтобы изображение не исчезало, требовались экспозиции не менее 1,5 час на аргоновом лазере мощностью 25 жег.

в кристалле размером см удалось записать 30 различных изображений [34], хотя теоретически возможна запись изображений. Для записи кристалл нагревали до 80° С. При облучении лазером окрашенные центры отбеливались, в результате чего регистрировалась интерференционная картина. Затем кристалл охлаждали до 0° С и, просвечивая под тем же углом, восстанавливали изображение. Щелочногалоидные кристаллы обладают существенными преимуществами перед толстослойными фотоэмульсиями:

1) для «проявления» такой фотоэмульсии достаточно простого охлаждения;

2) не происходит сжатия эмульсии, искажающего цвет;

3) эксперименты обладают отличной воспроизводимостью результатов, так как нетрудно изготовить кристаллы одной толщины;

4) в отличие от пленок чувствительность кристаллов не меняется от образца к образцу.

В 1966 г. всеобщее внимание привлекли трехмерные голограммы, восстанавливаемые в белом свете). Хотя применение «волновых фотографий» Денисюка далеко не ограничивается системами памяти, уместно рассмотреть эти и дальнейшие работы других авторов в данном разделе обзора, поскольку механизм записи в светочувствительном объеме здесь тот же самый, что и систем памяти.

Денисюк первым подметил сходство голографии с липпмановским процессом цветной фотографии. В его установке когерентный пучок, прошедший липпмановскую пластинку, отражался предметом, расположенным с другой стороны пластинки. Интерференция прямого и отраженного пучков создавала «волновую фотографию» — запись информации об оптических свойствах предмета. При освещении голограммы белым светом от источника с достаточно малыми угловыми размерами возникало цветное изображение предмета — вогнутого сферического зеркала. Характерной особенностью волновых фотографий Денисюка было то, что опорный пучок вводился с обратной стороны голограммы, и интерференционные плоскости (слои) возникали почти параллельно поверхности (а не перпендикулярно, как в более поздних опытах с обычными фотоэмульсиями [41, 42, 87, 88, 90]). Расстояние между плоскостями было очень мало

При восстановлении подсвечивающий пучок проходил множество слоев (несколько десятков) эмульсии. Лищь малая часть пучка дифрагировала, формируя при этом изображение, а остальная часть проходила прямо и терялась.

Поскольку первые работы Денисюка стали уже классическими, полезно привести его собственное определение [6], сжато формулирующее идею этих работ: «При релеевском рассеянии излучения на объекте интенсивность волнового поля в окружающем объект пространстве с достаточной степенью точности моделирует «оптический оператор рассеяния» этого объекта. Это свойство излучения дает возможность, зафиксировав названное поле в материальной среде, получить пространственную структуру, оптические свойства которой совпадают с оптическими свойствами объекта».

Работы Строука ([116] и стр. 213 настоящей книги) отличались тем, что благодаря лазеру удалось разделить опорный и предметный пучки и получить качественные изображения сложных протяженных предметов. Кроме систем памяти, волновые фотографии Денисюка и особенно их позднейщие варианты, разработанные Строуком и его сотрудниками [91, 116], а также другими авторами [122], могут найти применение в следующих областях:

а) изобразительная техника, создающая полную иллюзию реальности изображаемых предметов, например трехмерные портреты, восстанавливаемые солнечным светом;

б) гидролокация, радиолокация и ультразвуковая дефектоскопия;

в) изготовление диспергирующих элементов типа объемных дифракционных рещеток. Моделирование трехмерных рещеток в кристаллографических исследованиях.