108. Оптические системы, применяемые в голографии

Современное развитие голографии характеризуется ее широким применением для решения различных научно-технических задач. К числу таких важных практических применений голографии следует отнести голографическую интерферометрию, регистрацию в трех измерениях быстро протекающих процессов, голографическое телевидение, создание запоминающих устройств с высокой плотностью записи информации, распознавание образов и многие другие.

Процесс получения голограммы и последующего восстановления волнового фронта связан с необходимостью использования источников излучения. В качестве таких источников чаще всего применяются лазеры, излучение которых характеризуется высокой пространственной и временной когерентностью. Однако в большинстве случаев сечение лазерного пучка имеет незначительные размеры. Поэтому для получения нужного диаметра сечения лазерного пучка применяют оптические системы.

При рассмотрении теоретических вопросов голографии делается допущение о том, что при получении голограммы и последующем восстановлении волнового фронта используется плоская монохроматическая волна, которую с точки зрения геометрической оптики можно рассматривать как пучок лучей, параллельных оптической оси. Однако в действительности такой пучок имеет

Рис. 252, Афокальиая система для увеличения диаметра пучка лазера

Рис. 253. Двух компонентная система для Фурье-преобразования

расходимость, минимальное значение которой определяется явлением дифракции.

Для увеличения размеров сечения лазерного пучка рациональнее всего использовать двухкомпонентную оптическую систему, близкую к афокальной, используемую для уменьшения расходимости лазерного пучка. Оптическая схема и методика расчета такой системы приведены в п. 106. Минимальный размер сечения лазерного пучка, преобразованного оптической системой, определяется согласно формуле (471):

Для афокальной системы ее угловое увеличение у рассчитывают по формуле (476). В устройствах для голографии используют афокальные системы, построенные по схеме телескопической системы Кеплера (рис. 252, а) или Галилея (рис. 252, б).

В настоящее время широкое и всестороннее развитие получает оптическая обработка информации. Исследование и распознавание различных объектов удобно вести с помощью оптических приборов, осуществляющих Фурье-преобразование когерентных оптических сигналов. Среди различных схем этого вида наибольшее распространение имеет двухкомпонентная система (рис. 253).

Исследуемый объект (входной транспарант) освещается плоской нормально падающей монохроматической волной. В задней фокальной плоскости первого компонента образуется пространственно-частотный спектр объекта (Фурье-образ). Второй компонент осуществляет второе Фурье-преобразование, создавая обратное изображение исследуемого объекта. Помещая в задней фокальной плоскости первого компонента различные фильтры или маски, можно пропускать или задерживать те или иные части пространственного спектра объекта. За счет этого можно существенно улучшить качество изображения объекта. В общем случае фильтр, установленный в задней фокальной плоскости первого компонента, осуществляет амплитудную и фазовую модуляцию. Такие фильтры изготовляют голографическими способами.

Следует отметить, что в рассмотренной схеме строгое Фурье-преобразование осуществляется при условии высокой степени коррекции аберраций обоих компонентов оптической системы.