3.5. КОНФИГУРАЦИЯ

Под конфигурацией мы понимаем все то, что связано с положением объекта, применением линз для формирования изображения или выполнения преобразования Фурье над объектной волной, структурой опорной волны, с формой поверхности и способами Экспонирования голографического материала. В § 3.6 мы рассмотрим, к чему приводит разность оптических путей объектной и опорной волн. С вопросами геометрической оптики применительно к голографии читатель может познакомиться в гл. 7.

3.5.1. Свойства объектной волны

В общем случае, если объект расположен близко к голографическому записывающему устройству, регистрируется то, что называется голограммой Френеля. Для опорных волн определенной формы существуют исключения, которые мы обсудим в разд. 3.5.2. Понятие, выражаемое словами: «Насколько близко расположены?», является относительным. Если объект мал и находится всего лишь в нескольких сантиметрах от голограммы, мы все же получим то, что называется голограммой Фраунгофера. Это случай, когда объект достаточно мал или находится достаточно далеко от голограммы, так что голограмма оказывается в области Фраунгофера или в области дальнего поля объекта.

Если объект располагается очень близко к голограмме или изображение объекта формируется в непосредственной близости к голографическому записывающему устройству, мы получаем голограмму сфокусированного изображения. Поскольку в этом случае восстановленное изображение располагается вблизи от голограммы, лучи света разных длин волн не смогут разойтись на большой угол, прежде чем будет сформировано изображение. Это означает, что для освещения голограммы можно применять источник, имеющий широкий спектр излучения. Это свойство делает голограмму сфокусированного изображения особенно полезной при использовании в дисплеях [2, гл. 9].

Если, для того чтобы в плоскости регистрации голограммы получить двумерный пространственный фурье-образ распределения амплитуд и фаз объектной волны, используется линза, то получаем голограмму Фурье. В случае когда рассеивающий объект и точечный опорный источник находятся на одинаковом расстоянии от регистрирующей среды, мы имеем голограмму квази-Фурье. В § 4.3 эти оба типа голограмм рассматриваются более подробно.

3.5.2. Свойства опорной волны

Влияние формы опорной волны гораздо сильнее, чем это кажется на первый взгляд. От опорной волны зависят положение и размер изображения, его поле зрения и разрешение; она определяет разрешение, которым должен обладать регистрирующий материал.

Если точечный источник опорной волны расположен на том же расстоянии от голограммы, что и объект, то голограмма имеет почти те же свойства, что и голограмма Фурье. Поэтому такую голограмму можно назвать голограммой квази-Фурье. Ее называют также безлинзовой голограммой Фурье, но последнее название ошибочно подразумевает, что пространственное преобразование Фурье можно получить без применения линз (см. § 4.3).

От положения точечного источника опорной волны зависят и другие параметры. Конечное разрешение записывающего устройства накладывает ограничения на поле зрения изображения, его разрешение или на то и другое вместе. Выбирая положение точечного источника опорной волны, можно найти компромиссное решение между пределами, ограничивающими поле зрения и разрешение изображения. Если источник находится в области объекта, то мы получаем максимальное разрешение ценой ограниченного поля зрения. Если же источник расположен на бесконечности (плоская опорная волна), то мы имеем максимальное поле зрения и невысокое разрешение. Если точечный источник опорной волны поместить между объектом и бесконечностью вдали от

голограммы, то мы получим промежуточные значения поля зрения и разрешения изображения ([3], [2, гл. 9]).

Если опорная волна исходит из точки, то такая волна является однородной сферической волной. Опорная волна влияет на амплитуду и фазу волны, восстановленной с голограммы. Это видно из выражения (2), которое показывает распределение энергии, записываемое голограммой. Если применяется опорная волна с произвольным распределением фаз то, для того чтобы получить восстановленное изображение без каких-либо искажений, восстанавливающая волна должна быть идентична опорной. Следовательно, голограмма может быть кодированной голограммой, которая требует, чтобы ее освещали волной, в точности совпадающей с опорной, если необходимо увидеть изображение объекта. Объектом может служить страница текста или какой-либо другой предмет.

Если опорная волна исходит не из точечного источника, а из пространственно-некогерентного источника, то в общем случае это влияет на изображение таким образом, что разрешение изображения уменьшается с увеличением размеров источника. Для голограммы Фурье распределение комплексных амплитуд в изображении дается сверткой распределений комплексных амплитуд объекта и источника.

Другая форма протяженного источника соответствует тому, что мы называем голограммой с локальным опорным пучком. В этом случае часть объектной волны используется в качестве опорной. Это делается в том случае, когда необходимо получить голограмму при низкой когерентности волн. Такая голограмма подробно обсуждается в § 5.6.

3.5.3. Регистрирующий материал и конфигурация

В качестве регистрирующего материала, как правило, употребляется плоская фотографическая эмульсия, которая экспонируется одновременно и целиком. В этом разделе мы увидим, что это не является случайным.

Регистрирующий материал может быть термопластиком, тогда говорят о термопластической голограмме. Записываются фотохромные и бихромат-желатинные голограммы. Почти любая среда, способная записать изображения, может применяться для регистрации голограммы. Если регистрирующий материал отличается от фотоэмульсии, то его название используется для того, чтобы определять тип голограммы. Регистрирующие среды подробно рассматриваются в § 8.3.

Если мы формируем голограмму внутри прямого кругового цилиндра, то получаем так называемую цилиндрическую голограмму [6]. На рис. 2 показан один из способов экспонирования такой

голограммы. Для просмотра проявленной голограммы применяется точно такое же устройство, за исключением того, что объект отсутствует. Если голограмма освещается волной, которая первоначально была опорной, то изображение объекта можно рассматривать со всех сторон. Это делает цилиндрическую голограмму очень полезной для применения в дисплеях (см. § 10.3).

Рис. 2. Схема получения цилиндрической голограммы [6].

В случае когда голограмма формируется внутри конуса, мы имеем коническую голограмму, которая по существу обладает теми же самыми свойствами, что и цилиндрическая голограмма.

3.5.4. Уплотненная и раздельная регистрация

Существуют многочисленные способы, которыми можно произвести голографическую запись. Мы уже говорили об одновременном экспонировании всей голограммы. Если необходимо записать много изображений на одной и той же голограмме, то сделать это можно способом, описанным в § 5.2; при этом мы получаем мультиплексную голограмму.

Во многих применениях нужно экспонировать лишь узкую полоску фотопластинки, создавая интерференцию между объектной и опорной волнами. Экспонирование такой (горизонтальной) полоски повторяется по всей фотопластинке. В результате получается голограмма, в которой трехмерная информация присутствует только в одном направлении, а именно вдоль полоски. Такая голограмма имеет преимущество, заключающееся в том, что, когда голограмма освещается полихроматическим светом, разложение по длинам волн происходит вверх и вниз (в результате дифракции на пространственной структуре такой голограммы, образованной горизонтальными полосками), что не мешает наблюдению изображения. Такая голограмма называется радужной голограммой (см. § 10.3).

Голограмма, синтезированная из фотографических изображений объекта, — это другой случай, когда полезна регистрация голограмм в виде узких полосок. На первом этапе этого двухступенчатого процесса создается серия транспарантов различных ракурсов объекта. На втором этапе используют когерентный источник как для формирования опорной волны, так и для освещения транспарантов. Экспонирование голограмм в виде смежных вертикальных полосок на фотопластинке производится таким образом, что каждая голограмма использует разные транспаранты, показывающие объект с соседних ракурсов. При рассматривании восстановленного изображения каждый глаз видит различные участки сцены, а эффект оказывается аналогичным наблюдению трехмерного объекта через голограмму. Трехмерный дисплей можно сделать и без изготовления голограммы исходного объекта. В этом случае мы имеем дело с так называемой интегральной фотографией.