10.13. ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ ПОРТРЕТ

В. Кехнер

Запись голографического портрета стала возможной благодаря созданию многокаскадных рубиновых лазеров [3—6, 8, 11, 12, 14, 15] с большой длиной когерентности излучения. Короткая длительность импульса твердотельных лазеров с модулированной добротностью позволяет пренебречь механической нестабильностью и движением объекта.

10.13.1. Лазер

В качестве источников света для получения голографического портрета могут использоваться рубиновые лазеры с модулированной добротностью и Nd : YAG-лазеры с удвоением частоты генерации и модулированной добротностью. Основные свойства этих систем описаны в § 8.1 (см. т. 1). В настоящее время для съемки голографического портрета обычно используют рубиновый лазер с модулированной добротностью, поскольку он обеспечивает значительно более высокую энергию на выходе по сравнению с Nd : YAG-лазером с удвоением частоты генерации.

Отличительными свойствами лазерных систем, применяемых при голографировании человека, является совмещение высокоэнергетического выхода и большой длины когерентности. Для получения голограммы одного человека требуется энергия минимум и длина когерентности Голографический групповой портрет обычно регистрируется при энергии и длине когерентности [3, 8, 11].

Достаточную энергию и длину когерентности для рассматриваемого применения обеспечивают только системы, состоящие из генератора и усилителей. Обычно при голографировании одного человека применяют один усилитель, а для группового портрета необходимы два усилителя. Модулятором добротности генератора служат ячейки Поккельса, Керра или же просветляющийся краситель, поскольку точной синхронизации импульсов в данном применении не требуется.

10.13.2. Экспериментальные установки

Короткое время экспозиции снижает требования к механической стабильности всей установки, и получить высококачественные пропускающие или отражательные голограммы становится сравнительно легко.

На рис. 1 показана установка для получения пропускающих голограмм человека. Наиболее важным требованием при получении таких голограмм является защита глаз человека от повреждения лазерным излучением.

Рис. 1. Схема установки для получения пропускающих голограмм человека, в которой использован рубиновый лазер с модуляцией добротности. (Согласно Ансли [3].)

На рис. 1 объектный пучок расширяется отрицательной линзой и проходит через диффузный экран. Если эти элементы выбраны надлежащим образом (см. разд. 10.13.3), то рассеянный от экрана свет не представляет опасности для человека, выступающего в роли объекта голографирования. Не менее важную роль играет требование к оптическому пути опорного пучка Необходимо предусмотреть, чтобы часть (около 10%)

опорного пучка, отраженного фотографической пластинкой, направлялась в сторону от человека, как показано на рис. 1.

Человек обычно находится на расстоянии от фотографической пластинки. Оптические пути объектного и опорного пучков должны быть согласованы с позицией, занимаемой человеком-объектом.

Рис. 2. Схема получения пропускающих голограмм с использованием двух объектных пучков. голографическая пластинка; рассеиватели в виде матовых стекол. (Согласно Сиберту

На рис. 2 показана экспериментальная установка для записи пропускающих голограмм, отличающаяся от приведенной на рис. 1 наличием двух диффузных экранов на пути объектного пучка, которые обеспечивают более равномерное освещение.

Обычно голограммы записываются на фотопластинках Агфа или с размерами или см. Фотографические пластинки должны быть защищены фильтром с ограниченной полосой пропускания от засветки, вызываемой лампой-вспышкой или комнатным освещением (например, типа Schott glass RG-665). Если перед системой фильтр — фотографическая пластинка установлен затвор, то голограмма может быть получена при дневном освещении или в условиях нормального комнатного освещения. Работа такого механического затвора должна быть синхронизирована с лазером. Промышленностью выпускается электромеханический затвор, управляемый электромагнитом, с апертурой около 15 см, минимальное время открывания составляет

На рис. 3 показана экспериментальная установка для записи отражательных голограмм человека. В этом случае восстанавливаемое с голограммы изображение можно наблюдать в белом свете. Главное отличие установки от схем, приведенных на рис. 1 и 2, заключается в способе формирования опорного пучка, который освещает фотографическую пластинку с обратной стороны (см. § 5.1). В этом случае особенно важно установить угол освещения фотопластинки, чтобы опорный пучок не попадал на человека.

Во всех устройствах, показанных на рис. 1—3, должны применяться только элементарные стеклянные линзы с

противоотражательным покрытием. При высоких уровнях мощности рубинового лазера с модуляцией добротности следует позаботиться, чтобы свет, отраженный от криволинейных поверхностей, не возвращался обратно в лазер. Желательно, чтобы отрицательная линза была плосковогнутой и вогнутая ее поверхность была обращена в сторону от лазера, а плоская слегка наклонена, чтобы отраженный обратно свет не попадал в выходное окно лазера.

Рис. 3. Схема экспериментальной установки для получения отражательных голограмм человека, восстанавливаемых в белом свете. (Согласно Ансли [3].)

Импульсы большой мощности вызывают также проблемы, связанные с фокусировкой луча в точку, так как при их фокусировке ионизуется воздух и разрушаются расположенные в этой области другие материалы. Это означает, что для устранения дифракционных эффектов нельзя пользоваться обычными пространственными фильтрами. Для расширения пучков без пространственных фильтров вместо микрообъективов, обычно используемых с маломощными лазерными пучками, должны применяться рассеивающие линзы.

Существенными элементами голографических систем являются зеркала. Поскольку алюминиевые зеркала поглощают 10% излучения рубинового лазера, их следует применять лишь с целью отражения расходящихся пучков. Для отражения мощных, неразведенных пучков должны применяться зеркала, способные отражать огромные энергии, такие, которые используются в резонаторах рубиновых лазеров. Светоделители также должны иметь отражающие и антиотражающие покрытия из диэлектрических материалов.

Нейтральные фильтры, которые обычно используются с непрерывными лазерами, будут разрушаться энергией высокомощных импульсных лазеров. Поэтому необходимо иметь набор стеклянных фильтров, в которых поглощающее вещество более или менее равномерно распределено в стеклянной основе.

10.13.3. Защита глаз человека

Энергия освещения, попадающая в глаза, должна иметь безопасный уровень в расчете на то, что человек не имеет защитных очков.

10.13.3.1. Максимально допустимые уровни энергии

При освещении светом рубинового лазера с модулированной добротностью максимально допустимая плотность энергии на сетчатке глаза ограничивается величиной [1, 2]

Это пиковое значение плотности энергии, которое может быть безопасно для сетчатки глаза, должно быть связано с допустимой плотностью энергии на роговой оболочке глаза.

Пусть широкий параллельный пучок света падает на роговую оболочку глаза. Вследствие аберраций минимальный размер точки на сетчатке глаза равен Если глаз адаптирован к условиям малой освещенности, то диаметр зрачка составляет приблизительно В случае такой наихудшей ситуации фокусирующая способность глаза увеличивает плотность энергии параллельного пучка на роговой оболочке в раз. Разделив максимальный безопасный уровень энергии для сетчатки на этот коэффициент, получаем максимально допустимую плотность энергии на роговой оболочке глаза, а именно [1].

Принимая коэффициент безопасности равным 10, определим максимально допустимый уровень экспозиции на сетчатке в случае прямого освещения или зеркального отражения света рубинового лазера с модулированной добротностью:

При адаптации глаза к условиям дневного освещения (диаметр зрачка безопасная плотность энергии может быть увеличена в 5 раз.

Из рис 1—3 видно, что объектный пучок расширяется и проходит через рассеиватель. В таком случае необходимо связать плотность энергии на сетчатке с плотностью энергии на диффузной рассеивающей поверхности. Как показано на рис. 4, площадка на рассеивателе изображается на сетчатке как меньшая площадка Простой геометрический расчет дает отношение площадей

Теперь допустим, что плотность энергии на экране равна и предположим, что площадка экрана рассеивает энергию падающую на нее в телесном угле Рассеяние света матовым или обработанным струей песка стеклом даже отдаленно

не приближается к идеальному ламбертовскому рассеивателю. Свет сосредоточен в небольшом угле в направлении падения луча. Обычно для углов относительно направления падения луча интенсивность рассеянного света составляет меньше 10% максимального значения [7, 9]. Если площадь зрачка глаза то телесный угол, который стягивает ее на экране, составляет и доля энергии, которая попадает в глаз, равна Следовательно, плотность энергии на сетчатке равна

Заметим, что отношение к не зависит от Подставляя номинальные значения и используя получаем Страхуясь несколько для безопасности, мы получаем, что плотность энергии лазерного пучка на рассеивающем экране должна быть меньше значения [2, 13]

10.13.3.2. Меры безопасности с объектным пучком

Площадь освещенной части на матовом стекле экрана вычисляется в соответствии с выражением

где выходная энергия излучения лазера. Лазерный луч расширяется отрицательной линзой с фокусным расстоянием линза устанавливается перед рассеивателем на расстоянии от него. Два параметра можно определить из простых

Рис. 4. Схема для оценки величины энергии на сетчатке глаза. энергия на выходе лазера; диаметр и площадь поперечного сечения лазерного пучка; диаметр пучка лазера у рассеивателя и площадь рассеивателя; диаметр и площадь глазного зрачка; диаметр и площадь изображения лазерного пучка на сетчатке; угол зрения, стягиваемый протяженным источником; — угол рассеяния лазерного излучения; угол, стягиваемый зрачком глаза при наблюдении рассеивателя; фокусное расстояние глазной линзы; расстояние от рассеивающего экрана до наблюдателя; расстояние от отрицательной линзы до рассеивателя.

геометрических соотношений, чтобы получить плотность энергии на экране макс выходной плотности энергии лазера рис. 4 следует или

Пример. Пусть выходной пучок диаметром 1 см с энергией расширяется отрицательной линзой с фокусным расстоянием см. В соответствии с формулой (5) требуемое расстояние между линзой и рассеивателем см. На поверхности экрана пучок расширяется до площади

10.13.3.3. Меры безопасность с опорным пучком

При всех обстоятельствах необходимо не допустить прямого попадания или отражений опорного пучка в глаз человека. Например, опорный пучок, отраженный от фотографической пластинки, может повредить глаз. Для эмульсии освещение фотографической пластинки должно быть приблизительно Считая, что от фотографической пластинки отражается 10% света, интенсивность света, попадающего в глаз, оказывается в 150 раз больше допустимого уровня, установленного согласно формуле (2). В случае отражательных голограмм опасность возрастает, поскольку опорный пучок освещает фотографическую пластинку со стороны, противоположной объекту. Только около 10% энергии поглощается эмульсией. Очевидно, во избежание повреждений глаз необходимо принять специальные меры предосторожности. Этому можно помочь, если создать такие условия, чтобы пучок попадал на фотопластинку под большим углом и свет отражался или проходил через нее, минуя объект.

10.13.3.4. Устранение случайных отражений

В установке должны быть предусмотрены специальные экраны для защиты объекта от случайных зеркальных отражений опорного или объектного пучков. Настойчиво рекомендуется для определения освещенностей этих пучков применять юстировочный Не — Ne-лазер, свет от которого должен идти в том же направлении, что и от импульсного лазера.

10.13.4. Восстановление изображений (см. гл. 6)

Голографический портрет наблюдается обычным способом с помощью расширенных пучков от Не — Ne- или аргонового лазера или отфильтрованным светом дуговой лампы. Отражательные голограммы освещаются от источника некогерентного света. Восстановленные с голограммы изображения обычно фотографируются

фотокамерами с фокусным расстоянием объектива 35 или при апертурах Выбор апертуры представляет собой компромисс между получением максимальной глубины фокусировки и минимума спеклов. С уменьшением апертуры увеличивается глубина фокусировки, но усиливается зернистость голографического изображения.

ЛИТЕРАТУРА

(см. скан)