2. ОБЩАЯ СХЕМА ЗАПИСИ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ ГОЛОГРАММЫ

Рассмотрим сначала в самом общем виде процесс записи и восстановления статической трехмерной голограммы.

При записи когерентное излучение источника прошедшее на своем пути через объем V, заполненный прозрачным светочувствительным веществом, падает на объект О (рис. 1,а). В результате интерференции отраженной от объекта волны и волны (волна выступающая в роли интерферирующей компоненты, называется «опорной») в пространстве перед объектом возникает стоячая световая волна, которую в некотором приближении можно представить в виде системы поверхностей пучностей которым соответствует максимальная интенсивность поля. Воздействуя на светочувствительный материал, поле стоячей волны по-разному засвечивает различные части заполненного им объема. В этом объеме после экспозиции и соответствующего проявления образуется трехмерная голограмма — пространственная материальная модель стоячей волны. В зависимости от типа используемого фотоматериала и способа химической обработки эту модель можно изготовить, например, из металла, красителя, прозрачного диэлектрика и т. д. Во всех этих случаях зафиксированные голограммой поверхности пучностей стоячей волны (рис. 1,б) можно рассматривать как систему своеобразных зеркал, поверхности которых имеют весьма сложную форму.

Рис. 1. К рассмотрению общего механизма записи и восстановления трехмерной голограммы, а — схема записи; б - схема восстановления; S - источник излучения со сплошным спектром; V — трехмерная голограмма; зеркала, образовавшиеся на месте поверхностей пучностей стоячей волны; волна излучения, восстановленного трехмерной голограммой; наблюдатель; О — восстановленное голограммой объемное изображение объекта.

На рис. 1,б приведена схема восстановления трехмерной голограммы. На полученную рассмотренным способом голограмму V направляется излучение точечного источника Существенно, что в отличие от этапа записи этот источник может быть и немонохроматическим; восстановление с трехмерной голограммы возможно также источником, имеющим сплошной спектр излучения.

При взаимодействии такой голограммы с восстанавливающим излучением точно воспроизводятся практически все параметры зарегистрированного на ней волнового поля объекта — амплитуда, фаза и спектральный состав. В частности, из сплошного спектра источника трехмерная голограмма сама выбирает и отражает излучение той длины волны, которая совпадает с длиной волны излучения, экспонировавшего голограмму во время записи. При этом после отражения от образовавшихся на месте поверхностей пучностей кривых зеркал пространственная конфигурация первоначальной сферической волны восстанавливающего источника изменяется таким образом, что отраженная волна становится полностью идентичной волне рассеянной объектом. Наблюдатель воспринимающий такую восстановленную волну, не может отличить ее от первоначальной объектной волны и, следовательно, видит объемное изображение О объекта в цвете, соответствующем длине волны излучения, освещавшего объект при записг.

Таким образом, наиболее явные отличия трехмерной записи от двумерной сводятся к тому, что трехмерная голограмма допускает восстановление источником со сплошным спектром; при этом восстанавливается единственное изображение объекта в свете той длины волны, которая использовалась при записи. В этом случае также отсутствует ложное изображение, свойственное двумерной записи.

Простейшая интерпретация механизма записи и восстановления волнового поля с помощью трехмерной голограммы сводится к следующему. По самой своей сути поверхности пучностей стоячей волны, а следовательно, и зеркала, возникшие на их месте в объеме трехмерной голограммы, представляют собой геометрическое место точек, в которых фазы интерферирующих волн (в данном случае опорной и объектной волн) одинаковы Очевидно, что в этих условиях восстанавливающая волна, достигая какого-либо из упомянутых зеркал, приобретает распределение фаз, совпадающее с распределением фаз объектной волны. В результате оказывается, что на поверхности каждого такого зеркала восстанавливающая и объектная волны отличаются лишь направлением своего распространения. Восстанавливающая волна движется слева направо, а объектная — справа налево. После отражения от такого «изофазного» зеркала направление распространения восстанавливающей волны изменится на противоположное, и она по всем

параметрам совпадет с объектной волной, т. е. преобразуется в объектную волну.

Таким образом, уже каждое из зеркал, образовавшихся на месте соответствующей поверхности пучностей, трансформирует падающую волну в волну излучения, рассеянного объектом. Роль всей системы следующих друг за другом зеркал сводится к тому, что такая структура, подобно липпмановской фотографии, Тйяделяет из сплошного спектра и отражает излучение, длина волны которого совпадает с длиной волны излучения, экспонировавшего голограмму при записи.