2.3. Физические принципы голографии
Для выяснения физических принципов голографии рассмотрим метод регистрации и восстановления волнового фронта для образцов исчезающе малых размеров. Первоначальный вариант этого метода применительно к точечным образцам был предложен Табором [2], а позднее был развит Роджерсом [13, 35—37] и Эль-Самом [14].
Рис. 12. Голограмма точечного предмета. Схема используется при обсуждении коэффициента увеличения, определяемого выражением (6).
По аналогии с этими работами выберем в качестве образца непрозрачную пластинку с точечным отверстием. Если такое отверстие осветить плоской волной, то, согласно принципу Гюйгенса, оно будет действовать как источник сферической волны. На фотопластинку упадет волна с амплитудой
где 
-некоторая постоянная. А, — длина волны света, 
расстояние между точечным отверстием и фотографической пластинкой (рис. 12). Согласно уравнению (4), пропускание голограммы для точечного предмета равно
Рис. 13. Восстановление волнового фронта и образование изображения при освещении голограммы точечного предмета (см. рис. 12).
Рис. 14. Схема с линзами, поясняющая действие линейных и квадратичных членов в экспоненте выражения (6) (см. рис. 12).
Относительная простота исходного предмета и выражения (6) позволяет наглядно объяснить процесс восстановления. Если голограмму, описываемую выражением (6), поместить в параллельный пучок, то, как показано на рис. 13, возникнут три составляющие пучка. Первую составляющую образуют первый и второй члены выражения (6). Поскольку они постоянны, то справа от голограммы появится параллельный равномерно ослабленный пучок. Третий и четвертый члены выражения (6) имеют в показателе экспоненты линейные фазовые сдвиги, благодаря чему эти две составляющие отклоняются вверх и вниз в зависимости от знака показателя экспоненты.
Чтобы понять, к чему приводит квадратичный фазовый сдвиг 
напомним, что тонкая сферическая линза сдвигает фазу падающего пучка на величину, пропорциональную квадрату расстояния между осью и точкой падения. Собирающая линза создает отрицательный сдвиг фаз (рис. 14). Поэтому третий член
выражения (6) не только отклоняет пучок вверх, но и действует как рассеивающая линза. Падающая плоская волна повернет вверх и превратится в расходящуюся сферическую волну. Эта волна идентична волне, которая освещала голограмму при экспозиции. Аналогично четвертый член выражения (6) действует на плоский пучок не только как отклоняющая вниз призма, но и как собирающая линза. Повернутый вниз пучок превращается в сходящуюся сферическую волну. Эта волна сфокусируется в точку на расстоянии 
от голограммы. Таким образом при освещении голограммы плоской волной мы получаем не только восстановленный исходный волновой фронт рассеянной волны, но также и сфокусированное изображение предмета, в данном случае — точечный источник. В разд. 2.4 рассматриваются система освещения нредмета точечным источником и свойственная голографии возможность получения больших геометрических увеличений.
