3.2. Физические основы безлинзовой голографии Фурье высокого разрешения

Ранее уже отмечалось, что голограмма — это по существу интерферограмма, образующаяся при интерференции поля, рассеянного от предмета, с опорной волной или когерентным фоном. Обычно опорная волна имеет протяженный фронт плоской или сферической формы в зависимости от схемы используемого устройства.

Для удобства рассуждений часто полагают, что рассеивающий предмет — это либо обобщенная двумерная или трехмерная решетка, либо система рассеивающих точечных диполей. В голографии также полагают, что различные точки предмета рассеивают свет когерентно; при этом подразумевается временная когерентность. Каждая точка предмета считается стационарным излучателем той же частоты, что и частота опорной волны. Суперпозиция опорной волны и волн, рассеянных предметом, создает на голограмме интерференционную картину. Ее комплексную амплитуду можно рассчитать двумя методами: 1) найти сумму опорного и рассеянного полей в плоскости голограммы; 2) просуммировать картины интерференции опорной волны с одной из многочисленных составляющих рассеянного поля. Ниже мы будем использовать второй метод рассмотрения.

в обычной проективной голографии Френеля процесс регистрации осуществляется следующим образом. Сферические волны, рассеянные различными точками предмета, интерферируют с плоской или сферической опорной волной, причем ее кривизна отличается от средней кривизны волн, идущих от предмета. Для каждой точки предмета возникает своя система колец — зонных картин Френеля. Наличие зонных картин Френеля, несущих информацию о рассеянной волне, рассматривалось как обязательное условие достоверной регистрации фаз волны, рассеянной предметом.

Значительный прогресс в голографии был достигнут в работах [27, 29], в которых впервые было доказано, что фазовую информацию о рассеянном поле можно зарегистрировать без помощи зонных картин Френеля. При этом информация о фазах регистрируется с помощью голограммы Фурье, которая представляет собой картину интерференции между сферическими волнами, рассеянными отдельными точками предмета, и расходящейся опорной волной той же кривизны. Последнее достигается тем, что центр опорного пучка располагается вблизи предмета.

То, что фазовую информацию можно зарегистрировать без помощи зонных картин Френеля, становится сразу же очевидным, если вспомнить об аналогии, которая имеется между голограммой и интерферограммой. Напомним здесь, что различают две группы интерферограмм:

1) интерферограммы с локализованными полосами, как, например, кольца Ньютона или интерферограммы с зонами Френеля, а также прямые полосы, возникающие при интерференции двух плоских волн;

2) интерферограммы с не локализованными полосами или полосами на бесконечности; такие полосы возникают при интерференции между двумя плоскими волнами или же между двумя сферическими волнами одинаковой кривизны, распространяющимися в одном и том же направлении. Если две волны имеют одинаковую кривизну и одно и то же направление распространения, то фазовая информация входит в интерферограмму в форме локальных изменений интенсивности на волновом фронте без образования локализованных интерференционных полос.

Несмотря на то что мы недавно доказали [24], что центр опорной волны можно расположить на оси предмета, все же для лучшего разделения двух изображений (одного на другого на предпочтительно использовать наиболее распространенные сейчас методы голографии, а именно обычную схему сдвига центра предмета относительно опорного пучка. Следует отметить, что эксцентрическое расположение центра предмета и

точечного опорного источника (рис. 20, б) естественным образом вытекает из схемы получения безлинзовой голограммы Фурье. Благодаря этому пространственное разделение двух симметричных изображений в голографии Фурье получается автоматически при восстановлении.