6. Сводка основных результатов

В предыдущих разделах были изложены теоретические и экспериментальные основы голографии. Составляющими элементами голографии являются:

1) интерферометрия;

2) теория дифракционных рещеток;

3) условия когерентности.

При распространении голографии на область рентгеновских волн необходимо помнить, что критерии интерферометрии позволяют априори оценить успех голографического метода, если путем моделирования выполнить некоторые необходимые эксперименты.

Рис. 30. Сравнение интерференционных полос в рентгеновском и оптическом диапазонах, свидетельствующее об осуществимости рентгеновской микроскопии с помощью голограммы. Полосы получены при помощи зеркала Ллойда. а — для видимого света с ; б - для рентгеновскою излучения с [47].

(кликните для просмотра скана)

(кликните для просмотра скана)

(кликните для просмотра скана)

(кликните для просмотра скана)

Рис. 36. Голографическая микроскопия. Схема восстановления изображения в проекционной микроскопии.

На рис. 30 показаны интерференционные полосы, полученные Кельстромом [47] для рентгеновских лучей с А при помощи зеркала Ллойда. Результаты этого эксперимента могут служить указанием того, какого порядка величины когерентность может быть достигнута, а следовательно, характеризовать и ту голограмму, которую можно изготовить в соответствии с теорией, изложенной в предыдущем разделе.

Рис. 37. Голографическая микроскопия. Внешний вид установки (рис. 36) для восстановления изображения в проекционной микроскопии. Р - пластинодержатель; - голограмма; - лазер.

Восстановленные изображения трехмерных сцен, освещенных согласно методам, изложенным в предыдущих разделах показаны на рис. 31, а. На рис. 31,б и 32,6 приведены соответствующие голограммы этих трехмерных сцен. При получении голограммы и при восстановлении использовался лазер с длиной волны

Микрофотография двумерной решетки, увеличенной в 6 раз, сделанной с помощью безлинзовой голографии согласно схеме, рассмотренной в разд. 2.4, приведена на рис. 33, а, а соответствующая голограмма, также полученная без помощи линз, — на рис. 33,б.

Рис. 38. Голографическая микроскопия с движущимся рассеивателем и с освещением под многими направлениями [28]. В масштабе показаны слева направо: увеличенное в 3 раза изображение, голограмма и образец. Схема получения голограммы дана на рис. 39, а внешний вид установки — на рис. 40. Во время экспозиции диффузный рассеиватель двигался. В связи с этим напомним работу по амплитудному синтезу изображений [31] (см. также рис. 22 и 23 гл. 5), в которой показано, что комплексные амплитуды можно суммировать в скрытом изображении голограммы! Для этого надо при соответствующих условиях осуществить последовательное наложение голограмм по интенсивности. Изображение высокого качества, восстановленное в этих необычных (на первый взгляд) условиях, демонстрирует эффекты когерентности и суперпозиции в голографии. В ряде случаев приходится специально использовать движущееся зеркало или рассеиватель, чтобы добиться высокого разрешения.

На рис. 35 дан общий вид установки для получения голограммы, а на рис. 34 ее схема. Рис. 37 представляет собой фотографию установки для восстановления изображения.

При попытке распространить голографические методы на рентгеновскую микроскопию мы столкнулись с принципиальными трудностями. Они возникают из-за невозможности сформировать однородную протяженную волну рентгеновского излучения на требуемых участках рассеянного поля. Для того чтобы обойти

эту трудность, мы предложили применить зеркала или рассеиватели, приводимые в движение во время экспозиции. В результате использования этого приема когерентный пучок (или его часть) направляется во всех заданных направлениях. Согласно Этому принципу, были выполнены моделирующие эксперименты в оптическом диапазоне.

На рис. 38 приведена фотография изображения, восстановленного с голограммы, которая была получена в эксперименте, когда рассеиватель, бросающий свет на предмет, во время экспозиции находился в движении. Там же показаны в масштабе голограмма и предмет. Схема установки, используемой при получении голограммы (рис. 38), дана на рис. 39, а рис. 40 представляет собой фотографию этой установки. Для получения хороших голограмм необходимо выполнить следующие основные требования:

1. Интерферометрическая (механическая и тепловая) стабильность расстояний между всеми элементами: предметом, опорным зеркалом или линзой и фотографической пластинкой. В голографии, как и в обычной интерферометрии, все элементы установки необходимо разместить на массивной основе и ждать, пока в системе не наступит тепловое равновесие.

2. Интенсивность опорного пучка на фотопластинке должна быть в 5—10 раз выше интенсивности рассеянного поля. Тогда,

Рис. 39. Схема получения голограммы с движущимся рассеивателем и освещение под многими направлениями [28].

Использование рассеивателя не только обеспечивает освещение образца под всеми углами, но также служит средством расщепления пучка, например с помощью полуматовых пластинок, упомянутых Ньютоном в "Оптике" в связи с интерферометрией (см. также [61, 62]).

Рис. 40. Внешний вид голографического микроскопа с диффузным освещением и движущимся рассеивателем [28].

Справа гелий-неоновый лазер непрерывного действия средней мощности. В данной работе использовались лишь лазеры непрерывного действия. В ряде случаев, чтобы избежать влияния вибраций и нестабильности температуры, выгодно использовать импульсные лазеры. Эти недостатки особенно выступают при получении голограмм крупных предметов. (Впервые голографирование быстро протекающих явлений с помощью лазера в обычном импульсном режиме и с модуляцией добротности описано в работе [63].) Однако работы Мичиганского университета показали, что удовлетворительной стабильности интерферометров не трудно добиться и с лазерами непрерывного действия.

согласно уравнению (4), будут возникать боковые изображения только первого порядка (см. также уравнение (62) и разд. 4).

Наконец, несколько замечаний о голографии Фурье с высоким пространственным разрешением. Кроме той схемы высокого разрешения, которая была приведена в разд. 3, можно представить себе много других схем осуществления преобразования Фурье. Во всех подобных устройствах восстановленное изображение возникает в фокальной плоскости линзы, осуществляющей это преобразование. При этом большие коэффициенты увеличения, определяемые выражением (13), достигаются с помощью голографии Фурье с тем же успехом, что и в голографии Френеля. При этом коэффициент увеличения, обусловленный

только геометрическими факторами, равен где фокусные расстояния линз, используемых при получении голограммы и восстановления изображения.