Дополнение автора к русскому изданию. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ В БЕЛОМ СВЕТЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДИФРАКЦИОННОГО ЭФФЕКТА ЛИППМАНА - БРЭГГА

Дж. Строук, А. Лабейри

Описывается метод получения рефлексных голограмм в липпмановских фотоэмульсиях, предложенный Денисюком в 1962 г. Авторам удалось восстановить монохроматическое изображение в лучах белого (например, солнечного) света, а также продемонстрировать возможность использования трехмерных решеток в качестве оптического аналога кристаллической решетки.

На рис. 1,а показано устройство, которое было использовано для получения голограмм двумерных или трехмерных предметов. При освешении голограммы лучами обычного солнечного света (или, например, светом электрического фонарика) по схеме, приведенной на рис. 1,б, происходило восстановление «одноцветного» изображения предмета. Примером восстановленного изображения, полученного при освешении голограммы лучами солнечного света, может служить фотография кузнечика, показанная на рис. 2. Исходный предмет имел вид диапозитива размером на пленке Kodachrome. Диапозитив помешался на расстоянии от фотографической пластинки так, чтобы реализовалась рефлексная схема проективной голографии [1], и освешался лазером на длине волны

Физические основы голографического метода получения изображений, иллюстрируемого рис. 1, можно легко объяснить. Отбор одного цвета при восстановлении осушествляется благодаря многократной интерференции белого света на слоях, которые образуются в объеме эмульсии при интерференции опорного поля с полем, рассеянным от предмета. Подобная интерференция возникает в липимановских фотографиях, впервые описанных в 1894 г. [2]. Расстояние между образующимися слоями равно когда оба пучка в виде плоских волн падают на фотопластинку по нормали. В случае же произвольного рассеивающего предмета (рис. 1, а) максимумы многослойной структуры смещаются вдоль оси в соответствии со сдвигами фаз рассеянного электрического поля относительно опорного поля, а степень

(кликните для просмотра скана)

почернения проявленной фотоэмульсии по глубине 2 для заданных координат плоской голограммы будет определяться суммарной амплитудой рассеянного поля.

При восстановлении (рис. 1,б) голограмма освещается белым светом с той же стороны, с которой падал опорный пучок. Как и в случае дифракции на кристалле, образуется одноцветное восстановленное изображение, которое получается в соответствии с принципом восстановления волнового фронта, описанным Габором в 1948 г. [3].

Восстановленная волна характеризуется:

1) локальной фазовой модуляцией, определяемой местными сдвигами отражающих слоев многослойной структуры;

2) локальной амплитудной модуляцией, определяемой местными вариациями почернения голограммы;

3) цветом, отбираемым при брэгговской дифракции света на слоях, образующих решетчатую структуру.

При этом расстояние между слоями можно изменять, используя специальный метод фотохимической обработки, например опуская процесс фиксирования фотоэмульсии [4, 5].

Основы теории рефлексной голограммы такого типа впервые были разработаны Денисюком в 1962 г. [6] для случая, когда предмет освещался сквозь голограмму, а не отдельным пучком, который обычно отделяется перед попаданием на голограмму, как это показано на рис. Денисюк описал эксперимент с зеркалами, которые он использовал в качестве предметов, освещаемых светом от ртутной лампы. Однако он не продемонстрировал никаких фотографий скорее всего потому, что у него тогда еще не было лазера, без которого очень трудно получить хорошие голограммы [3].

Очень хороший результат, приведенный в этой статье, мы легко получили, освещая солнечным светом голограмму, сформированную с помощью лазера на длине волны (Такое же по качеству легко наблюдаемое изображение достаточной яркости было получено нами с помощью карманного электрического фонарика.)

Небезынтересно заметить, что в работе [7] было описано устройство, аналогичное нашей схеме получения рефлексной голограммы Липпмана — Брэгга, но нредназначенное для доказательства возможности освещения обращенным опорным пучком обычной монохроматической голограммы на просвет. При этом авторы не стремились получить рефлексные голограммы с последующим восстановлением изображений в лучах белого света, как это описано здесь. Как отмечалось в работе [7], введение обращенного опорного пучка имело определенные достоинства, так как оно давало возможность помещать опорное зеркало

не вблизи удаленного предмета, а рядом с лазером, если, конечно, была достаточной длина когерентности света лазера [1].

Многими авторами были описаны наблюдавшиеся ими рефлексные изображения, которые получались при освещении лазером обычной голограммы на просвет. Необходимо, однако, отметить, что все методы в голографии были развиты на основе первой работы Габора [3].

Теоретическое описание голографического процесса, которое мы привели в этой статье, можно изложить, рассматривая модулированную рефлексную решетку Липпмана — Брэгга. Развернутая теория будет дана в подробной статье [4].

Пусть рассеянное поле в плоскости голограммы (плоскостью) описывается выражением

и пусть рассеянная волна и опорный пучок падают на голограмму вдоль оси перпендикулярной плоскости голограммы. Интенсивность, регистрируемая голограммой, равна

где а к — длина волны света, используемая при получении голограммы.

При освещении голограммы плоской волной белого света в трехмерной решетке, описываемой уравнением (2), произойдет процесс дифракции Липпмана — Брэгга и восстановится волна

только одной длины.

Интересно отметить, что восстановленные изображения получаются особенно яркими, если использовать такую схему, в которой рассеянное поле при получении голограммы сводится линзой в фокус на определенном расстоянии за голограммой со стороны опорного пучка. Среди изученных нами экспериментальных подробностей мы нашли наиболее совершенным рецепт обработки липпмаиовской эмульсии, описанный Айвсом в 1908 г. [5], который особенно удобен для контроля расстояния между отдельными слоями.

В нашей статье [4] мы обсуждаем дальнейшее распространение метода «рефлексной голографии», в частности получение трехмерной кристаллической решетки в фотографической эмульсии. Последнее может представлять особый интерес при использовании подобных решеток для моделирования дифракции в оптическом диапазоне и в качестве средства упрощения некоторых аспектов синтеза рентгеновских изображений, например при

изучении структуры протеинов и в кристаллографии. По-видимому, метод найдет применение в интерферометрии, спектроскопии, а также в цветной голографии.

ЛИТЕРАТУРА

(см. скан)