Экспериментальная проверка

Эксперименты начались почти тотчас же после того, как появилась идея о голографическом восстановлении. Они подтвердили правильность основного принципа, но показали необходимость детальной разработки и модификации первоначальной.

отчасти примитивной точки зрения на механизм восстановления, которая была высказана ранее [11]. Позднее эксперименты были продолжены, чтобы проверить количественные выводы теории, описанной в этой статье.

В этих экспериментах получение голограммы и восстановление изображения выполнялись с видимым светом, хотя не всегда с одной и той же длиной волны. Устройство для получения голограммы было реализовано в соответствии со схемой, приведенной в верхней части рис. 1, но с оптическими линзами вместо электронных. Конденсор отбрасывал изображение ртутной дуги высокого давления (миниатюрная лампа с вольфрамовыми электродами) через цветной фильтр на отверстие диаметром около Использовались линии с длиной волны 4358 А (фиолетовая) и 5461 А (зеленая), выделенные светофильтрами. В более ранних экспериментах применялся объектив микроскопа, который давал изображение этого отверстия, уменьшенное примерно в 40 раз, т. е. с номинальным диаметром около Это изображение и служило точечным источником. Предметами были большей частью микрофотографии, помещавшиеся в слое иммерсионного масла между двумя полированными стеклянными пластинами. В первых экспериментах расстояние между точечным источником и предметом составляло около расстояние от предмета до фотографической пластинки — следовательно, геометрическое увеличение было около 12.

Фотографическая пластинка удерживалась в заданном положении с помощью трех фиксирующих булавок. Первоначально предполагалось получить голограммы на обратимых фотопластинках, чтобы обеспечить идентичность положения при получении голограммы и при восстановлении изображения. При использовании негативно-позитивного процесса при печатании правильность установки обеспечивалась тем же самым фиксированным расположением булавок. Эти предосторожности оказались излишними в тех экспериментах, в которых не только гауссов, но также и физический диаметр источника был порядка предела разрешения; последнее доказывает, что в этих случаях теория освещающих гомоцентрических пучков является удовлетворительным приближением. Но в экспериментах с сильной сферической аберрацией в освещающем пучке эти предосторожности были необходимы. Было найдено, однако, что обратимое проявление не обязательно, и всюду использовался значительно более гибкий негативно-позитивный фотографический процесс. Негатив голограммы проявлялся обычно до контраста от до а позитив — от до так что можно было изменять суммарные значения в широком

интернале. Когда было подтверждено, что наилучшие результаты получаются при полном контрасте в дальнейшем мы стремились получать контраст как можно ближе к этому значению.

Позитив голограммы, используемый для восстановления, смазывался иммерсионным маслом и зажимался между полированными стеклянными пластинами, которые нужно было тшательно подбирать. Позитив оптически отодвигался назад с помошью визирной линзы, представлявшей собой ахроматический дублет, сцементированный и просветленный, с фокусным расстоянием и линейной апертурой Сферическая аберрация составила три полосы, сопряженные на бесконечности. Согласно оценкам, диаметр, удовлетворяющий допуску в четверть волны, равен и приведенные ниже числовые апертуры определяются этим «эффективным диаметром». Восстановленное изображение рассматривалось в микроскоп и фотографировалось на пластинках, введенных в окуляр.

На рис. 10 воспроизведена одна из фотографий, полученных в ходе этих первых экспериментов. Слева приведена непосредственная фотография исходного предмета, представлявшего собой микрофотографию листа бумаги с именами трех основателей волновой теории света. Она была получена посредством системы наблюдения с той же самой оптикой, которая применялась в процессе восстановления. Сверху показана центральная часть голограммы, а справа — восстановленное изображение. Все три снимка сделаны в свете фиолетовой линии ртути с длиной волны 4358 А. Эффективная числовая апертура равнялась 0,025, следовательно, предел разрешения равен Он составляет 1/150 диаметра воспроизведенной части микрофотографии и примерно соответствует промежутку между буквами в слове

Хотя на наилучших восстановленных изображениях достигнуто почти такое же разрешение, как и на прямых фотографиях, все же на них заметен сильный «шум». В меньшей степени он обусловлен искажениями, созданными изображением-«двойником», но в большей степени — частичками пыли и неоднородностями в двух объективах микроскопов. Можно отметить, что в электронном устройстве, по-видимому, нельзя ожидать появления этих неприятных эффектов, которые возникают из-за большой чувствительности метода, использующего когерентный фон, к сдвигам фаз. Пусть электронные линзы несовершенны с точки зрения теоретической оптики, но они свободны от пыли и не дают шлирен-эффектов, так как электромагнитное поле автоматически «размазывается», и в этом отношении любая

(кликните для просмотра скана)

электронная линза превосходит все самые лучшие оптические линзы.

Чтобы уничтожить эти несущественные искажения, в некоторых последующих экспериментах оптические поверхности уменьшались до минимума. В экспериментах, в которых были получены снимки, приведенные на рис. 11 и 12, источником являлось отверстие диаметром проколотое в фольге очень тонкой иглой. Таким образом, при получении голограммы на оптическом пути не было никаких других стеклянных поверхностей, кроме поверхностей пластин, поддерживающих микрофотографии. Оптика, используемая в процессе восстановления, также была сведена до минимума благодаря отказу от второго микроскопа. Расстояние между предметом и визирной линзой было уменьшено до расстояние между линзой и пластинкой — увеличено до так что визирная линза давала четырехкратное увеличение предмета, достаточное для прямого фотографирования на малочувствительных пластинках. Еще большее увеличение достигалось, когда получение голограммы производилось в свете фиолетовой линии ртути, а восстановление — в свете зеленой линии.

Эффективная числовая апертура в серии этих экспериментов равнялась 0,075, а теоретический предел разрешения был Это составляет около 1/350 диаметра той части микрофотографии, которая приведена на рис. 11 и содержит имена десяти основателей теории света. Разрешение как раз достаточно для того, чтобы заметить просвет в верхней части буквы Теоретическое разрешение в процессе восстановления меньше, потому что как при получении голограммы, так и при восстаиовлении использовался один и тот же источник излучения — отверстие диаметром Величину расчетного предела можно оценить по эмпирическому правилу сложения статистически независимых ошибок, что дает около Фактически достигнутое разрешение в случае рис. 11, а также рис. 12 очень близко к расчетному. Можно также видеть, что фон здесь намного более однороден, чем на рис. 10. Оставшиеся искажения весьма существенны и обусловлены предметом-"двойником". В этих экспериментах предмет-"двойник" также можно было сфокусировать, причем по резкости его нельзя было отличить от «истинного» изображения.

В настоящее время ведутся эксперименты по проверке теории освещения пучками, имеющими большую сферическую аберрацию. Эти эксперименты уже подтвердили основные выводы теории.

(кликните для просмотра скана)

(кликните для просмотра скана)