§ 113. НЕКОТОРЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ ГОЛОГРАФИИ

Довольно безнадежное занятие — пытаться дать хотя бы перечисление всех возможных применений голографии — одного из самых «горячих» направлений современной когерентной оптики. Поэтому поговорим о некоторых из них, наиболее, на наш взгляд, важных.

Объемная фотография является очевидным и «естественным» применением голографии. Особенно привлекательным здесь представляется использование объемной голографии, позволяющей восстанавливать объемные цветные изображения в белом свете. По-видимому, на этом направлении можно ожидать в недалеком будущем успехов в создании голографического кинематографа. Сейчас голографическое кино, ограниченное необходимостью использования когерентного освещения, находит применение в основном в научных исследованиях.

Голографическая микроскопия послужила отправным толчком к созданию самой голографии. В оптических микроскопах большое увеличение и высокое разрешение приводят к малой глубине резкости. Одно из возможных решений состоит в голографировании объекта и восстановлении изображения по схеме рис. XVII.15 (см. также § 107, задача 2). Увеличенное изображение можно рассматривать уже с меньшим разрешением и соответственно с большей глубиной резкости.

Голографическая интерферометрия открывает совершенно новые возможности в изучении физических процессов. Основное ее применение связано с так называемой интерферометрией с двойной экспозицией. Оказывается, что голография позволяет осуществить интерференцию двух (или нескольких) волн в разное время. Для этого изображения двух объектов, разнесенных во времени, записываются последовательно на одну и ту же фотопластинку по одной из голографических схем. В результате на фотопластинке, например, в схеме голографии Френеля, фиксируется сумма интенсивностей

Рис. XVII.15. Схема голографического микроскопа (восстановление изображения). — точечный монохроматический источник; Р — голограмма, О — изображение; 0 — см. (107.7).

Рис. XVII.16. Голограммы, полученные методом двойной экспозиции. а — пуля, летящая в воздухе со сверхзвуковой скоростью; — конвекционные потоки в лампе накаливания.

где — поля, рассеянные соответственно первым и вторым предметами, — опорная волна. Суммарная интенсивность

содержит сумму полей (и комплексно-сопряженную сумму). В результате восстановленное изображение дает картину интерференции этих полей. На рис. XVII.16 приведены полученные методом двойной экспозиции голограммы летящей пули и лампы накаливания. Первая экспозиция произведена с невозмущенной средой (пули нет, лампа выключена), вторая — с действующим объектом. Интерференция света, прошедшего через невозмущенную среду в первом случае и через возмущенную во втором, дает картину распределения плотности среды при действии объекта. На голограмме пули, скорость которой больше скорости звука, отчетливо видны «черенковские» конусы (см. § 71).

Анализ вибраций методом голографии удобнее также объяснить на схеме Френеля. Пусть объект-точка колеблется с амплитудой в вдоль направления оси (см. рис. XVII.1). В случае малых колебаний амплитуда поля практически не изменится, а в фазе появится зависящий от времени сдвиг

Соответственно интенсивность волны, падающей на фотопластинку, будет содержать сомножители

Если время экспозиции то амплитудное пропускание голограммы будет описываться выражением вида (107.3), где вместо появятся функции (113.3), усредненные по времени

экспозиции:

Экспонента под интегралом может быть представлена в виде ряда Фурье [3]:

где — функции Бесселя. Отсюда

Повторив процедуру восстановления изображения, обнаружим, что амплитуда волны, несущей действительное и мнимое изображения, пропорциональна т. е. зависит от амплитуды вибраций. Соответственно изображение будет покрыто полосами, яркость которых является функцией 6 в каждой данной точке (рис. XVII.17).

Применения голографии не исчерпываются оптическим диапазоном. Возможно создание микроскопа в рентгеновском диапазоне. Для этого нужно записывать изображение в рентгеновском излучении по схеме безлинзовой голографии, а восстанавливать в видимом свете, выигрывая в увеличении в отношении длин волн (см. § 107, задачи 1, 2).

В диапазоне радиоволн появилось новое направление — радиоголография (§ 130).

Наконец, голографические методы нашли применение и для других волн. В геофизике развивается акустическая голография (рис. XVII.18), в которой для записи изображения используется система акустических приемников с преобразованием акустического

Рис. XVII.17. Голограмма колеблющейся диафрагмы.

Рис. XVII.18. Схема записи голограммы в акустическом диапазоне. — приемники, И — вибратор, — анализатор.

сигнала в электрический. Последний интерферирует с опорным сигналом, а результат воспроизводится на экране электронно-лучевой трубки и фотографируется. Полученную голограмму восстанавливают оптическим способом.