Голография.

Впервые более полную, чем в простой фотографии, регистрацию рассеянного предметом света удалось получить в 1948 г. английскому физику Д. Габору. Он назвал предложенный им способ голографией (от греческого «голос» — целый, весь).

В чем же состоит голографический метод получения изображения? Для получения голограммы используют широкие пучки когерентного света. Способы получения таких пучков мы рассмотрим при знакомстве с устройством и принципом действия лазера. Один из путей получения голограммы заключается в следующем.

Широкий пучок когерентного света разделяется на две части. Одна группа лучей достигает фотопластинки после отражения от объекта. Это сигнальный пучок. Другая достигает фотопластинки после отражения от плоского зеркала. Это опорный пучок (рис. 73). В результате наложения этих двух групп когерентных волн на фотопластинке образуется интерференционная картина. Фотографию этой картины, полученную после обработки фотопластинки, называют голограммой.

Голограмма содержит информацию не только об амплитуде волн, как обычная фотография, но в ней заложены данные и об их фазе, т. е. о форме волновых поверхностей.

Рис. 73 (см. скан)

Действительно, в тех местах фотопластинки, где фазы опорных и сигнальных волн совпадают, их амплитуда складывается, и результирующая освещенность в таких местах будет больше той, какую каждая из волн создает в отдельности. После позитивной обработки фотопластинка в таких местах будет более прозрачной, чем в тех, в которые обе волны прибывают со смещением по фазе.

Если для некоторых точек фазы волн окажутся противоположными, а их амплитуды одинаковыми, то после обработки эти точки будут черными, непрозрачными. Таким образом, явление интерференции, преобразуя фазовые соотношения между волнами в соотношения амплитуд, позволяет зафиксировать на фотопластинке фазовые соотношения между волнами в виде соответствующих изменений прозрачности. Прямая фотографическая регистация фазовых соотношений волн невозможна, так как фотопластинка реагирует только на различие в освещенности, т. е. на различие в амплитудах приходящих колебаний.

Характерно, что в отличие от обычной фотографии при голографическом способе записи изображения не применяют ни линзы, ни другие устройства, формирующие изображение. Каждая точка объекта, отражая свет, посылает его на всю голограмму, и каждая точка голограммы получает свет от всего объекта.

Итак, голограмма предмета — это сложный интерференционный узор из неравномерно расположенных интерференционных полос, возникающих при взаимодействии сигнальной волны сложной формы с плоской опорной волной. Она содержит в себе полную информацию как об амплитудах, так и о фазах волн, отраженных от объекта. Но голограмма не является фотографическим изображением объекта. Рассматривая ее, совершенно невозможно догадаться, что на ней изображено. Каким же способом можно извлечь из голограммы содержащуюся в ней оптическую информацию об объекте?

Процесс получения изображения с помощью голограммы называют восстановлением. Процесс восстановления голограммы предельно прост.

Направим на голограмму точно таким же способом, как при ее получении, опорный пучок когерентного света (рис. 74). Через нее пройдут только те участки опорной волны, которые находятся в фазе с сигнальной волной света, рассеянного объектом при получении голограммы. А участки опорной волны, отличающиеся по фазе от сигнальной волны объекта, будут поглощены (или отражены) непрозрачными местами голограммы. Таким образом, при прохождении опорной волны сквозь голограмму из нее исключается все то, чего не было в сигнальной волне от объекта, и сохраняется все то, что в ней было. В результате воспроизводится точно такое же распределение фаз и амплитуд, какое было в сигнальном пучке, рассеянном объектом.

Рис. 74 (см. скан)

Все это происходит в соответствии с принципом Гюйгенса — Френеля. Опорный пучок, падая на голограмму, возбуждает в прозрачных ее местах колебания вторичных источников. Амплитуды этих колебаний пропорциональны амплитудам сигнальных волн в этих точках, и фазы их совпадают. По принципу Гюйгенса — Френеля вторичные источники создают в окружающем пространстве такую же картину волновых полей, какая была в сигнальном пучке от предмета.

Точное совпадение восстановленного волнового фронта с сигнальным (падавшим на фотопластинку во время изготовления голограммы) приводит к тому, что воспринимаемое зрением изображение по внешнему виду неотличимо от предмета.