Полный текст статьи
Печать

Голография - безлинзовое получение оптических изображений путем, так называемого восстановления волнового фронта. Для объяснения принципа работы голографии применим метод Рэлея. Стоит отметить, что, идея самой голографии была выдвинута и экспериментально проверена польским физиком М. Вольфке (1883-1947).

При освещении, или просвечивании предмета от него распространяется рассеянная или прошедшая волна. Отделившись от предмета, рассеянная волна сохраняет в дальнейшем независимое существование и несет полную информацию о форме и прочих свойствах предмета, какая может быть получена путем освещения его световыми лучами. Попадая в глаз или объектив фотоаппарата, эта волна образует на сетчатке или на фотопластинке изображение предмета. Если любым путем создать такую же волну, то, очевидно, она сможет вызвать в точности такие же эффекты, что и исходная волна, рассеянная предметом. На этом замечании и основана идея голографии.

Голография – это способ записи и последующего восстановления световых волн, основанный на явлениях интерференции когерентных пучков света.

Процесс получения изображения в голографии распадается на две стадии.

  1. На первой стадии изготовляется голограмма, т. е. фотопластинка, с помощью которой можно восстанавливать световую волну, рассеянную телом;
  2. Вторая стадия заключена в  самостоятельном восстановлении этой волны и получении оптического изображения.

Пусть какой-то предмет А (рис.1.) освещается пучком параллельных лучей от лазера. Рассеянные лучи попадают на фотопластинку Г. По степени почернения пластинки после проявления можно судить об амплитуде рассеянной волны во всех местах пластинки, которых эта волна достигла. В этом смысле экспонированная и проявленная пластинка сохраняет информацию об амплитуде волнового поля.

Рис. 1. Предмет, освещающийся пучком параллельных лучей от лазера 

Для восстановления волнового поля такой информации, конечно, недостаточно. Нужна еще дополнительная информация о фазе, которой пластинка не содержит, так как степень почернения зависит только от интенсивности, но не от фазы волны. Габор указал, что необходимую информацию о фазе можно получить и записать на той же фотопластинке Г, если осветить ее вторым пучком от того же лазера и заставить его интерферировать с пучком, рассеянным предметом. Практически этого можно достигнуть, расширив предварительно пучок от лазера, а затем разделив его на два пучка. Один из них (предметный) направляется на предмет А, другой (опорный) отражается от плоского зеркала, при этом оба пучка направляются на фотопластинку Г и там интерферируют между собой. Интерференционная картина фотографируется. Полученная фотография называется голограммой.

Поскольку волна, рассеянная предметом, возникает при отражении и дифракции на макроскопических деталях предмета со сложной формой и взаимным расположением, реальная голограмма представляет собой очень сложную и запутанную интерференционную картину с очень мелкими деталями, которые невозможно различить невооруженным глазом.

Голограмма отображает практически все характеристики волновых полей – амплитуду, фазу, спектральный состав, состояние поляризации, изменение волновых полей во времени, а также свойства волновых полей и сред, с которыми эти поля взаимодействуют [1].

Внутри голографии определился ряд различных направлений ее развития, каждое из которых соответствует определенной разновидности голограмм и её свойствам.

 С помощью голограммы имеется возможность воспроизвести объектную волну – это значит восстановить параметры волны - амплитуду, фазу, спектральный состав, состояние поляризации, включая распределение параметров волны в пространстве и их изменение во времени, что предопределяет необычайно широкий диапазон практических приложений голограммы, простирающийся от тяжелого машиностроения до исследований в области термоядерной плазмы и лингвистики.

При этом восстановленная объектная волна содержит такое количество информации, которую не может «освоить» наблюдатель и которая, как правило, не может быть полностью передана с помощью современных средств связи и систем передачи информации. Поэтому большинство современных технических приложений голографии ориентированы на сокращение передаваемой информации. Основная трудность сокращения избыточности записанной на голограмме информации связана с тем, что такое сокращение должно осуществляться с учетом особенностей зрительного аппарата человека [2].

Делимость голограммы – одно из основных свойств, обусловленное спецификой голографического метода записи информации, заключающееся в том, что восстановление объектной волны возможно каждым отдельным, сколь угодно малым, участком голограммы.

Распределенная форма записи, свойственная голограммам, обуславливает их способность воспроизводить широкий диапазон яркости в изображении объектов, недоступный другим изобразительным технологиям. Яркость в изобразительной технике является определяющим параметром - из всех световых величин именно яркость наиболее непосредственно связана со зрительными ощущениями, так как освещенности изображений предметов, формируемых на сетчатке глаза, пропорциональны яркости этих предметов.

В отличие от фотографического процесса и других изобразительных технологий существенным свойством голографического изображения (изображения, формируемого волной, восстановленной голограммой) является способность правильно передавать детали, яркость которых в тысячи раз превышает среднюю яркость объекта (например, блики на поверхности объекта).

Наиболее широкое применение голография находит в науке и технике. Голографическими методами контролируют точность изготовления изделий сложной формы, исследуют их деформации и вибрации. Для этого деталь, подлежащую контролю, облучают светом лазера, и отраженный свет пропускают сквозь голограмму эталонного образца. При отклонении размеров от эталонных, искажении формы и появлении поверхностных напряжений возникают полосы интерференции, число и расположение которых характеризует степень отличия изделия от образца или величину деформаций. Аналогичным образом исследуют обтекание тел потоками жидкости и газа: голограммы позволяют не только увидеть в них вихри и области уплотнений, но и оценить их интенсивность.

Голографическими методами можно распознавать образы, искать объекты, идентичные заданному, среди множества других, похожих на него. Такими объектами могут быть геометрические фигуры, фотографии людей, буквы или слова, отпечатки пальцев и т.д. На пути лазерного луча устанавливают сначала кадр, на котором может находиться искомый объект, а за ним – голограмму этого объекта. Появление яркого пятна на выходе говорит, что объект в кадре присутствует. Такая оптическая фильтрация может производиться автоматически и с большой скоростью.

Методами акустической голографии удается получать объемные изображения предметов в мутной воде, где обычная оптика бессильна [3].