Свойства голограмм

Основное свойство голограммы, отличающее ее от фотографического снимка, состоит в том, что на снимке регистрируется только распределение амплитуды падающей на него предметной волны, а на голограмме, кроме того, регистрируется и распределение фазы предметной волны относительно фазы опорной волны. Информация об амплитуде предметной волны записана на голограмме в виде контраста интерференционного рельефа, а информация о фазе – в виде формы и частоты интерференционных полос. В результате при освещении голограммы опорной волной восстанавливается копия предметной волны.

Свойства голограммы, регистрируемой обычно на негативном фотоматериале, остаются такими же, как и при позитивной записи – светлым местам объекта соответствуют светлые места восстановленного изображения, а темным – темные. Это легко понять, принимая во внимание, что информация об амплитуде предметной волны заключена в контрасте интерференционной структуры, распределение которого на голограмме не меняется при замене позитивного процесса негативным. При такой замене фоточувствительного материала только сдвигается на фаза восстановленной предметной волны. Это незаметно при визуальном наблюдении, но иногда проявляется в голографической интерферометрии.

В тех условиях, когда при записи голограммы свет от каждой точки объекта попадает на всю поверхность голограммы, каждый малый участок последней способен восстановить все изображение объекта. Однако меньший участок голограммы восстановит меньший участок волнового фронта, несущего информацию об объекте. Если этот участок будет очень мал, то качество восстановленного изображения ухудшается. При записи голограмм сфокусированного изображения каждая точка объекта посылает свет на соответствующий ей малый участок голограммы. Поэтому фрагмент такой голограммы восстанавливает лишь соответствующий ему участок объекта.

Полный интервал яркостей, передаваемый фотографической пластинкой, как правило, не превышает одного – двух порядков, между тем реальные объекты часто имеют значительно бóльшие перепады яркостей. В голограмме, обладающей фокусирующими свойствами, используется для построения наиболее ярких участков изображения весь свет, падающий на всю ее поверхность, и она способна передать градации яркости до пяти – шести порядков.

Если при восстановлении волнового фронта освещать голограмму опорным источником, расположенным относительно голограммы так же, как и при ее экспонировании, то восстановленное мнимое изображение совпадает по форме и положению с самим предметом. При изменении положения восстанавливающего источника, при изменении его длины волны или ориентации голограммы и ее размера соответствие нарушается. Как правило, такие изменения сопровождаются аберрациями восстановленного изображения.

Минимальное расстояние между двумя соседними точками предмета, которые еще можно видеть раздельно при наблюдении изображения предмета с применением голограммы, называют разрешающей способностью голограммы. Она увеличивается с увеличением размеров голограммы. Угловое разрешение круглой (диаметра D) голограммы определяется по формуле: . Угловое разрешение голограммы квадратной формы со стороной квадрата, равной L, определяется по формуле: . В большинстве схем голографирования предельный размер голограммы ограничивается разрешающей способностью регистрирующего фотоматериала. Это обусловлено тем, что увеличение размеров голограммы сопряжено с увеличением угла между предметным и опорным пучками и с увеличением пространственной частоты . Исключением является схема безлинзовой фурье-голографии, в которой пространственная частота интерференционной структуры не увеличивается при увеличении размеров голограммы.

Яркость восстановленного изображения определяется дифракционной эффективностью, которая определяется как отношение светового потока в восстановленной волне к световому потоку, падающему на голограмму при восстановлении. Она определяется типом голограммы, условиями записи, а также свойствами регистрирующего материала. Максимально достижимая дифракционная эффективность голограмм составляет:

- для двумерных пропускающих голограмм – амплитудных – 6,25 %; фазовых – 33,9 %;

- для двумерных для отражающих голограмм – амплитудных − 6,25% ; фазовых − 100 %;

- для трехмерных пропускающих голограмм – амплитудных – 3,7%; фазовых − 100 %;

- для трехмерных отражающих голограмм – амплитудных – 7,2%; фазовых − 100 %.

При восстановлении голограмм создается полная иллюзия существования объекта, неотличимого от оригинала. Это свойство голограмм используется в лекционных демонстрациях, при создании объемных копий произведений искусства, голографических портретов. Трехмерные голографические изображения используются при исследовании движущихся частиц, капель дождя или тумана, треков ядерных частиц в пузырьковых и искровых камерах.

Объемность изображения делает перспективным создание голографического кино и телевидения. Главная трудность при этом – создание огромных голограмм, которые могло бы наблюдать одновременно большое число зрителей. Кроме того, голограмма должна быть динамической. Для создания голографического телевидения необходимо преодолеть трудность, обусловленную необходимостью расширения на несколько порядков полосы частот, чтобы осуществлять передачу объемных движущихся изображений.

Одним из первых применений голографии было исследование механических напряжений.

Голография применяется для хранения и обработки информации. При этом обеспечивается большая плотность записи и надежность записи.

С помощью голографических устройств осуществляются различные волновые преобразования, в том числе обращение волнового фронта в целях исключения оптических аберраций.

Голограмма может быть изготовлена не только оптическим методом, но и рассчитана на ЭВМ (цифровая голограмма). Машинные голограммы используются для получения объемных изображений еще не существующих объектов. Машинные голограммы сложных оптических поверхностей используют как эталоны для интерференционного контроля поверхностей изделий.

Известна также акустическая голография, которая может сочетаться с методами визуализации акустических полей.