Принцип получения голограмм

Лекция 15 Основы оптической голографии

 

1 Принцип получения голограмм

2 Типы голограмм. Плоские и объемные голограммы

3 Свойства голограмм

Голография(от греч. holos - весь, полный и gdapho – пишу) – способ записи (рисунок 15.1) и восстановления волнового поля, основанный на регистрации интерференционной картины, которая образована волной, отраженной предметом, освещаемым источником света (предметная волна), и когерентной с ней волной идущей непосредственно от источника (опорная волна). Зарегистрированная интерференционная картина называется голограммой.

 

 

 

 

Голограмма, освещенная опорной волной, создает такое же амплитудно-фазовое пространственное распределение волнового поля, которое создавала при записи предметная волна (рисунок 15.2). Таким образом, в соответствии с принципом Гюйгенса-Френеля, голограмма преобразует опорную волну в копию предметной волны.

 

 

 

 

 

Основы голографии заложены в 1948 г. физиком Д. Габором (Великобритания). Желая усовершенствовать электронный микроскоп, Габор предложил регистрировать информацию не только об амплитудах, но и о фазах электронных волн посредством наложения на предметную волну попутной когерентной опорной волны. Модельные оптические опыты Габора положили начало голографии. Однако отсутствие мощных источников когерентного света не позволило ему получить качественных голографических изображений. Второе рождение голография пережила в 1962 − 1963 гг., когда американские физики Э. Лейт и Ю. Упатниекс применили в качестве источника света лазер и разработали схему с наклонным опорным пучком, а Ю.Н. Денисюк осуществил запись голограммы в трехмерной среде, объединив, таким образом, идею Габора с цветной фотографией Липпмана. К 1965 – 1966 гг. были созданы теоретические и экспериментальные основы голографии. В последующие годы развитие голографии шло главным образом по пути совершенствования ее применений.

Допустим, что интерференционная структура, образованная опорной и предметной волнами, зарегистрирована в позитивном фотоматериале. В таком случае участки голограммы с максимальным пропусканием света соответствуют тем участкам фронта предметной волны, в которых ее фаза совпадает с фазой опорной волны. Эти участки тем прозрачнее, чем большей была интенсивность предметной волны. Поэтому при последующем освещении голограммы опорной волной в ее плоскости образуется то же распределение амплитуды и фазы, которое было у предметной волны, чем и обеспечивается восстановление последней.

Для восстановления предметной волны голограмму освещают источником, создающим копию опорной волны. В результате дифракции света на голографической структуре в дифракционном пучке первого порядка восстанавливается копия предметной волны, образующая неискаженное мнимое изображение предмета, расположенное в том месте, где предмет находился при голографировании. Если голограмма двухмерная, то одновременно восстанавливается сопряженная волна минут первого дифракционного порядка, образующая искаженное действительное изображение предмета. Углы, под которыми распространяются дифракционные пучки нулевых и первых порядков, определяются углами падения на фотопластинку предметной и опорной волн. В схеме Габора источник опорной волны и объект располагались на оси голограммы (осевая схема). При этом все три волны распространялись за голограммой в одном и том же направлении, создавая взаимные помехи. В схеме Лейта и Упатниекса такие помехи были устранены наклоном опорной волны (внеосевая схема).

Интерференционная структура может быть зарегистрирована светочувствительным материалом одним из следующих способов:

1) в виде вариаций коэффициентов пропускания света или вариаций коэффициентов отражения. Такие голограммы при восстановлении волнового фронта модулируют амплитуду освещающей волны и называются амплитудными.

2) В виде вариаций коэффициента преломления или толщины (рельефа). Такие голограммы при восстановлении волнового фронта модулируют фазу освещающей волны и поэтому называются фазовыми.

Часто одновременно осуществляется фазовая и амплитудная модуляция. Например, на обычной фотопластинке регистрируется интерференционная структура в виде вариаций почернения, показателя преломления и рельефа. После отбеливания голограммы остается только фазовая модуляция.

Зарегистрированная на фотопластинке интерференционная структура обычно сохраняется долго, то есть процесс записи отделен от процесса восстановления (стационарные голограммы).

Однако существуют фоточувствительные среды (некоторые красители, кристаллы, пары металлов), которые почти мгновенно реагируют фазовыми или амплитудными характеристиками при изменении освещенности. При этом голограмма существует во время воздействия на среду предметной и опорной волн. Восстановление волнового фронта производится одновременно с записью вследствие взаимодействия опорной и предметной волн с образованной ими же интерференционной структурой (динамические голограммы).

На принципах динамической голографии могут быть созданы системы постоянной и оперативной памяти, корректоры излучения лазеров, усилители изображений, устройства управления лазерным излучением и устройства обращения волнового фронта.