Голография, ее применение, условия получения голографических изображений

Если nλ=zf то совокупность окружностей, которым соответствуют четные п, можно рассматривать как зонную пластину, имеющую двойное фокусное расстояние 2zf, совокупность окружностей с п ,кратным 3, - как пластинку с утроенным фокусным расстоянием и т.д. Такая пластинка Френеля с прямоугольным радиальным распределением почернения может выполнять функцию изображающего оптического элемента. Ее недостаток - возникновение большого числа изображений, расположенных на оси, совпадающей с главным лучом пучка нулевого дифракционного порядка.

Зонную пластинку с косинусоидальным распределением почернения можно получить в виде голограммы, на которой записан результат интерференции плоской и сферической волн по схеме Габора при условии линейности процесса регистрации. В этом случае образуются только ±1-сдифракционные порядки, т.е. только два фокуса. В случае схемы Лейта оба изображения пространственно разделены между собой и с пучком нулевого порядка.

При освещении голограммы-линзы  плоской волной возникают две  сферические волны: сходящаяся и  расходящаяся. Голографическая линза одновременно выполняет функции двух линз - выпуклой (положительной) и вогнутой (отрицательной). Направления распространения образованных сферических волн зависят от направления восстанавливающей плоской волны.

 

Голографические дифракционные решетки.

 

Наиболее распространенный вид  ГОЭ - именно голографические дифракционные  решетки (ДР), представляющие собой  зарегистрированную на светочувствительном  материале картину интерференции  двух световых пучков. Параметры голографических  решеток можно изменять в широком диапазоне с помощью схемы записи и формы поверхности, на которой регистрируется решетка.

Так, при изготовлении голографической  решетки ей можно придавать любые  фокусирующие свойства, например, получать плоские голограммы, аналогичные  по своему действию вогнутой решетке, но лишенные астигматизма последней. Голографический метод позволяет формировать ДР с любым распределением эффективности по дифракционным порядкам. Для этой цели может быть использована оптическая схема пространственной фильтрации.

В случае падения на светочувствительный  слой двух параллельных пучков под  углами φ друг к другу расстояние между интерференционными полосами определяется как d = λ/2sin (φ/2). При увеличении угла φ и уменьшении длины волны λ расстояние между штрихами уменьшается. В пределе при φ→π d→λ/2. Есть сообщения о промышленном изготовлении ДР с пространственной частотой до 6000 линий/мм.

Преимущество голографического метода еще и в том, что решетки  могут быть изготовлены весьма больших  размеров (до 600 × 400 мм). Дифракционные решетки превосходят обычные, нарезанные механическим способом, по таким параметрам, как максимальная пространственная частота и размеры, отношение сигнал/шум, возможность коррекции аберрации и др.

 

Голографические мультипликаторы.

 

Мультипликация (размножение) изображений занимает важное место в технологии производства интегральных схем для микроэлектроники. Мультиплицирование требуется при использовании группового метода изготовления изделий, в многоканальных системах обработки информации, а также в системах хранения и размножения информации и др.

Голографические мультипликаторы  с пространственным разделением  волнового фронта содержат растр  голографических элементов, каждый из которых строит изображение предмета с полем, равным единичному изображению - одному модулю. В них разделение волнового фронта, распространяющегося от объекта, осуществляется входными зрачками этих элементов, причем в каждый зрачок попадает только часть волнового фронта. Каждый элемент растра - осевая голографическая линза, концентрические кольца которой образуются в результате интерференции сферического и плоского волновых фронтов. Растр голографических линз может быть получен последовательной записью голограмм одного и того же точечного источника, образованного высококачественным (образцовым) микрообъективом. Преимущества такого мультипликатора - идентичность элементов растра, высокая разрешающая способность (особенно в центре), простота получения больших полей изображений - определяются числом мультиплицирующих элементов.

 

Голографический микроскоп.

 

Двухступенчатый метод голографии впервые позволил создать микроскоп, регистрирующий не только амплитуду, но и фазу световой волны, рассеянной объектом. Появление такого микроскопа открыло  новые возможности исследования микрообъектов, недостижимые известными методами классической микроскопии.

В безлинзовом микроскопе достичь  увеличения можно, применяя разные длины  волн или разные радиусы кривизны на стадиях получения голограмм  и восстановления волнового фронта.

 

 

4. Воспроизведение голограмм.

 

Для воспроизведения объемного  изображения голограмма помещается под излучение лазера той же длины  волны, которая использовалась при  записи голограммы. Зеркальный экран  освещается потоком опорного света  лазера и отраженного от голограммы (рис.). Происходит сложение этих волн, обратное тому сложению, которое производилось при записи голограммы, и на экране возникает объемное изображение объекта. Разумеется, при перемещении оператора по дуге около экрана его глаза не смогут увидеть больше того, что "увидел", т. е. просканировал ранее, лазер - изометрическую проекцию объекта. Однако оператору не потребуется стереоскопических очков, как при использовании стереоскопических установок.

Возможно большое увеличение масштаба изображения,

для чего не требуется сложная оптическая система. Увеличение достигается кратным изменением частоты волн, излучаемых считывающим лазером. Благодаря этому возможно создание коллективного средства объемного отображения информации.

Голографические устройства - это  своеобразные ВЗУ. Возможно составление картотеки разных объектов, которые могут воспроизводиться по мере надобности. Голограмма может быть введена в ЭВМ с помощью устройства считывания изображений - сканера, и выведена из ЭВМ и восстановлена на носителе. Для этого ее выводят на экран электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) дисплея и затем фотографируют. При этом важное значение имеют вопросы синхронизации развертки ЭЛТ и сканирования лазерного луча.

Для получения цветных изображений  объект облучается последовательно тремя лазерами - красным, синим и зеленым и создаются три голограммы по красному, синему и зеленому цветам. При воспроизведении голограммы необходима установка также с тремя лазерами.

В настоящее время разработан метод  воспроизведения голограмм, использующий освещение голограммы обычным белым светом, что делает голограммы более доступными и удобными.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Литература.

 

1) Ландсберг Г. С «Общий курс  физики: оптика.» - М: «Наука.»,1976 г.

2) Дзюбенко А.Г. «Применение голографии в технике.» - М: «Знание»,1976 г.

3) Островский  Ю.И. «Голография и ее применение.»  -  М: «Наука»,1976 г.

4) Пирожников  Л. Б. «Что такое голография.»  - М: «Московский рабочий»,1976 г.

5) Смородинский  Я. А., Сороко Л. М. «Успехи  голографии.(Интерференция, голография, когерентность.)» - М: «Знание»,1970 г.