Изучение голографического метода записи информации и восстановление голограмм в пучках с плоским фронтом (Лабораторная работа № 13ол)

Лабораторная   работа  13ол

ИЗУЧЕНИЕ ГОЛОГРАФИЧЕСГО МЕТОДА ЗАПИСИ ИНФОРМАЦИИ И ВОССТАНОВЛЕНИЕ ГОЛОГРАММ В ПУЧКАХ С ПЛОСКИМ ФРОНТОМ

Введение

Голография и фотография – это два способа записи на фото­пленку информации о предметах. Но голографический и фотографический способы записи резко отличаются друг от друга.

Голограмма в соответствии со своим названием (от греческо­го "полная запись") отражает все стороны видимой картины, в том числе и объемность изображения. На фотографии же вся глубина реальных предметов зажата в одной плоскости.

Первая фотография была получена и продемонстрирована французским ученым Луи Жаком Манде Дагерром в 1839 году.

В 1891 году другой  французский ученый Габриэль Липпан раз­работал метод цветной фотографии (запись интерференционной кар­тины световых волн на фотопластинке) и получилпервую цветную фотографию солнечного спектра.

А в 1947 году английский физик (венгр по национальности) Деннис Габор предложил новый метод фотографической записи трех­мерного изображения предметов, сформировав основы голографии.

Экспериментальное воплощение и дальнейшая разработка это­го метода записи стали возможными после появления в 1960 годуисточников света высокой степени когерентности - лазеров.

Большой вклад в эту область исследования внесли советский физик Ю.Н.Денисюк и американские ученые Э.Лейт, Ю.Упатниекс, Дж.Строук и др.

В настоящее время голографические методы и разработка самых разнообразных их применений (получение объемных изображений, геологическая разведка, исследование плазма, распознавание обра­зов, голографическое кино и телевидение, радиоголография,  голографическая интерферометрия, создание суперЭВМ с голографической памятью и т.д.) находят широкое распространение.

Краткая теория

Голографический способ записи объекта ("голография") - ме­тод регистрации волнового фронта рассеянного когерентного излу­чения, который позволяет зафиксировать информацию и об амплиту­де, и о фазе рассеянной объектом волны.

Это возможно, так как распределение интенсивности в интер­ференционной картине описывается формулой:

                                  (1)

где Е₁ - амплитуда первой (предметной) волны, идущей от предмета;

Е_о - амплитуда второй (опорной) когерентной волны, идущей от источника света; j ₂-j ₁  - разность фаз; Е  - результирующая амплитуда, при этом интенсивность излучения пропорциональна квадрату результирующей амплитуды (I~E) и определяется как амплитудой интерферирующих волн, так и разностью их фаз.

Идея голографирования состоит в том, что фотографируется распределение интенсивности в интерференционной картине, возни­кающей при суперпозиции волнового поля, объекта и когерентной ему опорной волны известной фазы. Последующая дифракция света на зарегистрированном распределении почернений в фотослое восстанав­ливает волновое поле объекта и допускает изучение этого поля при отсутствии  объекта наблюдения.

Для получения голограмм необходимо объект освещать лазерным светом, обладающим достаточно высокой пространственной и времен­ной когерентностью.

Примечание. По методу Ю. Денисюка  можно наблюдать голограммы с источником света со сплошным спектром: либо лампа накаливания, либо Солнце. Суть метода заключается в том, что запись голограмм проводится на фотопластинках с толстым эмульсионным слоем.  Та­ким образом интерференционная картина записывается не только на поверхности - в двухмерном измерении, но и в глубине, т.е.  за­пись картины должна быть трехмерная.

Схема голографии

Пусть предмет П (рис.1) освещается светом от когерентно­го источника света - лазера (Л), и в некоторой плоскости Р волна света, рассеянная предметом, может быть представлена моно­хроматической когерентной волной с комплексной амплитудой:

                                                      (2)

где  А₁  и  j - действительные величины: амплитуда и фаза колебаний, т.е. в каждой точке плоскости Р рассеянная световая волна характеризуется функцией распределения фаз j (х,у) и функцией распределения амплитуд А (х,у),

                                  Рис.1.Схема записи голограммы

Поместим в плоскость Р фотопластинку ФП. На ней зарегистри­руется интенсивность световойволны, идущей от предмета:

                                                                         (3)

т.е. информация о фазе полностью теряется. Для сохранения инфор­мации о распределении фаз необходимо создать интерференционную картину. Для этого на фотопластинку ФП от зеркала "З" направля­ется второй пучок света, так называемый "опорный" луч под углом  q   к плоскости пластины.