Исследование голограмм элементарных объектов

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ГОЛОГРАММ

ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ОБЪЕКТОВ

Цель работы. Ознакомиться с методами получения плоских голограмм простейших объектов и с факторами, влияющими на информационную емкость голограммы.

Основные положения. Голограмма - это интерференционная картина, возникающая при сложении двух когерентных волн: опорной с известным распределением фаз (как правило, плоской) и предметной, отраженной или прошедшей через исследуемый объект. Плотность мощности излучения I в каждой точке плоскости регистрации голограммы пропорциональна квадрату  напряженности Е_с  суммарного электрического поля и составляет

I = АE_c² = А (E₁² + 2E₁E₂ cos Dj + E₂²),

где А – размерный множитель; Dj -  разность фаз двух волн  (Е₁ и E₂) в данной точке.

Для некогерентного излучения, когда Dj  меняется во времени случайным образом, cos Dj может приобретать значения от - 1 до +1. При этом быстрые изменения cos Dj, происходящие с частотой светового поля, не отслеживаются фотоприемниками,   инерционность которых намного больше периода колебаний поля. Тогда в результате усреднения во времени слагаемое 2E₁E₂ cos Dj  обращается в 0 и происходит простое сложение плотностей мощности падающих волн. Для когерентного потока фазы каждой из интерферирующих в данной точке волн, а следовательно, и разность фаз Dj имеют фиксированное значение. В итоге в зависимости от значения Dj  в каждой точке плоскости регистрации имеются свои значения E_c и I, а в плоскости регистрации возникает рельеф плотности мощности. Этот микрорельеф несет полную информацию о предметной волне – о пространственном распределении в ней амплитуд и фаз и, - таким образом, содержит полные сведения об объекте. Для обеспечения максимального контраста рельефа требуется уравнивать амплитуды напряженностей двух волн. При выполнении равенства Е₁ = E₂ = E для суммарной напряженности E_c получим: E_max = 2E и E_min = 0.

 В зависимости от вида светочувствительной регистрирующей среды различают плоские и объемные голограммы. Запись плоских голограмм проводится  с использованием традиционных и достаточно отработанных регистрирующих средств, в основном фотопластины с высоким разрешением. Поэтому на сегодняшний день эти голограммы достаточно широко распространены, несмотря на то, что для их расшифровки обязательно  требуется излучение лазера. Объемные голограммы основаны на использовании  относительно дорогих объемных регистрирующих сред, часть которых находится в стадии разработки, но для их расшифровки достаточно иметь параллельный пучок некогерентного излучения. Промежуточное место занимают голограммы в толстых пленках, их расшифровка также производится параллельным пучком некогерентного излучения. Вследствие низкой чувствительности регистрирующих сред высокого разрешения времена записи голограмм оказываются большими и составляют единицы - десятки секунд.

При облучении зарегистрированной на фотопластине голограммы в ней за счет взаимодействия излучения с микроструктурой возникает рассеянная волна с таким пространственным распределением амплитуд и сред, которое создавала предметная волна при записи голограммы, т. е. наблюдатель видит оптическую волну, как бы исходящую от самого предмета. В итоге  получается его объемное изображение, которое можно рассматривать под разными углами. Широкое практическое  использование получила художественная голография - это получение объемных изображений предметов искусства для музеев, используемых в рекламных и оформительских целях. Другое не менее важное применение голографии - это техническое использование: метрология, неразрушающие методы контроля, исследование кристаллов, биологических объектов, создание запоминающих устройств ЭВМ, создание плоских оптических элементов: фокусирующих линз, отклоняющих элементов, голографических дифракционных решеток и т. д.