close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Основные сведения о голографии

код для вставкиСкачать
Это небольшое введение ставит целью ознакомить читателей сайта с самыми основными принципами голографии.
191126, г. Санкт-Петербург, ул. Звенигородская д.1, оф. 20
тел. (812) 164-7211, 278-4703
http
://
www
.
artlaser
.
com
info
@
artlaser
.
com
Design and advertisi
ng
Основные сведения о голографии.
Это небольшое введение ставит целью ознакомить читателей сайта с самыми
основными принципами голографии. Сам термин (
Holography
) образован сочетанием слов
"полный, весь" и "рисовать, записывать", так что уже в само это понятие автор заложил особый
взгяд на эту технологию, как способ "наиболее полной записи образа объекта". В наиболее
общем виде идея голографии может быть сформулирована так - если мы каким-то способом
точно зафиксируем структуру светового поля, которое исходит от объекта, запишем ее на
какой-либо носитель и затем восстановим это поле с достаточной точностью, то наблюдатель
не сможет различить, наблюдает ли он сам объект или же эту имитацию.
В более узком смысле термин "голография" как раз и представляет одну их технологий
(точнее пакет технологий, объединенных общей идеей) такой "полной" записи волнового поля.
Мы не будем здесь обсуждать разные волновые оптические тонкости, требующие для полного
понимания хорошего знакомства с основами волновой оптики и лазерной техники, а просто
расскажем как именно изготавливаются голограммы и какими свойствами, в отличии от
фотографии, они обладают. Один мой корреспондент спросил меня, какая именно периферийная аппаратура к
компьютеру нужна для организации голографической студии. Он был страшно удивлен и долго
не мог поверить, что для изготовления голограмм компьютеры вообще не нужны. Это чисто
оптический процесс, но по объему информации, записываемой и участвующей в этом процессе,
голография может сравниться с любым суперкомпьютером.
Основная физическая идея состоит в том, что при наложении двух световых пучков,
при определенных условиях может возникать интерференционная картина, то есть в
пространстве возникают максимумы и минимумы интенсивности света (это подобно тому как
две системы волн на воде при пересечении образуют чередующиеся максимумы и минимумы
амплитуды волн). Для того чтобы эта интерференционная картина была устойчивой какое-то
время, и ее можно было записать, эти два пучка должны обладать определенными свойствами,
в оптики говорят, что они должны быть взаимно когерентными, а мы для простоты скажем, что
у них должны быть одна и та же длина волны, и кроме этого, за время регистрации должна
быть одна фаза колебаний. Практически это достигается тем, что две пучка образуются
делением пучка одного источника излучения, но и этого недостаточно - сам источник должен
быть специальный, излучающий строго одну длину волны, и такой источник - лазер со
специальными параметрами излучения. Тик длина волны света достаточно мала, то расстояние между интерференционными
максимумами и минимумами тоже мало - порядка 1 мкм, так что для регистрации нужны
специальные мелкозернистые фотоэмульсии.
Рис.1. Схема записи пропускающей
голограммы
Если все это есть в наличии - лазер, фотоэмульсия и объект для съемки, все остальное
уже предельно просто (это, я надеюсь, не читают специалисты о голографии). Самая простая
схема съемки голограммы представлена на рис.1. Мы расщепляем лазерный луч на два пучка,
расширяем их оптикой, чтобы осветить весь объект целиком, один пучок, который называется
"объектным" ма направляем на объект, освещая его так, чтобы отраженное от него излучение
попадало на фотопластинку, второй пучок, который называет "опорным" мы направим прямо на
фотопластинку. Эти два пучка будут интерферировать на поверхности фотопластинки и после
проявления мы ничего полезного на поверхности этой пластинки не увидим. При рассмотрении
под микроскопом поверхность пластинки будет покрыта множеством интерференционных
линий, колец. Это и есть запись структуры волнового поля, отраженного объектом. Просто так
вы ничего с этим сделать не сможете, точно также, как если бы у Вас был CD
-диск без
проигрывателя.
Мы описали технологию изготовления так называющей "пропускающей" голограммы.
Если теперь эту голограмму осветить пучком лазерного света (напросвет, отсюда и название -
пропускающая), см рис.2. - то мы можем увидеть восстановленное изображение, которое будет
находиться точно в том месте, где ранее, при съемке, находился объект. А произошло вот что -
чистый лазерный свет, проходя через фотопластинку с записанной ранее структурой светового
поля приобретает все свойства светового потока, который ранее, при записи, отражался
объектом. И мы видим этот объект - причем полностью объемным.
Рис.2. Схема восстановления изображения,
записанного на пропускающей голограмме. Можно записать не пропускающую, а отражающую голограмму, для этого схема записи
должна быть несколько иной, опорный и объектный пучки должны падать на фотоэмульсию с
разных сторон (рис.3). Кроме того, чтобы фотопластинка стала работать в режиме отражения
света, нужна специальная химическая обработка для того, чтобы она стала рельефной, а также
покрытие рельефа отражающим слоем.
Рис.3. Схема записи отражательной
голограммы
Теперь приведем целый список недостатков всей этой технологии
·
Для просмотра голограммы обязательно нужен лазер
·
Изображение будет монохромным, причем строго того цвета, что и цвет излучения
лазера, который используется при восстановлении изображения.
·
Смотреть восстановленное лазером изображение очень неприятно - глаза сильно устают
от присущих когерентному излучению побочных эффектов, типа спеклов, которые
проявляются в виде случайного светового шума по всему полю зрения.
·
Изображение хотя и объемное, но расположено за плоскостью фотопластинки, в
глубине, так что эффект от его объемности не проявляется в полной мере.
Было найдено несколько вариантов решения проблемы изготовления голограмм,
видимых в обычном свете. Одно из самых революционных было сделано в нашем городе
оптиком Денисюком, и голограммы этого типа называются толстослойными голограммами, или
голограммами Денисюка. Вначале изготавливаются обычные пропускающие голограммы по
описанной выше технологии, а потом уже с этих голограмм (которые называются мастер-
голограммами) изготавливают в режиме копирования голограммы Денисюка.
Прежде чем описать процедуру копирования или реплицирования голограмм,
расскажем о принципе работы толстослойной голограммы. Само название указывает на то, что
в этой голограмме используется специальная эмульсия с повышенной толщиной слоя. В
школьном курсе физики объясняется, почему бензиновые пленки на воде окрашены в цветные
тона. Это происходит потому, что две световых волны, отраженные, - первая, от граница
воздух-бензин, вторая, от границы бензин-вода, интерферируют между собой, и гасятся или
усиливаются в зависимости от длины волны света и толщины пленки. Этим же объясняется и
цвет пленочных просветляющих покрытий на фотографической оптике. Когда опорный и объектный лазерный пучок интерферируют между собой в
толстослойной эмульсии, то в результате образуется не только плоская картина
интерференционных колец, но и система слоев почернения, расположенных в глубину
эмульсии. Шаг между этими слоями также определяется длиной волны лазерного излучения и
углом между фронтами опорной и объектной световых волн (Рис.4). То есть толстослойная
голограммма - это не двумерная картина светового поля, а трехмерная, за счет этого она
обладает дополнительными полезными свойствами. В частности, система плоскостей
почернения является встроенным фильтром, который сам выделяет из белого света ту длину
волны, которой было записано голографическое изображение. Для остальных длин волн вся эта
система полос, пятен и слоев представляет собой полный хаос, шум и только на "родную" длину
волны голограмма реагирует и восстанавливает записанное изображение.
Рис.4. В экспонированной толстослойной
эмульсии образуется объемная система
дифракционных пятен, расположенная и в
глубину слоя эмульсии.
В принципе, на толстослойную голограмму можно записать несколько изображений с
разными длинами волн, то есть разного цвета, а это значит, что можно изготавливать и
полноцветные объемные изображения, причем видимые в обычном белом свете. Но так как
технология полноцветной голографии еще в состоянии развития, пока мы эту тему обсуждать
не будем. Таким образом, мы просто изготавливаем копию пропускающей мастер-голограммы на
толстослойной фотопластинке, используя лазер с длиной излучения в диапазоне красного цвета.
Схема такого копирования изображена на рис.5. Рис.5. Схема изготовления копии мастер-
голограммы. При копировании
восстанавливаемое объектным пучком
изображение (нанесено пунктиром) снова
записывается на фотопластинку, освещаемую
опорным пучком. Из изложенного выше следует, что результат нашего труда будет формировать при
освещении видимым светом изображение красного цвета. Это верное рассуждение, если не
учитывать процесс усадки эмульсии толстослойной голограммы, за счет которого расстояние
между интерференционными слоями, идущими в глубину слоя эмульсии уменьшается и
"родная" длина волны смещается в синюю область спектра. Технологи отработали процессы
проявления с контролируемой усадкой и, таким образом, смещают цветовую гамму в нужную
область. При печати копии можно регулировать положение изображения относительно
плоскости толстослойной голограммы. Для этого можно освещать мастер-голограмму лазерным
пучком не с плоским волновым фронтом, а расходящимся пучком, тогда восстановленное
изображение будет помещаться прямо в апертурной рамке голограммы-копии. Если вы делаете
портрет, то очень важно, какая часть носа будет торчать наружу из голограммы. При съемке
голографических портретов в ателье обычно настройку положения изображения относительно
плоскости портрета проводят в присутствии заказчика и только потом производят
окончательное копировние. О разных других подробностях можно говорить долго, есть несколько иные технологии,
например, "радужные" голограммы, есть технология компьютерного синтеза голограмм, это
очень быстро развивающееся направление, есть технологии дешевой печати копий голограмм
на пленках, голография применяется также в промышленности для точных измерений.
Для продолжения знакомства с голографией прочитайте статью "Искусство
голографии", в которой изложены уже не технические вопросы, а обсуждаются
изобразительные и художественные особенности голограмм.
Автор
Онотоле
Документ
Категория
Физика
Просмотров
819
Размер файла
350 Кб
Теги
голография
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа