Голография [1] (от греч. holos — весь, полный и grapho — пишу) - это способ записи и восстановления интерференционной картины, образованной в результате сложения волн (рис.), идущих к предмету от источника света (опорные волны) и отраженных предметом (предметные волны). Зарегистрированная (записанная на фотопластинку) интерференционная картина называется г о л о г р а м м о й.
Голограмма, освещаемая в последствии опорной волной, создаёт такое распределение волнового поля, что наблюдатель видит на месте исходного предмета его виртуальную копию («виртуальный» º «возможный», т.е. существующий только при наличии опорного поля). Этим эффектом широко пользуются, например, при создании голографических витрин для демонстрации дорогостоящих ювелирных изделий.
Основы голографии были заложены в 1948 Д. Габором. В 1962—1963 Ю.Н. Денисюк осуществил запись голограммы в трёхмерной среде, объединив тем идею Габора с цветной фотографией Липмана.
Зарегистрированная на фотопластинке голограмма представляет собой простую или сложную структуру из темных и светлых участков. Темные (засвеченные) участки соответствуют областям интерференции предметной и опорной волн, в которых интенсивность суммарной волны возросла (конструктивная интерференция), светлые - областям со сниженной вплоть до нуля интенсивностью суммарной волны (деструктивная интерференция).
Свойства голограмм
1. Основное отличительное свойство голограммы от фотографического снимка состоит в том, что на фотоснимке фиксируется собственное плоское изображение предмета, в то время как на голограмме информация о предмете записывается в виде некоторой структуры из темных и светлых пятен, которые без освещения опорной волной визуально ничего общего с предметом не имеют.
2. В тех случаях, когда при записи голограммы свет от каждой точки объекта попадает на всю поверхность голограммы, каждый малый участок последней способен восстановить всё изображение объекта. Однако, меньший участок голограммы восстанавливает меньший участок волнового фронта, что зрительно выражается в меньшей контрастности виртуальной копии предмета.
3. Полный интервал яркостей, передаваемый фотоснимком, как правило, не превышает одного-двух порядков, между тем как голограмма несет гораздо более сильные перепады яркостей (пять-шесть порядков), если не превышаются пределы линейного диапазона чувствительности материала голограммы. Влияние нелинейности на изображение сводится к усилению фона, появлению ореолов, искажению относительных интенсивностей разных точек объекта, а иногда и к появлению ложных изображений.
4. Если при восстановлении виртуальной копии предмета освещать голограмму опорным источником, расположенным относительно голограммы так же, как и при её экспонировании, то восстановленное мнимое изображение совпадет по форме и положению с исходным предметом. Изменение положения опорного источника и/или изменение длины его волн (цвета) приводит к деформации виртуальной копии предмета.
5. Минимальное расстояние между двумя соседними точками предмета, которые можно ещё увидеть раздельно при наблюдении изображения предмета с помощью голограммы, называются разрешающей способностью голограммы. Она растёт с увеличением размеров голограммы.
Трехмерные голограммы представляют собой объёмные (многослойные) структуры, в которых узлы конструктивной и деструктивной интерференции регистрируются в виде изменений, связанных с преломляющими или отражающими свойствами среды. Такие структуры при освещении опорным пучком восстанавливают объемную виртуальную копию предмета (рис.). Пучки, отражённые от разных слоев, усиливают друг друга, что автоматически выполняется лишь для той длины волны, в свете которой регистрировалась голограмма.
Это приводит к избирательности голограммы в отношении к длине волны источника, в свете которого происходит восстановление виртуальной копии предмета. При этом возникает возможность восстанавливать изображение с помощью источника света со сплошным спектром (лампа накаливания, Солнце). Если голограмма экспонировалась в свете, содержащем несколько спектральных линий (например, синюю, зелёную и красную), то для каждой длины волны образуется своя трёхмерная интерференционная структура. Соответствующие длины волн будут выделяться из сплошного спектра при освещении голограммы, что приведёт к восстановлению не только формы предмета, но и его цвета.
Источники света в голографии
Наиболее подходящим для голографии является лазерное излучение, обладающее высокой пространственной и временной когерентностью, т.е. согласованностью и постоянством параметров волны в пространстве и во времени, при огромной мощности излучения.
Применения
Записанная на голограмме картина интерференции световых волн при ее восстановлении создает полную иллюзию существования объекта, неотличимого от оригинала. Изображение объекта можно осматривать с разных направлений, т.е. оно является трёхмерным. Эти свойства голограммы используются в лекционных демонстрациях, при создании объёмных копий произведений искусства, голографических портретов. Трёхмерные свойства голографических изображений используются для исследования движущихся частиц, капель дождя или тумана.
Голография также применяется для хранения и обработки информации. Информация об объекте, записанная в виде интерференционной структуры, однородно распределена на большой площади. Это обусловливает высокую плотность и большую надёжность записи информации.
Голограмма может быть изготовлена не только оптическим методом, но и рассчитана на ЭВМ (цифровая голограмма). Машинные голограммы используются для проектирования объёмных изображений ещё не существующих объектов и служат эталонами для интерференционного контроля сложных оптических поверхностей изделий.
Литература:
1. Физический энциклопедический словарь М. Советская энциклопедия. 1984, С. 129-134.