«Это интересный вопрос. Я люблю поболтать о таких теориях.»
Рэй Бредбери «Ржавчина»
Для того, что бы разобраться в этом, надо в первую очередь уяснить, какие вообще бывают голограммы. Голограмма – это, по сути, сложная дифракционная решетка. Голограммы, как и дифракционные решетки, бывают нескольких видов:
- амплитудные, когда дифракционная структура образуется за счет амплитудной модуляции пропускающей способности регистрирующей среды;
- фазовые, когда модуляция реализуется за счет изменения коэффициента преломления или толщины регистрирующей среды;
- рельефные голограммы формируют изображение за счет изменения высоты микрорельефа поверхности голограммы;
- двумерные, когда толщина модулирующей среды соизмерима с длиной записывающей волны;
- трехмерные голограммы записываются в объеме регистрирующей среды, которая имеет толщину нескольких длин записывающей волны;
- пропускающие голограммы восстанавливают волновой фронт пучком, проходящим сквозь голограммную структуру;
- отражательные формируют волновой фронт изображения в процессе отражения пучка света от голограммной структуры.
Для нас наибольшее значение имеют два типа голограмм – амплитудные и фазовые. Они характеризуются в первую очередь таким показателем, как дифракционная эффективность.
Дифракционная эффективность (ДЭ) показывает, какой процент энергии восстанавливающей волны преобразуется в энергию восстановленного волнового фронта.
Амплитудные голограммы имеют очень низкую яркость или дифракционную эффективность порядка 10%, а ДЭ фазовых голограмм может достигать 90%. Другими словами, амплитудные голограммы имеют очень низкий КПД преобразования света в голографическое изображение. Поэтому на практике амплитудные голограммы превращают в фазовые, используя процесс отбеливания.
Отбеливание в фотографическом процессе – это превращение кристаллов проявленного серебра в прозрачные нерастворимые соли с высоким коэффициентом преломления.
А вот от чего тогда зависит, в конечном счете, дифракционная эффективность голограммы? В первую очередь ДЭ определяется коэффициентом модуляции сигнала. В случае фазовой голограммы она пропорциональна отношению коэффициентов преломления зерен «отбеленного» серебра и желатины и линейностью свойств голограммной структуры. Вообще, это очень непростая задача математического моделирования показателя ДЭ голограммы. Что бы не забивать голову читателя сложными формулами, рассмотрим вопрос регистрации и воспроизведения голограммы с качественных позиций.
У каждого галогенидосеребряного фотоматериала есть экспозиционная кривая (график 1).
Её значение хорошо понимают кинооператоры и фотографы-профессионалы. Для нас тоже несложно понять, что же она собой представляет. Каждая точка кривой показывает степень потемнения экспонированного и проявленного фотоматериала в зависимости от величины экспозиции, т.е. количества световой энергии, попавшей на единицу поверхности фоточувствительного слоя.
У этой кривой есть, так называемый, линейный участок, заключенный между синими вертикальными линиями координатной сетки. Именно на этом участке величина потемнения эмульсии будет пропорциональна величине экспозиции. Кинооператор установит освещение, диафрагму и выдержку как раз в соответствии со значениями, соответствующими средней точке экспозиционной кривой. Именно линейная пропорциональность обеспечит правильную цветопередачу и наибольшую широту передачи яркостей картинки на фотоснимке. То же самое актуально и при записи голограмм для передачи широкого линейного диапазона яркостей голографического изображения.
Рассмотрим графики 2; 3; 4 и 5.
На графике (2) изображена картина амплитудной модуляции голографической решетки, записанной при экспозиции интерференционной картины, соответствующей средней точке линейного участка экспозиционной кривой (график 1).
Графики (3и4) принадлежат экспозиции в границах нижней и верхней точек линейного участка кривой (1) соответственно. Недоэкспонирование при записи голограммы (график 3) приводит к низкому уровню амплитуды модуляции и, соответственно, столь же низкому значению ДЭ. Переэкспонированная голограмма (график 4) имеет не только низкие показатели модуляции, но и высокие значения шумов (см. график 5). Синусоидальная форма дифракционной картины будет искажена и начнет стремиться в вершинах к прямоугольной форме. Это в свою очередь порождает множество высокочастотных гармоник при разложении этой функции в ряд Фурье. Изображение на отражательной голограмме Денисюка будет иметь сизоватый оттенок и низкую дифракционную эффективность.
Представление о природе голографической записи, как о чисто фотографическом процессе не совсем верно. Для того, что бы понять это, рассмотрим график зависимости дифракционной эффективности от значений экспозиции (график 6). ДЭ вначале растет пропорционально величине экспозиции, затем плавно начинает уменьшаться и, наконец, резко падает вниз.
На переэкспонированных голограммах самые светлые участки выглядят серыми и даже черными пятнами на изображении, общая картина получает сизоватый оттенок и сильный шум в тенях. На цветных голограммах искажается цветопередача, а яркость восстановленного изображения заметно падает.
Кстати, при многократном экспонировании голограммы в случае так называемой мультиплексной записи, величину экспозиции следует уменьшать во столько раз, сколько производится последовательных экспозиций. В противном случае мы обязательно переэкспонируем голограмму. Поэтому ДЭ мульти экспонированной голограммы уменьшится обратно пропорционально корню квадратному числа экспозиций.
Цветные голограммы тоже относятся к мультиплексным голограммам, поэтому их ДЭ будет всегда меньше ДЭ монохромной голограммы в 1,7 раза при одновременной записи трех цветов и в 2 раза – четырех!
Голограммы, предназначенные для последующего копирования, экспонируют в линейной области экспозиционной кривой с целью уменьшения вероятности появления шума на копии. Поэтому мастер – голограммы должны иметь низкие значения отношения «сигнал-шум».
Как правило, яркие голограммы при копировании начинают сильно шуметь в глубоких тенях, и восстановленные изображения выглядят погруженными в неприятную дымку, сразу же исчезает впечатление реалистичности пространственной сцены.
