Итак, дорогие друзья, вы видели когда-то удивительные трехмерные изображения, которые каким-то образом спрятаны в плоскости толщиной всего несколько микрометров. Хотите узнать секрет их записи и воспроизведения? Тогда начнем с истории открытия этого метода, названного в 1947 году ГОЛОГРАФИЕЙ первооткрывателем английским ученым Деннисом Габором.
Первым ученым, кто серьезно занялся изучением природы света, был великий Исаак Ньютон. Он придерживался корпускулярной теории света и прославился известным опытом со стеклянной призмой, который показал, что обычный солнечный свет состоит из целого спектра цветов от красного до фиолетового. Вспомните речовку: «Каждый охотник Желает Знать где пасется Фазан. Это напоминает каждому из нас порядок следования цветов в спектре: Красный, Желтый, Зеленый, Голубой и Фиолетовый.
Прошло немного времени, и изучением природы света занялись другие ученые. Томас Юнг провел опыт с двумя микроскопическими щелями, пропуская через них тонкий луч света. На экране вместо двух светящихся точек он увидел периодическую картину светлых и темных полосок. Опыт подсказал ученому, что на экране он увидел интерференционную картину сложения световых ВОЛН от двух источников, которыми являлись два отверстия.
Несколько лет спустя, Огюст Френель осуществил опыт с двумя зеркалами, которые на удаленном экране позволили накладывать друг на друга лучи от небольшой щели. И снова, как в опыте Юнга, он увидел периодическую картину светлых и темных полос, что окончательно подтвердило волновую природу световых волн.
Уже в начале 17 века поведение волн любой природы была хорошо изучено учеными. Так, было известно, что амплитуды волн могут складываться и вычитаться, проходя друг через друга, как показано на слайде. Здесь мы видим, как суммарная амплитуда, наложенных друг на друга волн, зависит от разности их фаз. Замечу, что такая картина возможна только для когерентных волн, у которых длина волны и фаза источника остаются постоянными во времени.
Таким образом, было экспериментально доказано, что свет имеет волновую природу, такую же, как волны на поверхности воды или звуковые в воздухе. Можно использовать некоторую аналогию при влиянии световых волн друг на друга. В каких-то местах амплитуда волн могла увеличиваться, а в каких-то местах - возникать полная темнота. Эти признаки сложения световых волн (явление ИНТЕРФЕРЕНЦИИ) продемонстрировали пытливые ученые в своих замечательных опытах.
Вы наверно отметили, что на экране возникают неподвижные полоски света и темноты, которые можно запечатлеть на светочувствительной фотопластинке. Запомните этот момент. Он нам скоро пригодится, что бы понять как происходит запись голограммы.
Вот так примерно выглядит этот процесс при сильном увеличении. Дело в том, что расстояния между полосками света и темноты соизмеримы с длиной волны и составляют порядка сотен нанометров (10^-6 метра).
Здесь приведена формула, позволяющая вычислить расстояние между этими полосками (d) в зависимости от длины волны и угла между фронтами бегущих волн.
На этом рисунке демонстрируется опыт с волнами в бассейне, позволяющий наблюдать эффект стоячей волны. Если с помощью доски возбуждать волны, бегущие к противоположной стенке бассейна, то отразившись, они побегут навстречу друг к другу и, встретившись, прекратят свой бег. Мы увидим интересную картину. В некоторых местах (обозначенных точками) поверхность воды останется неподвижной, а в других - поверхность будет колебаться то вверх, то вниз. Такое явление называют стоячими волнами. И этот эффект очень важен при записи голограммы.
Это математическое условие возникновения стоячих волн, которое часто используется в теории голографии. Во время записи интерференционной картинки требуется её полная неподвижность, иначе картинка смажется, и мы никакого результата не получим.
Но кроме ИНТЕРФЕРЕНЦИИ существует такое явление, как ДИФРАКЦИЯ. Когда световая волна проходит через периодическую структуру, похожую на картину интерференции световых волн с периодом (d), волна распадается на порядки 0; +1; -1. Углы между порядками дифракции (φ) можно вычислить по ранее приведенной формуле.
О чем это говорит? Это говорит о том, что интерференция и дифракция – две стороны одного явления. Но увидеть это смогли впервые Деннис Габор и наш соотечественник Юрий Денисюк. Они использовали это обстоятельство в новом способе записи трехмерных изображений.
Теперь мы начинаем догадываться, что при записи изображения голографическим методом (для простоты понимания изображения одной элементарной точки) фиксируют картину интерференции световых волн, а при воспроизведении изображения этой точки наблюдают картину дифракции восстанавливающей волны на периодической структуре записанной голограммы. Изображение точки, как мы видим, находится в пространстве и ничем не отличается от оригинала.
Голографическим способом мы можем одновременно записать огромное количество точек и получить, таким образом, трехмерное изображение протяженного объекта, как этот голографический портрет.
Юрий Денисюк, разработавший метод записи голограмм в трехмерных средах (в средах толщиной 6-10 мкм), открыл путь к получению цветных голографических изображений.
Хочется отметить, что природа научилась раскрашивать крылья бабочек, панцири жуков, чешуйки рыб и перья птиц дифракционным методом благодаря особому строению поверхностей. Эти поверхности представляют собой периодическую нано структуру, на которой, дифрагируя, отраженный свет получает определенную очень яркую окраску. На фото внизу увеличенное изображение среза крыла бабочки. Эти структуры отражают свет одной длины волны.
Цветные голограммы, записанные Владимиром Кузнецовым из города Новосибирска впечатляют непревзойденной реалистичностью.
Наш соотечественник Юрий Николаевич Денисюк открыл путь голографии из изобразительного метода в область физики. Благодаря его трудам, и трудам других отечественных ученых мы получили множество интересных технологий, таких, как обращение волнового фронта и эффекты нелинейной оптики.
Вот так записывают голограммы по схеме Юрия Денисюка. Объект располагается за фотопластинкой, через которую проходит расширенный линзой свет лазера. Схема эта проста и полюбилась художникам, работающим методом записи голографических дисплеев.
Ученые, сотрудники лаборатории голографии Государственного Оптического института, под руководством Юрия Денисюка внесли огромный вклад в развитие волновой оптики и голографии во всем мире.