1. Изготовление дифракционных решеток.
Собрав установку в ящике с песком для записи голограмм, можно провести серию занимательных опытов, демонстрирующих волновые свойства света. Самый простой из них – запись дифракционной решетки.
На рисунке изображена оптическая схема получения голографической дифракционной решетки. С помощью зеркал (1) и (2) делим лазерный пучок по фронту. При этом, поворачивая вокруг вертикальной оси зеркало (1) можно менять угол схождения пучков (δ) в области голограммы. Чем угол больше, тем выше частота дифракционной решетки и наоборот. С помощью изготовленного прибора можно изучать спектры. Например, можно посмотреть через такую решетку на ртутную лампу уличного фонаря и попробовать объяснить увиденное.
Расстояние между соседними интерференционными кольцами (d) равно:
d = λ /2*sin (δ); где λ – длина записывающей волны; δ – угол между зеркалами.
2. Запись Фурье – голограммы
Собрав изображенную выше схему, можно получить так называемую безлинзовую Фурье-голограмму. С этой целью расширенный пучок лазерного света направляют через транспарант на фотопластинку. Транспарант представляет собой картонку с вырезанным изображением какой-либо фигуры, например, буквы F. Фигурное отверстие заклейте куском матовой пластмассы (можно воспользоваться куском лавсановой кальки). Перед транспарантом установите линзу таким образом, что бы прошедший через нее свет фокусировался в плоскости транспаранта на некотором расстоянии от фигурного отверстия. Там, где окажется точка фокуса, просверлите небольшую дырочку, через которую свет, сформированный линзой, будет освещать фотопластину. Таким образом, мы получим опорный пучок. Объектный пучок будет формироваться светом, рассеянным двумерной фигурой. Произведя экспонирование, вы получите необычную голограмму и не поленитесь самостоятельно изучить её удивительные свойства. Для исследования дифракционных решеток и Фурье-голограмм лучше воспользоваться лучом лазерной указки.
Изучите свойства Фурье голограмм.
3. Свертка изображений
Возьмите две самостоятельно изготовленные дифракционные решетки (1 и 2), сложите их вместе и пропустите через них луч лазерной указки. На потолке или любом другом экране вы увидите очень интересную картину. Попробуйте поворачивать одну из дифракционных решеток вокруг оси лазерного луча. Картина изменится удивительным образом. То, что вы проделали, в математике называется операцией двумерной свертки:
Можно усложнить эксперимент и добавить к пакету дифракционных решеток только что изготовленную Фурье-голограмму (3). Результат будет примерно такой, какой изображен на рисунке выше.
Вы только что изготовили и привели в действие аналоговую вычислительную машину. Мы чаще используем цифровые вычислительные устройства, которые результат своих вычислений предоставляют в форме числовых матриц, и уже с помощью видеопроцессора эти матрицы преобразуются в графику на электронном мониторе. В отличие от ЭВМ, наша АВМ (аналоговая вычислительная машина) результат отобразила на экране сразу. И, надо отметить, сделала это во много раз быстрее, чем самый мощный суперкомпьютер в мире.
Посмотрите информацию, которая поможет вам в процессе создания собственной голографической лаборатории.
https://dzen.ru/a/ZJaBXg10v3sCq9It
Таким образом, вы сможете получить с помощью нехитрых голографических устройств множество удивительных эффектов. И если вам эти занятия интересны, знайте, что наука, по крайней мере, экспериментальная – вам по плечу. Смело осваивайте физику с математикой и поступайте в технический ВУЗ. Это ваша стихия!