Поняття про голографію

8.6 Поняття про голографію

Голографія – це відносно новий напрям в когерентній оптиці, розвиток якого пов'язаний з появою і вдосконаленням джерел когерентного випромінювання – лазерів. В голографії, як і у фотографії, вирішується питання записування інформації, яку несе світлова хвиля, відбита від об'єкта. Інформація про об'єкт міститься частково в амплітуді (амплітудна інформація), частково у фазі (фазова інформація). При фотографуванні на фотопластині фіксується інтенсивність хвилі і тим самим реєструється амплітудна інформація про об'єкт. Фазова інформація при цьому втрачається. Проте якщо хвиля має високу когерентність, то на фотопластині можна записати як амплітудну, так і фазову інформації, застосувавши метод голографії («голографія» перекладається як «повний запис»).

У основі методу голографії лежить інтерференційний принцип, згідно з яким для виявлення фазової інформації, що міститься в хвилі, треба створити інтерференцію досліджуваної (об'єктної) хвилі з деякою допоміжною (опорною) хвилею. Амплітуда результуючої хвилі міститиме інформацію як про амплітуду, так і про фазу об'єктної хвилі. При цьому обидві хвилі, що інтерферують, повинні мати високу когерентність, щоб забезпечити достатньо чітку інтерференційну картину на фотопластині (голограмі).

Для пояснення методу голографії розглянемо такий приклад (рис. 8.16, а). Від точкового джерела (об'єкта) 0 на фотопластину Ф падає сферична хвиля 1 (на рис. показано два промені під кутами і ). Це об'єктна хвиля. Одночасно на пластину падає плоска опорна хвиля 2. В результаті інтерференції цих хвиль виникає тонка система інтерференційних смуг. Ця система смуг, зафіксована на фотопластині, називається голограмою точкового об'єкта 0.

Таким чином, інформація про об'єкт зберігається у вигляді інтерференційної картини, зафіксованої на голограмі. Щоб «прочитати» (відновити) цю інформацію, треба освітити голограму опорною хвилею (рис.8.16, б).

При цьому в результаті дифракції світла на системі інтерференційних смуг виникнуть три дифракційні хвилі, причому в кожній точці голограми кут дифракції буде рівний тому куту, під яким в цю точку падав при записі голограми об'єктний промінь. З рис.8.16, б видно, що хвиля 1 формує уявне зображення об'єкта, а хвиля 3 – дійсне зображення. Хвиля 1 є початковою об'єктною хвилею, відтвореною з голограми.

Наведений приклад дозволяє зрозуміти основні особливості голографічного методу:

процес голографії є двоступінчатим: на першій стадії голограма записується, на другій прочитується; при прочитуванні голограми відтворюється початкова об'єктна світлова хвиля (неначебто сам об'єкт як і раніше відбивав світло);

Рисунок 8.16 – До пояснення принципу голографії

інформация про об'єкт записується інтегрально: кожна точка видимої поверхні об'єкта записується по всій поверхні голограми; тому псування частини поверхні голограми не приводить у багатьох випадках до втрати інформації;

на відміну від фотографування метод голографії не потребує застосування лінзових систем.

При фотографуванні інформація передається по ланцюжку: об'єкт ? світлова хвиля ? фотопластина ? око. В голографії ж інформація передається по іншому ланцюжку: об'єкт ? світлова хвиля ? фотопластина (голограма) ? світлова хвиля ? око. При цьому обидві світлові хвилі, фігуруючі в останньому ланцюжку, є еквівалентними. Тому при розгляді голограми (освітленою опорною хвилею) око спостерігача сприймає не двовимірне зображення об'єкта, а сам об'єкт як він є. При прочитуванні голограм тривимірних реальних об'єктів спостерігають саме тривимірні реальні об'єкти. Голограма відтворює об'ємне зображення, що має з оптичної точки зору властивості реального об'єкта.

Голографічний метод одержує широке практичне застосування для вирішення різних завдань, таких, як розпізнавання образів, побудова блоків пам'яті великої місткості, введення і виведення інформації, в технології виготовлення мікросхем і багатьох інших.