Воспроизведение голограммы




Лабораторная работа № 3

Тема: «Альтернативные и перспективные накопители»

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1.1 Цель работы: рассмотреть альтернативные и перспективные накопители.

1.2 В результате выполнения лабораторной работы студент должен знать:

o альтернативные и перспективные накопители

1.3 Используемые программно-технические средства:

Персональная ЭВМ класса IBM PC стандартной конфигурации; операционная система Windows XP/7, Microsoft Office Word.

1.4 В процессе выполнения лабораторной работы студент должен:

o Ознакомится с теоретическим материалом.

o Подготовить отчет по лабораторной работе.

o Отчитаться по исполненному заданию.

Перед выполнением лабораторной работы каждый студент обязан изучить правила техники безопасности при работе в помещении с электронно-вычислительной техникой.

1.5 Указания по оформлению отчета:

Отчет должен содержать: титульный лист, цель работы; ответы на контрольные вопросы; выводы.

Указания по сдаче зачета преподавателю

Для сдачи зачета необходимо:

1) предъявить отчет;

2) ответить на контрольные вопросы.

Теоретические сведения

Введение

Голография (от греч. holos — весь, полный и «графия» (от греч. grapho — пишу, черчу, рисую)), метод получения объёмного изображения объекта, основанный на интерференции волн. Этот метод действительно полный (фиксируется вся информация о световом фронте, отраженном объектом).

В этой статье я дам общее представление о физической сути голографии. После прочтения этой статьи вы будете в полной мере готовы к восприятию моего следующего материала, посвященного многоцелевым голографическим дискам HVD — оптическим дискам, приходящим на смену CD, DVD и BR(HD)-DVD.

Отличие голограммы от фотографии

Почему мы видим фотографию плоской, а голограмму — объёмной?

Сначала определим, каким образом мы ощущаем объём. Каждая точка предмета отражает свет во все стороны, поэтому мы можем видеть её а также и весь предмет с разных сторон. Левый глаз видит предмет с более левого ракурса, а правый — с более правого. Два изображения с разных ракурсов от каждого глаза обрабатываются мозгом и он нам дает ощущение объёма предмета. Закройте один глаз, и вы увидите предмет плоским; теперь об объёме предметов можно догадаться лишь по вторичным признакам — падающим теням и тому, как мы фокусируем хрусталик глаза на то или иное расстояние.

Теперь подумаем, как предмет оказывается на фотографии. На фотоплёнку с помощью линзы фокусируется световой фронт, рассеиваемый предметом (каждой его точкой). Замечу, что точно также хрусталик глаза фокусирует рассеиваемый световой фронт на глазное дно. После фокусировки рассеянный световой фронт превращается в направленный. То есть световые лучи, идущие от каждой точки предмета во все стороны, теперь идут только в одном направлении — каждый на свою точку фотоплёнки. На фотопленке появляется световой рисунок, в котором мы узнаем изображение предмета. Рисунок фиксируется фоточувствительным слоем пленки, и теперь его можно спроецировать на фотобумагу и зафиксировать на ней. Каждый глаз, смотрящий на фотографию получит одну и ту же картинку, и мозг нам выдаст, что предмет плоский.

Почему же голограмма даёт нам ощущение объёма? Потому что она полностью моделирует падающий на неё при записи световой фронт, рассеиваемый предметом. Каждая точка голограммы запоминает все попадающие на неё лучи, рассеиваемые всеми точками предмета (а не только сфокусированные, как при обычной фотосъёмке), которые потом и воспроизводятся ею. При определённой подсветке голограммы за счёт явления дифракции возобновляется весь световой фронт, шедший от предмета и уже ничем от него не отличается. А раз световые фронты теперь совпадают, то каждый глаз снова видит изображение с разных ракурсов.

Запись голограммы

Разумеется, просто так записать несфокусированное изображение невозможно — поставленный перед предметом фотоматериал просто равномерно засветится, ибо фотослой реагирует лишь на усреднённую интенсивность световых волн (яркость). Однако сами волны и названы волнами, потому что они по своей природе неоднородны (волна имеет амплитуду своей интенсивности, а точнее, поскольку свет — это электромагнитная волна — амплитуды напряженностей составляющих её электрического и магнитного поля). Частота этих амплитуд как раз и характеризует цвет света, а их величина — его яркость.

Вот эту неоднородность волн как раз и можно использовать для записи несфокусированного светового фронта. Как же это сделать? Неоднородность света проявляется в явлении интерференции, то есть суммирования амплитуд пересекающихся волн. Это явление порождает другое явление — т.н. «стоячие» волны, которое поможет нам просто «заморозить» световой фронт на время, достаточное для его записи на фотоматериал.

Чтобы воспроизвести вышеупомянутые явления, и «заморозить» световой фронт, идущий от предмета, освещающий его свет должен удовлетворять трём основным условиям:

1. Быть определённой длины волны, то есть каждый излучающий атом источника света должен излучать волну одинаковой длинны (замечу, что длина волны даёт глазу ощущение цвета). В обычном же свете намешаны все длины волн светового диапазона.

2. Быть согласован по фазе, то есть каждый излучающий атом источника света должен излучать волну одновременно с другими, а не в разнобой. В обычном свете даже одного цвета, сдвиг фаз волн, излучаемых разными атомами источника света, различен.

3. Быть поляризованным, то есть каждый излучающий атом источника света должен излучать одинаково ориентированные в пространстве поля волны. Любая электромагнитная волна (в т.ч. и световая) имеет электрическое и магнитное поле. Напряженность электрического поля волны колеблется перпендикулярно направлению её распространения, а напряженность магнитного поля — перпендикулярно и направлению распространения, и колебанию напряженности электрического поля. Только одинаково ориентированные напряжённости волн могут складывать свои электромагнитные поля, а значит и интерферировать. В обычном свете ориентация полей волн, излучаемых разными атомами источника света, различна.

Такой абсолютно «правильный» свет излучается только оптическими квантовыми генераторами (лазерами), которые и применяются в голографии.

Те же требования выдвигаются и опорному свету, непосредственно падающему на фотопластину. Более того, оба луча света должны иметь одинаковую длину волны и одинаковую поляризацию. Проще всего соблюсти это условие, разделив один луч лазера на два полупрозрачным зеркалом.

Итак, как же создать «стоячие» волны, чтобы записать их на фотоматериал? Как я уже говорил выше, две волны «правильного» света, пересекаясь, складывают свои амплитуды, если совпадают по фазе, или взаимоуничтожаются, если не совпадают. Если обе волны одной длины, то совпадать и складывать свои амплитуды они будут всегда в одних и тех же местах пространства. Поскольку этот процесс будет происходить очень быстро, мерцание не будет заметно глазу, и поэтому мы увидим неподвижно стоящие в пространстве участки повышенной интенсивности электромагнитного поля («стоячие» волны). При помещении пластины фотоматериала в место пересечения этих волн, на ней будут засвечены области с удвоенной при интерференции амплитудой, и не засвечены те области, где амплитуды взаимоуничтожились.

Поскольку волны проходят равномерные расстояния от источников до фотоматериала, то их единовременный слепок на его поверхности будет представлять собой равномерные полосы (а при рассмотрении в объёме — плоскости). Полосы образуются за счёт того, что один из источников расположен к фотоматериалу под некоторым углом, и каждый соседний его лучик будет проходить чуть больший путь, и касаться фотоматериала при немного другом состоянии своей фазы. Через определенное количество лучиков фаза снова повторится, и т.д. В результате максимумы фаз волны от основного источника застают максимумы фаз волны углового источника на поверхности фотоматериала через определенные промежутки.

Теперь рассмотрим собственно процесс получения и записи стоячих волн применительно к съёмке предмета. Освещаем предмет лазером. Отраженные от каждой точки предмета и рассеянные этими точками волны достигают разных точек фотоматериала с разными сдвигами фазы, поскольку проходят разное расстояние. Берем еще один (опорный) источник света той же длины волны, и направляем его непосредственно на фотоматериал чуть сбоку. На фотоматериале появляется сложная система стоячих волн, полностью характеризующая освещённый предмет.

Воспроизведение голограммы

Для считывания голограммы её нужно осветить опорным лучом той же длины волны и под тем же углом, что и при записи. Свет, проходя сквозь неоднородность голограммы, дифрагирует и рассеивает тот же световой фронт, который падал на неё при записи. Голограмма, по сути, является дифракционной решёткой, а явление отклонения света при его проходе через отверстия называется дифракцией.

Кстати, явление дифракции света до конца не понято. Сейчас существуют много разных теорий, ибо официальная наука не даёт чёткого описания физики этого процесса. Существует лишь математическое его описание, позволяющее рассчитывать дифракцию для использования её в технике.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-27 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: