Требования к источникам, используемым для получения голограммы.

Знаете: для наблюдения интерференции требуются когерентные источники

1. Ширина когерентности должна быть, во всяком случае, не меньше размеров предмета
2. длина когерентности должна быть не менее разности хода сигнальной и опорной волн. В реальных условиях это означает, что при записи голограммы необходимо использовать излучение с высокой степенью временной и пространственной когерентности.
3. Опорный пучок должен быть достаточно мощным.

Всем этим требованиям лучше всего отвечает лазерное излучение.

Реконструкцию голограммы можно также осуществить и без лазеров. Достаточно малый когерентный источник, видимый под углом когерентности , создает на ширине когерентности излучение с достаточно высокой степенью когерентности.

Например, светящаяся булавочная головка с расстояния вытянутой руки создает на зрачке глаза световое поле с высокой степенью когерентности. Поэтому, если голограмму поместить между светящейся булавочной головкой на вытянутой руке и глазом, то можно видеть восстановленное голографическое изображение предмета, записанное на голограмме.

Требование к фотопластинке и времени экспозиции.

На голограмме необходимо фиксировать значительно более мелкие подробности распределения интенсивности и значительно больший диапазон изменения интенсивности, чем на фотографии. Фотопластинка должна разрешить линии на расстоянии ., т.е требуется разрешающая способность . для этого требуется использовать очень мелкие зерна серебра, что уменьшает чувствительность. Это, в свою очередь, требует длительной экспозиции(несколько секунд).

В течении времени экспозиции необходимо обеспечить стационарность процесса экспозиции и относительную неподвижность приборов и предмета съемки с точностью до долей длины волны (обычно . При использовании импульсных лазеров большой мощности времена экспозиции могут быть уменьшены до продолжительности импульса ( с и меньше). В этих условиях можно снимать голограммы быстродвижущихся объектов.

Объемные голограммы

До сих пор говорили о двухмерных голограммах. В1962 г. советский физик Ю.С. Денисюк стал получать объемные голограммы на фотопластинках с толстослойными эмульсиями (15-20 мкм., т.е. 30-40 длин волн зеленого цвета). Фотослой настолько прозрачен, что через него можно освещать голографируемый объект. Опорная плоская монохроматическая волна от лазера падает на фотопластинку со стороны стекла.

Пройдя через фотопластинку, она освещает голографический объект. Волна, рассеянная объектом, распространяется навстречу опорной волне, интерферируя с ней в толще фотоэмульсии. Интерференционная картина представляет собой стоячие волны, на которые наложен причудливый узор мелких деталей из max. и min., т.к. среди интерферирующих волн только опорная является плоской. Полученная таким образом голограмма состоит как бы из нескольких десятков поверхностных голограмм, расположенных в толще эмульсии.

Восстановление предметной волны производится расходящимся пучком белого света. Каждый слой выделившегося серебра, действует подобно двумерной голограмме, дает слабые мнимое и действительное изображения предмета. При многолучевой интерференции происходит усиление тех волн, длины которых равны длине волны излучения лазера, в тех направлениях, в которых разность фаз между волнами от соседних слоев серебра равна . В результате возникают изображения того же цвета, что и цвет луча лазера. Остальные изображения гасят друг друга при интерференции.

Метод Денисюка позволяет получать изображения предметов в натуральных цветах. Для этого на одной и той же пластинке получают голограмму предмета с помощью трех лазеров, излучения которых имеют различные длины. Последние подбирают так, чтобы при смешении они наиболее совершенно воспроизводили цвет предмета. Такая голограмма действует как три голограммы, дающие при освещении белым светом совмещенные изображения предмета в трех цветах При этом цвет изображения кажется глазу таким же, как и цвет самого предмета.

Применение голографии

1. Объемное изображение предметов.

1. Объемное изображение движущихся объектов.

Для этого на одну голограмму необходимо записать под разными углами последовательное положение предмета. При восстановлении голограмма последовательно освещается теми же источниками и под теми же углами, и в результате создается эффект движения.

Объемное кино - изготовление голограммы размером с экран кинотеатра. Проблема увеличения для больших аудиторий трехмерных изображений, восстановленных с небольших голограмм, вряд ли разрешима.

Чтобы показать кино, нужно на одну голограмму записать с миллион положений и разных объектов, и все за счет изменения угла. Это все разве не проблема?

В книге Федорова "Лазеры и их применения" на стр.148 говорится, что пока удавалось записать под разными углами до 7 изображений. Что же, в процессе кино голограммы меняются? *(наверное пленка голограмм).

1. Объемное цветное телевидение (это тоже будущее)

Предполагается по каналу связи передавать голограмму вместо изображения.

Трудности, пока еще не решенные: для наиболее полной передачи эффекта объемности, расстояние между соседними полосами должно составлять около одного микрона и меньше. Микро-детали такой голограммы в сотни раз меньше тех минимальных деталей, которые воспринимает телевизионная трубка.

И второе: требуется большая частота смены кадров, а это требуется расширить в несколько тысяч раз полосу пропускания теле трансляционных станций.

1. Цветное объемное изображение.

Если голограмму освещать последовательно различными волнами видимого диапазона волн, то наблюдаемые изображения будут иметь различные цвета.

Цветное изображение объекта можно получить, если при изготовлении голограммы использовать три монохроматических лазера, соответствующие разным длинам волн (например синий, желтый и красный лазеры). В этом случае запись может производиться на на обычную эмульсию и голограмма, по внешнему виду, не будет отличаться от обычной черно-белой. Цветное изображение предмета наблюдается при освещении голограммы тремя объемными опорными волнами, соответствующие указанным цветам лазеров.

1. Применение голографии в микроскопии

Расчеты показывают, что при просвечивании голограммы, можно изменить частоту опорной

волны. При этом получается увеличение изображения в раз ( - длина волны, используемая при восстановлении, при записи голограммы). Если суметь записать голограмму с помощью рентгеновских лучей, а восстановить с помощью видимого света, то можно достичь разрешающей способности, сравнимой с разрешающей способностью электронного микроскопа (это тоже - будущее, т.к. повидимому рентгеновского лазера нет?).

Применения голографии в этой области перспективны, т.к. в обычном микроскопе чем больше увеличение, тем меньше глубина резкости. При голографии же объемное изображение остается и при увеличении.

1. Расширение возможностей итерференции

Средствами голографии удается воспроизвести картину интерференции двух волновых полей, которые не перекрываются ни во времени, ни в пространстве. Для этого надо просто плотно сложить две голограммы, сделанные в разных местах и в разное время и осветить их опорным лазерным пучком.

1. Интерференция вибрирующих объектов.

На одну голограмму делают две записи с одного и того же предмета последовательно во времени. При просматривании голограммы два изображения накладываются и интерферируют. Если предмет вибрирует, то последовательные изображения деформированы друг по отношению к другу. Расчеты показывают, что интенсивность в каждой точке результирующей интерференционной картины зависит от амплитуды вибрации (на фоне изображаемого предмета видны итерференционные разводы)

1. Акустическая голография

В голографическом методе поперечность световой волны и ее длина никакой роли не играют. Поэтому голограмму можно получить используя продольные, например, акустические волны. Когерентные ультразвуковые волны легко получить. Перспективность использования акустических волн.

• Ультразвуком можно освещать очень большие объекты
• звуковые волны могут проникать в оптически непрозрачные объекты. Следовательно можно получать трехмерное изображение внутренних частей объекта, освещенного такими волнами. По этой причине акустическая голография может получить чрезвычайно интересные применения в медицине (трехмерное изображение внутренних органов человеческого тела), геофизике (исследование недр земли и глубин океана), в металлургии, археологии.
• Принцип получения акустической голограммы аналогичен принципу получения оптической голограммы. Только, вместо изменения интенсивности света, мы будем иметь дело с изменение давления. К сожалению, в акустике мы не располагаем средством для регистрации звуковых волн, эквивалентным фото-регистрации в оптике.
• Существует несколько методов акустической голографии. Один из них - голограмма регистрируется одним приемником, например поверхностью жидкости, которая деформируется под действием звукового давления.

1. Искусственная голограмма.

Поскольку голограмма, запечатленная на фотопластинке, есть не что иное, как неоднородное почернение пластинки, мы можем создать такое почернение искусственно, т.е. синтезировать голограмму.

Можно представить какой-нибудь объект, задав его положение и интенсивность света, испускаемого его точками. Тогда по голограмме можно создать пространственное изображение математических фигур или представить предмет, который находится еще в процессе изготовления, не строя его материальной модели.