ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.04.2024
Просмотров: 32
Скачиваний: 0
кунды. Луч направляется на предмет, расстоя ние до которого необходимо измерить. Часть прямого и отраженный лучи попадают в приемник через промежуток времени, пропор циональный расстоянию до цели. Отраженный луч опаздывает на время, необходимое для прохождения этого расстояния туда и об ратно.
В земных условиях дальность действия оп тических дальномеров составляет 10—15 км, точность измерения до ±1 ж. В космических условиях дальность действия будет измерять ся тысячами и миллионами километров. Как уже упоминалось, советские ученые надежно приняли сигналы лазера, отраженные от Луны, и уточнили расстояние до нашего естественного спутника.
В приборах для локации и сопровождения цели применяются газовые лазеры непрерыв ного действия. Расстояние до предмета и его скорость определяются из анализа частоты и фазы отраженного луча.
Разработаны бортовые системы, дающие возможность производить слепую посадку са молета в сложных метеорологических усло виях.
Объемная фотография. Если вы впервые увидите эту фотопластинку, то немало удиви тесь, узнав, что на ней запечатлена шахмат ная доска с фигурами. Совокупность пятен, штрихов, окружностей, розеток и ни малей шего намека на шахматную доску. Но удивле ние будет еще большим, если вы взглянете на эту пластинку в лучах лазера. Пластинка как бы исчезает, а на ее месте возникает окошко,
54
через которое видна в натуральную ве личину шахматная доска с расставленными на ней фигурами. Эффект будет настолько силь ным, что избавиться от впечатления реально существующего предмета невозможно.
Перемещая голову вправо, влево или вверх, вниз, легко заметить, что фигуры пере мещаются относительно друг друга. Если одна фигура закрывает другую, то, изменив точку наблюдения, ее можно все-таки рассмотреть. Передние предметы можно изучать до неко торой степени с разных сторон.
Пластинка действительно удивительная, но это еще не все. Сделаем на ней несколько ца рапин, частично снимем эмульсию. Изображе ние почти не изменится, все его детали сохра нятся. Более того, разобьем ее на несколько частей. И какую бы часть мы не взяли, даже самую малую, она опять-таки дает изображе ние всей шахматной доски. Правда, яркость и четкость предмета значительно изменяются в зависимости от размера рассматриваемого осколка пластинки.
Легко догадаться, что здесь мы имеем дело не с обычной фотопластинкой, а с чем-то прин ципиально новым и не известным ранее в фото графии. Это — голограмма. О голографии, одном из великих достижений XX века, и пойдет речь в дальнейшем.
За многие годы своего развития фотогра фия достигла огромных успехов. Но как бы ни были велики ее достижения, какими бы совер шенными ни становились фотоаппараты и фо томатериалы, физические принципы фотогра фирования за все эти годы оставались практи
55
чески неизменными. Любой самый современный фотоаппарат решает ту же задачу, что и самая элементарная камера-обскура (темный ящик с маленьким отверстием вместо объектива): он дает плоское, двухмерное изображение трехмерных объектов, которое закрепляется на фотопленке и фотобумаге.
Вместе с тем в 1947 г. английским физи ком Дэнисом Габором было сделано откры тие, которое заложило принципиально новые основы фиксирования изображения предметов на фотопластинке с помощью голограмм. Для получения голограмм необходимы источники когерентного света. Поскольку в те годы было трудно создать такие источники, изобретение Габора некоторое время считалось малопри менимым и не привлекло внимания широких кругов ученых.
Однако с появлением квантовых генерато ров света, особенно газовых лазеров, служа щих интенсивными источниками когерентного света, интерес к открытию Габора сильно возрос, и за короткое время голография до стигла значительных успехов.
Что же представляет собой голограмма? Как ее получить?
Прежде всего само слово «голограмма» состоит из двух частей: «голо», что означает в переводе с греческого «весь», «целый», и «грамма» — «знак», «запись». Следовательно, в буквальном переводе это запись всей, пол ной информации, содержащейся в световой волне. В полноте информации и заключается одно из коренных отличий голограммы от обычных фотографий.
56
Монохроматический свет можно сравнить с волнами на спокойной поверхности воды, в которую брошен камень. Движение любой точки водной поверхности характеризуется двумя величинами: амплитудой, или высотой гребня волны над уровнем спокойной поверх ности, и фазой, указывающей, на каком участке пути своего колебательного движения нахо дится точка: движется ли вниз, вверх или же достигла гребня.
Амплитуда световой волны однозначно свя зана с ее энергией. Оказывается, что фотохи мические реакции на пластинке чувствительны только к амплитуде (энергии) волны, а фаза никак не фиксируется. Поэтому при обычном фотографировании почернение на фотопла стинке определяется исключительно интенсив ностью света. Вариации интенсивности, кото рые создаются оптической системой, дают в конечном счете образ фотографируемого объ
екта.
Чтобы зафиксировать фазы волн при полу чении голограмм, используется явление интер ференции. Бросьте в воду одновременно два камня, и от обеих точек падения побегут круги. Через некоторое время круги встретятся и бу дут налагаться друг на друга. Взаимодейст вие двух и большего числа волн и называется их интерференцией. При голографировании предмета рассеянные им световые волны ин терферируют с пучком света, идущим непо средственно от когерентного источника и на зываемым опорным лучом.
Происходит это так (см. цветную вклей ку V ). Луч света от непрерывно действующего
57
газового лазера (1) проходит через систему, расширяющую его поперечное сечение (2). На пути широкого пучка света (3) ставится голо графируемый объект (4) и зеркало (5). Отра женный от зеркала свет в качестве опорного луча (7) попадает на фотопластинку (<$). Сле довательно, пластинка освещается как рассе янным (6), так и опорным лучами. Перед пла стинкой нет никаких фокусирующих устройств, так что на любой участок ее поверхности па дает излучение от всего объекта и, наоборот, любая точка объекта посылает рассеянные лу чи на всю пластинку.
Опорный и рассеянный лучи интерфери руют между собой, причем, если колебания происходят в фазе, суммарная амплитуда увеличивается, если в противофазе — ослабля ется. Голограмма является по существу фото графией интерференционной картины свето вых волн.
Для получения голограмм в отличие от обычных фотографий, во-первых, не нужны никакие оптические системы, создающие изо бражение объекта, во-вторых, необходим ис точник когерентного, монохроматического све та, в-третьих, нужен опорный луч, создавае мый обычно путем разделения первоначально го излучения на два луча.
В голограмме запечатлена вся информация об амплитудах и фазах прошедшего света. Световые волны, распространяющиеся с огром ной скоростью, как бы остановились, замерли. Чтобы оживить их, достаточно осветить голо грамму однородным пучком когерентного света. Те волны, которые выйдут из голограм
58
мы, будут в точности совпадать с волнами, рассеянными объектом.
Глядя на пластинку, мы увидим объемное мнимое изображение объекта, фокусируя про шедший свет, получим его действительное изображение. Все происходит так, как будто это не голограмма, а реальный предмет. Ни глазом, ни каким-либо из существующих при боров невозможно отличить восстановленные голограммой волны от волн, исходивших от объекта. Более того, в настоящее время не указаны даже принципиальные возможности для такого различия. Получается, как в сказке:
мгновение, остановись! И |
замирает |
самое |
быстрое в мире движение — световые |
волны. |
|
Затем спустя сколь угодно |
большое |
время |
они продолжают свой путь как ни в чем не бывало, как будто и не было никакой оста новки.
Характерно, что контрастность изображе ния совершенно не зависит от контрастности фотопластинки, и нет негативных голограмм. Можно, конечно, переснять голограмму с од ной пластинки на другую, при этом черное станет белым и наоборот, но обе пластинки будут восстанавливать одно и то же изобра жение.
Где и как может быть использована голо графия? Нельзя ли создать объемное кино и телевидение?
В настоящее время голография еще не вы шла за пределы научных лабораторий. Голо графирование связано с получением четких и устойчивых интерференционных картин, что всегда было и остается весьма тонким и слож-
59
ным делом, требующим высокого профессио нального мастерства экспериментатора. Чтобы получить хорошие результаты, при экспониро вании в течение нескольких минут обе части установки должны жестко крепиться на тяже лых массивных подставках и быть неподвиж ными.
Однако не следует забывать, что гологра фия делает сейчас только первые шаги и мно гие трудности будут успешно преодолены при ее дальнейшем развитии. Так, например, с по явлением более мощных лазеров сокращается время экспозиции, а следовательно, и снижа ются требования к неподвижности объекта и частей установки. Недавно установлено, что на пластинках с толстым слоем эмульсии могу-' быть получены цветные голограммы.
Уже отмечалось, что голография содержит более богатую информацию об объекте, чем обычная фотография.. Следует добавить, что на одной и той же фотопластинке могут быть получены сотни различных голограмм. Для этого при последовательном голографирова нии пластинка ставится под разными углами и, кроме того, может освещаться светом раз личной длины волны. То пли иное изображе ние восстанавливается независимо от других при заданных условиях освещения пластинки. Это ценнейшее свойство голограммы будет
использовано |
при |
научных |
исследованиях, |
и |
в частности |
при |
передаче |
информации |
из |
космоса.
С помощью голограмм легко получить сильно увеличенное изображение предмета, т. с. их молено использовать вместо мнкроско-
60
па, что значительно расширяет возможности исследования объектов, не видимых глазом. При этом голограмма может быть снята в рентгеновских лучах с недоступной сейчас степенью разрешения, а изображение воспро изведено в видимом свете.
Если при голографировании между объек том и фотопластинкой поместить матовое стекло, то с полученной голограммы воспро изводится матовое стекло или же его поверх ность. Однако если на месте его действитель ного изображения опять поместить то же стекло, то возникает четкое и ясное изображе ние самого объекта. Следовательно, содержа щаяся на голограмме информация может быть, как никогда ранее, надежно засекречена. Без стекла, при котором получалась голограмма,
еерасшифровка невозможна.
Зарубежная популярная печать полна со
общений о том, что человечество стоит в пред дверии века объемного телевидения. Специа листы считают объемное кино и телевидение вполне реальным, но пессимистически отно сятся к срокам их осуществления. В част ности, автор открытия голограммы Д. Габор заявил недавно, что объемное телевидение по лучит распространение лишь в следующем столетии.
Тем не менее первые голограммные фильмы уже сняты. Один из таких фильмов состоит из 60 кадров, а его демонстрация длится 3 се кунды. В течение этого времени зритель видит объемное изображение вращающегося шара.
Дальнейшее развитие лазерной техники, использование лазерных лучей вместо радио-
61