Файл: Вьено, Ж. -Ш. Оптическая голография. Развитие и применение.pdf

HOLOGRAPHIE OPTIQUE

Développements-Applications

PAR

JEAN-CHARLES VIÉNOT

Professeur à Г Université de Besançon

PAUL SMIGIELSKI

Maître de Recherches à l'Institut Franco-Allemand de Saint-Louis

HENRI R O Y E R

Maître de Recherches à l'Institut Franco-Allemand de Saint-Louis

PREFACE DE

Dennis Gabor, С. В. Е., F . R. С. Professeur à l'Impérial College. Université de Londres Prix Holweck

Dunod-Paris-1971

де Бройля были достаточно короткими для разрешения атомных ре­

предел разрешения, можно было получить только размытое изо­ бражение. Тем не менее, говорил я себе, если исходить из принципа Гюйгенса, пучок должен содержать всю необходимую информацию. Что мешает нам ее «расшифровать»? Очевидно то, что мы регистри­ руем на пластинке только половину информации: мы пренебрегаем фазой волны. Нельзя ли выявить ее с помощью интерференции, налагая «когерентный фон»? Немного математики и несколько опы­ тов позволили быстро проверить идею о «восстановлении волн». Достаточно было осуществить суперпозицию комплексной волны, приходящей от объекта с простой волной (плоской или сферичес­ кой), сделать фотографию, затем, осветив ее простой волной, вос­ становить исходную волну. Возникающее при этом изображение объекта было трехмерным. Мешало одно незначительное досадное обстоятельство: одновременно восстанавливалось еще одно изо­ бражение — «двойник» объекта. В интересующем меня случае его удалось исключить: если для получения голограммы использовать линзу, обладающую сферической аберрацией, то можно скомпен­ сировать эту аберрацию с помощью специальной оптической систе­ мы для одного из изображений и удвоить ее на изображении-«двой- нике», которое становится размытым и почти неразличимым.

Пути науки часто неисповедимы. Электронная микроскопия так до сих пер и не извлекла существенной пользы из восстановления волн, тогда как мои оптические опыты (которые были задуманы только как модельные) положили начало голографии. Хотя мно­ гие исследователи (G. L . Rogers, H . El-Sum, A. Baez) достигли некоторых успехов в последующие годы, настоящее второе рож-

?дение голография пережила в 1962 г., когда Эммет Лейт и Юрис Упатниекс применили лазеры... Речь идет об источнике света, интенсивность которого в миллион раз, а длина когерентности в де­

сять тысяч раз превосходят интенсивность и длину когерентности " ртутной лампы. За короткое время Лейт и Упатниекс, а потом и другие физики получили восстановленные изображения, несрав­

ненно лучшие, чем я в 1948 г.

2000 статей. Были открыты важные практические применения го­ лографии, такие, как голографнческая интерферометрия, р е г и с т ­ рация в трех измерениях быстро протекающих процессов, цветная голография, компактное запоминание информации, распознавание образов и букв, коррекция изображений, искаженных аберрациями, и многие другие. Я хотел бы указать на философский аспект таких удивительных явлений, как полная обратимость любых рассеян­ ных волн и сходство голографпческой регистрации с памятью че­ ловека. Книга мастеров своего дела Вьено, Смнгильского и Руайе представляет голографию как живую и растущую отрасль физики, а не только оптики. Она отличается от других работ, с одной сто­ роны, детальным описанием техники получения хороших голограмм, позволяющим новичку избежать многих, общих для всех начинаю­ щих заниматься голографией ошибок; с другой стороны, очень полным и подробным обсуждением возможностей применения го­ лографии. Хотелось бы, кроме того, обратить внимание на множество прекрасных иллюстраций.

Почти каждый год приносит голографии новую жатву порази­ тельных результатов. Я уверен в том, что еще много открытий ожи­ дает молодых исследователей, которые посвятят себя ей.

Деннис Табор

лауреат Нобелевской премия

Глава 1

В в е д е н и е

ЯВЛЕНИЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ И ГОЛОГРАММА

Сохраняя до сих пор некий ореол волшебства, голография в то ж е время представляет собой самую современную и уже доста­ точно развитую технику, интерес к применению которой в различ­ ных областях непрерывно растет. Ее быстрое развитие в основном связано с быстрым развитием лазерной техники и когерентной оп­ тики. Элементарный топографический процесс состоит в суперпо­ зиции опорной световой волны и воли, рассеянных объектом, осве­

обычно регистрируется на фотопластинке или на фотопленке. Го­ лограмма имеет вид прозрачного фотоотпечатка. Если бы на пла­ стинку падал только свет, рассеянный трехмерным объектом, он засветил бы ее равномерно. Сведений о рельефе, определяющем раз­ ность хода лучей, рассеянных разными точками объекта, мы бы не получили. Если ж е информация, относящаяся к объекту, модулирует опорную волну, которая играет роль несущей частоты (фиг. 1), то эта модуляция отображает не только вариации амплитуды, но и сдвиг по фазе, т. е. относительную разность оптических путей, соответствующую рельефу. Эти амплитудные и фазовые изменения, характеризующие объект, распределены определенным образом

ного изображения. Рассматривая на просвет проявленную и нуж­ ным образом освещенную фотопластинку, мы видим восстанов­ ленный объект, который можно даже сфотографировать.

Определить условия, при которых пучки от двух разных источ­ ников будут интерферировать, значит применить принцип супер­ позиции к двум излучателям, колеблющимся совершенно одинаково. Практически все сводится к двум требованиям: геометрические размеры источника должны быть небольшими, а интервал излу­ чаемых источником длин волн очень узким. (Интерференцию можно наблюдать и в том случае, когда излучение источника характеризует­ с я несколькими спектральными и временными составляющими при условии, что ширина каждой из них достаточно мала.)