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

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 14.10.2024

Просмотров: 60

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

60 Глава 3

регистрировать интерференционные полосы, если эти пластинки чувствительны к рентгеновским лучам.

Мы не собирались давать здесь исчерпывающие рекомендации, однако уместно напомнить случай R = х, который сводится к тому Л что источник (или его изображение) находится в плоскости объекта. Оказывается, что эта схема, устраняющая сферическую аберрацию, представляет собой схему голографии Фурье, по крайней мере для малых углов. Мы возвратимся к ней позднее. Д л я больших угловмикроскописты научились обходить границы применимости фурьетехнпки. Независимо от этого другие численные примеры позво­ ляют мечтать о развитии голографической микроскопии любой це­

ной.

Д л я

расстояния

R = 200

мм

и

разрешения 1Â

увеличение

было

бы

равно

360 миллиардов

и

12^миллионов при длинах волн

регистрации \ =

0.01Â

и Х2= 0.0001Â

соответственно

(!). Расстоя­

ния восстановления будут 200 мм во втором случае и 120 км в первом!

Замечание

Влияние дисторсии мы до сих пор не рассматривали. Оно вы­ ражается не в ограничении разрешения, а в смещении, величину которого можно рассчитать для только что рассмотренных числен­ ных примеров. Соотношение (3.5) или выражение, приведенное в табл. 3.2 для l/g < 1, дает в случаях ^ и g2 следующие значения dy:

| ^ | = 970 Â,

\dy2\=\70L

Из этих расчетов, проведенных для границ полей зрения протя­ женностью à1R = 600А и à2R = 100Ä, видно, что поле зрения рас­ тягивается за счет дисторсии более чем в два раза.

Влияние фотослоя

Обычно предполагают, что коэффициент прозрачности t по ам­ плитуде проявленной фотопластинки пропорционален освещенности фотослоя Е. Если характеристическая кривая t = f(E) прямоли­ нейна, то

 

 

t

= t0 + t1{E-E0),

 

 

(3.24)

где Е0,

t0 и

— параметры.

t от Е

 

 

В

действительности

зависимость

не линейна.

График

этой функции

изображен

на фиг. 30.

Кривая

зависимости

оптиче­

ской плотности D (определяемой как десятичный логарифм от вели-- чины, обратной коэффициенту пропускания фотоотпечатка по

энергии) от

интенсивности освещения отпечатка

представлена на

фиг. 31. Этот

график, хорошо знакомый тем, кто

работает с фото-



 

Качество

изображения

61

пластинками,

часто называют кривой H&D (Hurler,

Driffield).

Пусть І0

интенсивность

пучка света, падающего

на негатив,

/ — интенсивность света, прошедшего сквозь него.

Отношение

,І/І0 определяет коэффициент пропускания по энергии Т. Полагая,

что эмульсия

никак не

воздействует

на фазу, т. е. что t

=

Tl/2,

имеем

 

 

 

 

 

 

 

D

= -lgT

=

~2lgt.

(3.25)

Классическая кривая плотностей (зарегистрированная, напри­

мер, с помощью микроденситометра) позволяет определить

зависи­

мость t — f(E)

из предыдущего

соотношения.

 

 

Влияние нелинейности фотоотклика

а) Если освещенность голограммы мало отличается от среднего

.значения Е0, соответствующего точке перегиба It кривой t = f(E) (фиг. 30), эту кривую можно аппроксимировать прямой / =

'Наклон t,

О

 

 

 

 

 

 

 

 

 

у

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

у/—Наклон

у

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

О

 

 

ІдЕ

Ф и г. 30. Амплитудная

прозрачность

Ф и г .

31.

Характеристическая

кри­

проявленной

фотопластинки

в фун­

вая фотопластинки

представляет

ва­

кции от

падающей на

нее'

энергии

риации

оптической

плотности

про­

(время

экспозиции

постоянно).

зрачного

фотоотпечатка

в

функции

Точка перегиба I^ соответствует

освещенности

логарифма

освещенности

(время

эк­

 

Еа и

прозрачности

t0.

 

 

спозиции постоянно).

 

= іо~\- t\{E — Ео)- Говорят, что регистрация линейна. Это удов­ летворяет теоретическим условиям гл. 1. Интенсивность освещен­ ности восстановленного изображения пропорциональна интенсив­ ности света, излучаемого объектом. Изображение точно воспроиз­ водит объект.

Расчет показывает (см. приложение 2), что для негативной эмуль­ сии (коэффициент.контрастности гамма положителен) точка пере­ гиба I, кривой t = f(E) расположена на участке недодержки кри­ вой оптических плотностей (фиг. 31). Это объясняет светлый тон «хороших голограмм».


62

Глава

3

б) Если вариации

освещенности

АЕ около значения Е0 возрас­

тают, то отклонение от линейного закона становится более заметным. Более кратко его называют отклонением от линейности. В этом

случае

характеристическую кривую нельзя уже

аппроксимиро- .

вать прямой. Формула t =

t04- t±(E — £ 0 )

больше

не применима.

Однако

можно довольно хорошо аппроксимировать реальную кри­

вую уравнением

 

 

 

 

t = t0 + ti(E~Е0)

+ ts(Е-Е0У

+ ...

(3.26) -

(член 4 равен нулю в точке It, так как вторая производная в точке перегиба кривой равна нулю).

Замечание

Коэффициенты tu /2 , непосредственно связаны с соответ­ ствующими производными в точке /, (см. приложение). Число членов, нужное для аппроксимации кривой t = / ( £ ) , тем больше, чем сильнее возрастает АЕ. С другой стороны, мы знаем, что осве­ щенность Е выражается соотношением

Е = £ 0 ( 1 + coses),

где Ф •— разность фаз между пучком-объектом и опорным пучком. Тогда, подставляя это выражение для Е в формулу (3.26), получим

t = t0 + ігЕ0

cos ? + t3Eo

cos3 <p + ttEo

cos4

<p + ... .

(3.27)

Ho cos3cp, cos4 9

и т. д. можно выразить

как

функции

cos q>,

cos 2ф, cos Зф, cos 4ф. Можно,

следовательно, записать прозрач­

ность t в виде суммы основного члена (cos Ф) И гармонических сос­ тавляющих (cos 2ф, cos Зф, . . . ) :

t = аа + G^coscp - f a2 cos2tp 4- a3 cos3(p + ... .

(3.28)

Все происходит так, как если бы мы зарегистрировали

на эмуль­

сии совокупность голограмм, каждая из которых

характери­

зуется членами cos ф, cos 2ф, cos Зф, . . . .

 

Чему соответствуют гармонические члены?

Воспроизведя исходное доказательство (гл. 2), можно показать, например, что член cos 2ф соответствует такому распределению проз­

рачности, что при восстановлении

можно наблюдать

вторую пару

изображений, не совпадающую с

основной парой

изображений

(фиг. 32)' .

 

 

1 Высшие порядки изображений в обычном смысле s того слова не образуют:

на месте объекта возникают туманные

пятна — так называемые свертки.

На фиг. 32 приведен особый случай, когда объект не вносит

фазовых сдви­

гов. — Прим. ред.

 

 


64

 

Глава

3

 

 

цесса

формирования изображения,

не

соответствует случаю наи­

лучшего

изображения.

 

 

 

В дальнейшем мы рассмотрим (с экспериментальной точки зре­

ния)

возможность достижения компромисса между

качеством изо- L-

бражеиня и его яркостью (выбор АЕ

и, следовательно, соответ­

ствующих

интенсивностей пучка-объекта и опорного пучка).

 

 

Ограничение поля

зрения

 

Эмульсия состоит из множества зерен серебра

конечных разме­

ров, находящихся во взвешенном состоянии в желатине. На ней нельзя зарегистрировать детали, меньшие среднего размера зер­ на1 . Рассмотрим для простоты голограмму одной точки. Она об­ разована интерференционными полосами, расстояние между кото­

рыми і связано с углом Ф между

интерферирующими пучками:

 

X

I =

.

2 sin 6/2

Эти полосы представляют собой основные элементы, которые дол­ жны быть зарегистрированы на фотопластинке, для того чтобы по­ лучить голограмму, т. е. для того, чтобы можно было восстановить изображение объекта. Если G — средний диаметр зерен, то рассто­

яние между

интерференционными

полосами ограничено

 

 

 

 

i > G .

 

(3.29)

Выражение для і,

приведенное выше,

позволяет преобразовать ус­

ловие (3.29)

в условие

для угла

ф:

 

 

 

 

 

2sin <Ь/2

 

 

 

откуда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s i n i | > / 2 < - ^ - .

(3.30)

Точка-объект

должна

обязательно

располагаться внутри

кону­

са, определенного этим неравенством.

Рассмотрим теперь протяженный объект. Зерно эмульсии не позволяет получить голограмму участков объекта, расположенных

1 Численные значения будут указаны в приложении к гл. 5.