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

Глава 4

Цветная голография

Как восстановить цветное изображение многоцветного объекта?

Первые голограммы были зарегистрированы в монохроматичес­ ком (красном) свете лазера. В те времена проблема суперпозиции цветов не была актуальной. Сегодняшний уровень эксперименталь­ ного искусства позволяет конструировать лазеры, которые гене­ рируют красные, желтые, зеленые, голубые и т. д. пучки. Есте­ ственно было бы попытаться дополнить информацию о рельефе объекта информацией о его цвете. Впрочем, цветная фотография и цветное кино приучили нас использовать (чаще всего бессозна­ тельно) трехцветную технику: плоское изображение получается ок­ рашенным в результате сложения очень небольшого числа первич­ ных или основных цветов.

Можно ли использовать этот прием в голографии, применяя суперпозицию трех изображений: красного, желтого, зеленого?

Вместо того чтобы использовать эмульсии, чувствительные к нескольким цветам, достаточно зарегистрировать три голограммы с помощью трех соответствующих длин волн Хх , %2 и Х3 на одной и

Х3 . Вспомним о возможности, которую мы обсуждали в конце гл. 2: каждой из длин волн восстановления, например Хх , соответствуют

бражений, совмещенных друг с другом или разделенных в про­ странстве.

Трудность состоит теперь в том, чтобы выделить три состав­ ляющих изображения, совмещенные нужным образом. В 1962 г. советский физик Ю. Н . Денисюк преодолел эту трудность, приме­ нив принцип Габриеля Липпмана, который в конце прошлого века

щего времени мы рассматривали фотоэмульсию как плоский при­ емник (т. е. как чувствительную поверхность, не имеющую тол-

Ф и г. 35. Образование страт в толстослойной эмульсии.

щины). В действительности все обстоит сложнее: обычно толщина эмульсии составляет порядка сотой миллиметра, а это довольно много по сравнению с используемой длиной волны (~0,5 мкм). Сле­ довательно, нужно рассматривать чувствительную голографическую среду не только как некую поверхность, но и как объем. Внут­ ри этого объема геометрические места максимумов интерференции образуют страты — своеобразные слои, пересечение которых с поверхностью голограммы дает систему интерференционных полос, о которых мы у ж е говорили. В частном случае двух плоских па­ дающих волн страты ориентированы вдоль плоскостей, параллель­

соотношения для разности хода % между двумя соседними стратами:

do — d, = 2па sin — = À,

где п •— показатель преломления эмульсии.

Угловая избирательность. Если в классическом экспери­ менте восстановления поворачивать голограмму вокруг оси, лежа­ щей в ее плоскости, то освещенность изображения будет проходить

Опыт показывает, что интенсивность убывает тем быстрее (т. е. оптимальная ориентация тем более четко определена), чем больше

ный от частичек серебра свет находится в фазе в той области про­ странства, где при регистрации выполняются следующие условия: 1) пластинка должна быть так ориентирована относительно осве­ щающего пучка, чтобы изображение получалось максимально ин­ тенсивным; 2) отраженный или прошедший дифрагированный пу­

в результате вращения голограммы, так и при изменении длины

шетка, играет роль цветного фильтра. Неокрашенная сама по себе, подобно матовому горлышку колибри или шелковистому крылу Papilio Dardanus, такая голограмма, освещенная белым светом, отражает один-единственный цвет.

Возвращаясь к аналогии между двумя типами избирательности, можно ожидать, что монохроматичность окраски изображения бу­ дет тем более выражена, чем больше будет угол Ѳ при регистрации. Эти рассуждения приводят к схеме Ю. Н . Денисюка (фиг. 36).

Ф и г. 36. Схема Ю. Н. Денисюка.

Угол 0 между двумя пучками близок к 180°: волны, дифрагированные объектом В, л опорная волна (выделенная полупрозрачной пластинкой G и отраженная зеркалом М) падают на фото­ пластинку H с противоположных сторон. Расстояние между черными пли белыми стратами по­ рядка >>/2. В эмульсии толщиной от 15 до 20 мкм образуется около 40 страт, что обеспечивает высокую хроматическую избирательность голограммы.

Голограмма Липпмана — Брэгга и воспроизведение цветов

Голограммы с плоской регистрирующей средой дают объемные изображения объектов, другими словами, информацию о коорди­ натах X, у, z. Цветная информация, т. е. параметр %, вводится с помощью толстослойной чувствительной среды, так как ничто не заставляет нас ограничиваться геометрически плоскими чувстви­ тельными поверхностями. Почему бы не ввести еще одно измере­ ние — время t — с помощью ряда последовательных голограмм? Мы получили бы возможность накопления довольно полной инфор­ мации о рельефе, цвете и движении объекта. Пусть голографичес-

кальным изменениям фаз «волн-объектов». Это голограмма Липпма­ на — Брэгга.

изображения. Получаем цветное и рельефное изображение объекта. Практика несколько умеряет оптимизм экспериментатора: в про-

цессе фотообработки (проявления, закрепления," промывки и про­ сушки) происходит сжатие желатина, которое приводит к сближе­ нию страт. В результате появляется хроматическое смещение в сторону коротких волн, т. е. к голубому цвету.

Тональность изображения зависит и от спектрального состава источника, т. е. от соотношения различных составляющих, опре­ деляющих тональность освещения. В результате всех этих эффек­ тов при наблюдении голографических цветных изображений, к а к правило, бросается в глаза какой-нибудь один доминирующий цвет.

Глава 5

Голографический эксперимент

Хотя исходная концепция голографии — фотографирование без оптики — очень проста, однако, для того чтобы получить голо­ грамму, нужно все-таки кое-какое оборудование: стол или оптичес­ кая скамья, на которой монтируют детали установки, источник когерентного света (лазер), полупрозрачное стекло или зеркало, позволяющее разделить лазерный пучок на опорный и пучок, ос­ вещающий объект, наконец, фотопластинка и, конечно, сам объект. Дополнительные детали (линзы, отражающие зеркала) могут вно­ сить изменения в геометрию схемы.

Явление интерференции представляет собой результат простой суперпозиции двух когерентных волн. Следовательно, для полу­ чения голограммы нужно, чтобы световые лучи, идущие от объекта

Осуществить условия когерентности практически значит получить источник квазиточечный, т. е. обладающий достаточно малыми угловыми размерами (пространственная когерентность) и квази­ монохроматический, т. е. источник малой спектральной протяжен­ ности (временная или хроматическая когерентность).

Обычные источники (лампы накаливания, люминесцентные лам­ пы, солнце и т. д.) некогерентны. Можно сделать их более или ме­ нее когерентными с помощью строгой фильтрации излучения (ин­ терференционный фильтр, расположенный перед лампой) и умень­ шения их видимых размеров до размеров «светящейся точки» (кон­ центрация светового потока с помощью объектива, например микро-