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

Глава 6

Использование голографической информации,

т. е. восстановленных волн

НЕКОТОРЫЕ ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ПРИКЛАДНОЙ ГОЛОГРАФИИ

Голографирование, как мы видели,— это существенно оптичес­ кий процесс. Он сводится к суперпозиции волны, рассеянной или дифрагированной всеми точками освещенного объекта, и опорной или несущей волны. Если зарегистрировать фотографически та­ кую интерференционную картину, которая учитывает также и фазу, то получим голограмму. Информация о всех точках объекта, запе­ чатленная на фотопленке или фотопластинке, дает возможность восстановить его трехмерное изображение. Это свойство голограмм могло бы произвести настоящую революцию в фотографии. На са­ мом деле эта поражающая воображение возможность применения голографии не получила в последние годы широкого развития из-за дорогой и часто сложной технологии. На фиг. 57 представлен голографический портрет человека, полученный с помощью руби­ нового лазера. Плоская репродукция позволяет судить только о качестве изображения, а не о его рельефности. Если мы будем рас­ сматривать изображение сквозь голограмму, то увидим действи­ тельно трехмерный портрет, а не просто снимок, создающий субъ­ ективное стереоскопическое ощущение.

Все ж е голография подсказала новые пути создания объемных изображений. Эти первые непосредственные результаты стали,

перед голографией обширное поле деятельности, на котором она действительно незаменима.

Вместо того, чтобы в ответ на вопрос: «Для чего используются голограммы?» — составлять практически неисчерпаемый список вероятных, действительных или чисто умозрительных возможнос­ тей их применения, лучше указать несколько основных направ­ лений развития прикладной голографии. Первые два из них и

на одной фотопластинке. Голографическая интерферометрия с двой­ ной экспозицией имеет наиболее значительные перспективы, но к этому мы еще вернемся в следующей главе, в которой описывается использование голограмм в установках по обработке информации. Потенциальная емкость этих установок тем больше, чем большее число задач способна одновременно решать голограмма, т. е.

'чем большее число разных приказов она способна запомнить

только классической оптики. Использование голограмм для решения проблем распознавания образов, их выделения и локализации, восстановления контуров, измерения степени сходства и т. д. будет изложено в гл. 7.

Наконец, основные принципы голографии можно распространить на колебания, лежащие за пределами видимого спектра (рентгенов­ ские лучи, сверхвысокие частоты) и д а ж е на колебания другой при­ роды (ультразвуковая голография). Так как при этом эксперимен­ тальные схемы создаются с учетом природы используемого излу­ чения, мы ограничимся в большинстве случаев только их общим описанием.

ВКЛАД ГОЛОГРАФИИ В О Б Ы Ч Н Ы Е ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

объектов дает новые возможности для их исследования, а также

терференционных полос, локализованных на отражающих, как правило, полированных поверхностях. Так как всякая продольная разность хода соответствует относительному изменению фазы волны, естественно было бы ожидать, что с помощью голограммы можно получить полосы как на поверхности, так и в объеме (фиг. 58). При изучении элементарных перемещений экспериментальные дан­

Глава 6

1. Тогда как классическая интерферометрия может быть при­ менена к отражающим поверхностям довольно высокого качества (так, при контроле шаблонов и лекал поверхности должны быть совершенно плоскими и обязательно полированными), в гологра- „ фической интерферометрии часто удобно работать с относительно шероховатыми поверхностями, лишь бы только в направлении голо­ граммы рассеивалось достаточное количество света.

2. При любых относительных измерениях можно обойтись без эталона сравнения, например при деформации поверхности, пере­ мещении из состояния (/) в состояние (2) или при сжатии исходное

(/) и конечное (2) состояния могут служить эталонами друг от­ носительно друга.

3. Еще одно не менее интересное свойство: распределения ком­ плексных амплитуд, зарегистрированные в разное время, могут интерферировать.

I . ЗАПОМИНАНИЕ ТРЕХМЕРНОЙ ИНФОРМАЦИИ

Восстановление рельефа

Рассмотрим объект, движущийся в пространстве, например снаряд. Обычная фотография не может полностью описать поло­ жение движущегося объекта в некоторый момент времени. Необ­ ходимо сделать одновременно две фотографии в двух взаимно пер-

которого быстро меняется и за короткое время принимает свой окончательный вид. Голограмма этого явления могла бы с успехом заменить стереоскопию. Образование кратера сопровождается вы­ брасыванием частиц вещества, которые затрудняют его наблюдение. * Используя эффект параллакса в голографии, наблюдатель мог бы заглянуть за вылетевшие частицы и увидеть весь кратер целиком. Метеорологов интересует применение голографии для обнаружения, подсчета, измерения диаметров микрочастиц, находящихся в ат­ мосфере во взвешенном состоянии (искусственные облака, туман).

Так как обычная фотография воспроизводит только небольшой объем, ограниченный полем зрения аппарата и глубиной резкости объектива, в каждом эксперименте может исследоваться лишь тон­ кий слой пространства (фиг: 59). Понятие глубины резкости теряет в голографии свои ограничительные свойства: толщина восстанов­ ленного объема зависит теперь только от длины когерентности ис­ пользуемого лазера (фиг. 60). Здесь уместно отметить, что способ­ ность к накоплению информации (и восстановлению изображений) современной фотопластинки гораздо полнее используется в- голо­ графии, чём в классической фотографии, где ограничения,, накла­ дываемые объективами (дпсторсия, ослабление пространственно высоких частот, соответствующих мелким деталям), делают из­ лишней эмульсию с высоким разрешением, а тем более трехмерную регистрирующую среду.

фильтра, изучение ультрафиолетового света дает возможность определить форму источника1 .

Н а фиг. 61, а показана схема эксперимента: часть монохромати­ ческой волны отклоняется, затем часть отклоненной волны выде­ ляется с помощью щели, которая, действуя как пространственный фильтр,, и становится опорным источником. Преобразованная вол­ на So коррелирована с возмущенной прямой волной 2 .

1 Мощность гармонического источника зависит от квадрата длительности взаимодействия падающего лазерного пучка с веществом нелинейного крис­ талла. Выходная мощность в несколько киловатт получена с помощью лазе­ ра, энергия импульса которого была порядка джоуля при длительности импульса ~ 100 мкс.