ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ (ЛУЧЕВАЯ) ОПТИКА Основные положения лучевой оптики из "Оптика " Описанный выше способ объемной голографии позволяет осуществить цветные изображения с вполне удовлетворительным качеством цветопередачи. Для уяснения принципа цветной голографии следует иметь в виду, что цветное зрение связано с существованием в сетчатке глаза трех типов приемников света, реагирующих на красное, зеленое и синее излучение (см. 193). Можно сказать, что изображение предмета на сетчатке глаза представляет собой как бы три совмещенные изображения, рассматриваемые в трех указанных интервалах длин волн. Подобный принцип совмещения изображений применяется и в цветной репродукции, где в зависимости от требуемого качества цветопередачи совмещают от трех до 10—15 изображений в различных красках. [c.265] Аналогичные соображения лежат в основе цветной голографии. Для осуществления цветного изображения по методу Денисюка можно зарегистрировать голограмму, используя освещение объекта (одновременно или последовательно) излучением, имеющим в своем спектре три линии (красную, зеленую и синюю). Тогда в толще фотоэмульсии образуются три системы стоячих волн и соответственно три системы пространственных структур. При восстановлении изображения с помощью белого света каждая из указанных систем будет формировать свое изображение объекта в свете соответствующего спектрального участка, примененного во время экспонирования. Поскольку положение изображения не зависит, согласно изложенному в предыдущем параграфе, от длины волны, мы получаем три совмещенные изображения в трех участках спектра, а этого уже достаточно для восстановления цветного изображения. [c.265] Одна из трудностей цветной голографии связана с изменением толщины фотоэмульсии, происходящим при ее фотообработке (проявление, фиксирование, промывка и сушка). Практика показывает, что обработка приводит к усадке фотоэмульсии, вследствие чего уменьшается и период трехмерной структуры. В результате условие Вульфа-Брэгга выполняется для более коротковолнового излучения, чем опорное. Этим объясняется некоторое искажение окраски цветных голографических изображений. [c.266] Заканчивая изложение физических принципов голографии, сформулируем еще раз Соображения, лежащие в основе этого способа регистрации информации об объекте наблюдения, переносимой электромагнитным полем. Нас интересует информация, заключающаяся в распределении амплитуд и фаз в этом поле. Фотографирование распределения интенсивности в специально созданной интерференционной картине, возникшей при суперпозиции волнового поля объекта и когерентной ему опорной волны, дает возможность регистрации полной информации, переносимой изучаемым волновым полем. Последующая дифракция света на распределении почернений в фотослое голограммы восстанавливает волновое поле объекта и допускает изучение этого поля а отсутствие объекта наблюдения. Рассмотрим теперь некоторые практические применения голографии. [c.266] Число независимых сведений о предмете, фиксируемых на голограмме, можно грубо оценить с помощью следующих соображений. Независимым элементом объекта, его элементарной ячейкой следует признать площадку с размерами, равными разрешаемому интервалу /min- В самом деле, если свойства тела изменяются на протяжении указанной площадки, голограмма не сможет передать изменения и зарегистрирует лишь некоторое среднее значение параметров, описывающих такие свойства. Наоборот, для расстояний, превышающих разрешаемый интервал, мы имеем возможность установить то или иное различие свойств объекта. Сказанное можно рассматривать, по существу, как общее определение понятия разрешения, а условия разрешения, выведенные в 63, как количественную меру разрешающей способности. [c.266] Пусть X = 0,63-10 см (гелий-неоновый лазер) в этом случае на 1 см поверхности голограммы может содержаться N = 2,5-10 независимых сведений, а на сравнительно небольшой голограмме 5x8 см примерно N = 10 сведений. [c.267] Разумеется, не все сведения из этого фантастического числа имеют одинаковую ценность и отнюдь не всегда возникает необходимость в таких значениях числа N. Если, например, нужно зафиксировать положение тридцати двух фигур на шахматной доске, то с десятикратным запасом достаточна площадь голограммы 32-10 X X min- Шахматная партия в 40 ходов требует для своей регистрации 10-32-40-2/min = 2,56-10 /2,5-10 = 10 см . Если же мы хотим получить детальные сведения о вырезанных шахматных фигурах ), то необходимый объем сведений сильно возрастает. В этом случае площадь голограммы, требуемая при одностороннем наблюдении,приблизительно равна площади проекции фигур на плоскость, перпендикулярную к направлению наблюдения, т. е. составляет около сотни см , а при круговом осмотре и того больше. [c.267] ИЗ голограммы сосредоточенных в ней вполне регулярных и закономерных сведений о предмете сложной формы. В противоположность этому, в кольцевой структуре голограммы сферической волны глаз с первого взгляда улавливает общую закономерность, и такая голограмма представляется регулярной. Если, однако, речь идет не о констатации сферичности волны в первом приближении, но о точном измерении ее радиуса кривизны или об изучении малых отступлений фронта волны от сферической формы, то и здесь ситуация может приобрести сложный характер и потребовать для своего описания большого числа сведений и соответственно большой площади голограммы. [c.268] В примере сферической волны сведения об источнике, зарегистрированные голограммой, можно извлечь непосредственной обработкой самой голограммы, т. е. с помощью измерения радиусов колец (см. 59). В более сложных случаях, например, голограммы шахматных фигур, попытка такого рода обработки обречена на неудачу. С этой точки зрения восстановление изображения можно рассматривать как автоматическое преобразование сведений из одной формы в другую, более удобную для восприятия и для формулировки того или иного заключения на основе усвоенных сведений. В то же время, именно такое преобразование и составляет содержание многочисленных методов оптической обработки информации. [c.268] Полагая D = 9 см, sin фо — sin ф = 1/3 в (67.3), находим чрезвычайно малое значение необходимой длительности импульса т лг 10 1 с. При снижении требований к качеству изображения минимальную длительность импульса можно еще более уменьшить. [c.269] Конечно, не всегда быстрота процесса восстановления голо-графического изображения гарантирует малое время работы системы, включающей в себя и регистрацию восстановленного изображения. Время инерции глаза, например, составляет приблизительно 0,1 с, и при визуальной регистрации изображения инерционность системы в целом определяется глазом. Однако существуют приемники света с временем инерции 10 и еще меньше (например фотоумножители, см. 181) и, следовательно, быстродействие голографии может быть реализовано. [c.269] Таким образом, с прикладной точки зрения голография характеризуется способностью к регистрации (записи), хранению и к чрезвычайно быстрому преобразованию огромного массива данных. Именно эти стороны голографии, заложенные в ее физических принципах, обусловили широкую область ее применений для решения самых различных технических и научных задач. [c.269] Рассмотрим один из методов прикладной голографии, именуемый голографической интерферометрией и нашедший очень широкое распространение. Сущность этого метода в простейшем варианте заключается в следующем. На одну фотопластинку последовательно регистрируются две интерференционные картины, соответствующие двум разным, но мало отличающимся состояниям объекта, например, в процессе деформации. При просвечивании такой двойной голограммы образуются, очевидно, два изображения объекта, измененные относительно друг друга в той же мере, как и объект в двух его состояниях. Восстановленные волны, формирующие эти два изображения, когерентны, интерферируют, и на поверхности изображения наблюдаются полосы, которые и характеризуют изменение состояния объекта. [c.269] В другом варианте голограмма изготавливается для какого-то определенного состояния объекта при ее просвечивании объект не удаляется и производится его освещение, как на первом этапе голографирования. Тогда опять получаем две волны, одна формирует голографическое изображение, а другая распространяется от самого объекта. Если теперь происходят какие-либо изменения в состоянии объекта (в сравнении с тем, что было во время экспонирования голограммы), то между указанными волнами возникает разность хода и изображение покрывается интерференционными полосами. [c.269] Описанный способ применяется для исследования деформаций предметов, их вибраций, поступательного движения и вращений, неоднородности прозрачных объектов и т. п. На рис. 11.16 приведена фотография изображения шарикового подшипника, сжатого в патроне токарного станка. Интерференционная картина наглядно свидетельствует о различии деформаций при двух значениях силы сжатия, о чем говорят два положения стрелки тензометра (левая часть рисунка), зарегистрированные во время двух последовательных экспозиций. [c.270] Замечательной особенностью голографической интерферометрии является отсутствие жестких требований к обработке отражающих поверхностей или оптической однородности исследуемых объектов. В самом деле, в результате деформаций, вибраций и других изменений состояния объекта возникают разности хода, изменяющиеся вдоль поверхности тела. Поэтому картина полос аналогична картине, наблюдаемой в случае интерференции в тонкой пленке (см. [c.270] Благодаря указанной особенности можно осуществлять голо-графическую интерференцию при отражении света от шероховатых поверхностей рассеивающих тел (например, автомобильных шин, балок, корродирующих поверхностей и т. п.), для объектов, заключенных в сосуд с очень неоднородными стенками и т. д. Поэтому голографическая интерферометрия и получила обширные применения. [c.271] Явления интерференции и дифракции света показывают, что распространение света представляет собой волновой процесс. С помощью волновой теории мы можем решать задачи о распространении света как в однородной среде, так и через любую оптическую систему, т. е. через совокупность различных сред, ограниченных теми или иными поверхностями и диафрагмами. Однако в очень многих областях, имеющих важное практическое значение, в частности, в вопросе о формировании светового пучка (светотехника) и в вопросах об образовании изображения (оптотехника), решение можно получить гораздо более простым путем, с помощью представлений гео.мет-рической оптики. [c.272] Геометрическая оптика оперирует понятием отдельных световых лучей, подчиняющихся известным законам преломления и отражения и независимых друг от друга (см. Введение , I). [c.272] Понятие светового луча можно получить из рассмотрения реального светового пучка в однородной среде, из которого при помощи одной или последовательности диафрагм с отверстиями выделяется узкий параллельный пучок. Чем меньше диаметр этих отверстий, тем уже выделяемый пучок, и в пределе, переходя к отверстиям сколь угодно малым, можно казалось бы получить световой луч как прямую линию. Мы знаем, однако, что подобный процесс выделения сколь угодно узкого пучка (луча) невозможен вследствие явления дифракции. Неизбежное угловое расширение реального светового пучка, пропущенного через диафрагму диаметра О, определяется углом дифракции ф к/О (направление на 1-й минимум, см. 39). Только в предельном случае, когда = О, подобное расширение не имело бы места, и можно было бы говорить о луче как о геометрической линии, направление которой определяет направление распространения световой энергии. Таким образом, световой луч есть абстрактное математическое понятие, а не физический образ, и геометрическая оптика есть лишь предельный случай реальной волновой оптики, соответствующий исчезающе малой длине световой волны. [c.272] Вернуться к основной статье