ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Образование голографического изображения из "Оптические голографические приборы " Физические основы голографии. Голография обязана своим возникновением основным законам волновой оптики — законам интерференции и дифракции. [c.10] В предыдущем параграфе мы рассмотрели, какой будет волновая картина при наличии одного источника сферических волн. Предположим теперь, что на некотором расстоянии от. этого источника находится второй источник, испускающий сферические волны с той же частотой и амплитудой. [c.10] В этом случае волны от двух источников в любой точке пространства будут накладываться друг на друга, причем в некоторых местах, где фазы волн совпадают, произойдет удвоение амплитуд, а в некоторых, где фазы волн противоположны, амплитуда окажется равной нулю. Интерференцией называется явление наложения волн, в результате которого образуются устойчивые области усиления и ослабления амплитуды колебаний. Это показано на рис. 1, где сплошными линиями обозначены области, имеющие удвоенную амплитуду колебаний, штриховыми — области, где амплитуда колебаний равна нулю. В любой другой точке амплитуды будут иметь промежуточные значения. Такая картина распределения амплитуд колебаний называется интерференционной. [c.10] Явление интерференции имеет место для всех видов волн, так что интерференционную картину можно получить от любых двух источников колебаний, но наиболее четко выраженные усиления и ослабления результирующих колебаний наблюдаются в том случае, когда источники обладают своего рода определенной синхронностью излучения, называемой когерентностьн). Когерентными считаются колебания одной частоты, разность фаз которых не меняется в течение рассматриваемого промежутка времени. [c.11] В основном различают два типа когерентности — пространственную и временную. Чтобы свет обладал временной когерентностью, он должен состоять из волн одной строго определенной длины иными словами,. это должен быть строго монохроматический свет. Пространственная когерентность характеризует регулярность фазы световой волны по ее фронту (временная когерентность, как мы виде.пи, связана с регулярностью фазы световой волны вдоль направления ее распространения). Свет с высокой степенью временной когерентности можно описать, считая, что все гребни волн должны распространяться в пространстве на строго определенных одинаковых расстояниях друг от друга. Если гребни какой-либо плоской световой волны неожиданно собьются с шага так, что интервал между последующими гребнями увеличится, то это будет равносильно внезапному изменению разности фаз между. этой и другой, интерферирующей с ней волной. В таком случае интерференционная картина смещается на. экране влево или вправо. В излучении, не обладающем временной когерентностью, интервалы между гребнями волн случайны и нерегулярны, по.этому интерференционная картина смещается очень быстро и хаотически. В результате мы видим равномерно освещенный экран. [c.11] Среднее расстояние, в пределах которого гребни волны сохраняют щаг , определяется длиной когерентности источника, излучающего. эту волну. Чем больше длина когерентности, тем монохроматичнее источник света и тем легче получить интерференционную картину с помощью излучаемых им волн. Источник света с большой длиной когерентности обладает высокой степенью временной когерентности. [c.11] Самые совершенные источники монохроматического света (нелазерного типа) обычно имеют длину когерентности менее 1 мм, тогда как длина когерентности лазера может достигать 1 км. [c.11] Любой точечный источник света создает пространственно когерентные колебания. И сферические, и плоские волны обладают пространственной когерентностью. Сферические волны пространственно когерентны именно потому, что они как раз и представляют собой колебания, которые создаются точечным источником света. Пространственная когерентность плоских волн обьясняется тем, что любой строго параллельный пучок плоских волн можно рассматривать как исходящий из бесконечно удаленного точечного источника. С помощью линзы пучок нетрудно сф Окусиро-вать в точку, а будучи сфокусированными таким способом в точку, волны затем распространяются в виде конусообразного пучка света волновые фронты в. этом пучке искривляются подобно поверхности сферы, т. е. образуется уже известная расходящаяся сферическая волна (или пучок). В описанном явлении скрыта одна из причин непригодности обычной. электрической лампы накаливания для получения интерференционных картин по размерам ее явно нельзя отнести к точечным источникам света. [c.12] Процесс получения интерференционной картины в оптике непосредственно связан с понятием голограммы, ибо голО рамма является интерференционной картиной, которая зафиксирована в среде, чувствительной к свету. [c.12] Можно сказать, что в интерференционной картине содержится определенная фазовая информация, позволяющая определить расстояние от какого-то места этой картины до источников излучения. [c.13] ЗЕ1ачения максимумов распределения по.ля в интерференционной картине позволяют оценить интенсивность излучения, а соотношение между максимумами и минимумами — когерентность. [c.13] Как видим, в интерференционной картине записана вся возможная информация об излучении источников. Это и явилось тем фактором, который позволил голограммы, т. е. зафиксированные интерференционные картины, применить во МН01ИХ устройствах и приборах. [c.13] Рассмотрим, каким путем можно извлечь всю эту информацию из интерференционной картины — голограммы. Можно провести микроанализ интерференционной картины с помощью различных методов, путем замеров определить распределение интенсивности. Подобные методы используют, коЕ да голоЕрамма гЕрименяется в интерферометрии, например при исследовании вибрации и малых перемещений. [c.13] Устройство, формирующее таким путем новый волновой фронт, называется дифракционной решеткой. В простейшем виде она представляет собой пластинку, на которую нанесены параллельные тонкие прямые линии (штрихи), расстояния между которыми соизмеримы с длиной волны /. света. [c.14] Нетрудно заметить, что рассмотренная дифракционная решетка выглядит точно так же, как интерференционная картина, получаемая при взаимном наложении двух плоских волн, падающих на экран под некоторым углом друг к другу (рис. 2, б). [c.15] Голограмма точечного источника. Предположим теперь, что источники излучения, представленные на рис. 1, находятся на столь большом расстоянии друг от друга, что при рассмотрении одного из них лучи света от другого можно считать параллельными и фронт волны — плоским. В. этом случае образуется интерференционная картина, где интерференционные поверхности имеют вид параболоидов вращения. Поместив позади источника фотопластинку и сфотографировав на нее интерференционную картину, после обработки фотопластинки получим негатив, представляющий собой систему концентрических окружностей (рис. 3, а). Рассматривая негатив, можно заметить, что при движении от центра расстояние между окружностями уменьшается. Такая система окружностей называется зонной решеткой (или зонной пластинкой) Френеля. [c.15] Наблюдатель, помещенный в точку //1, увидит сразу все три волны. Волна, исходянзая из точки Н, наблюдается как источник светового излучения, находящийся за фотопластинкой в том же самом месте, где он находился при экспонировании пластинки. Наблюдаемое за пластинкой изображение источника Н называется мнимым изображением, в отличие от изображения источника в точке которое можно наблюдать перед пластинкой и которое называется действительным изображением. [c.16] Таким образом, зафиксированная интерференционная картина (в данном случае пластинка Френеля), посундеству, есть не что иное как голограмма точечного источника света. [c.16] Если на место одного из точечных источников излучения (см. рис. 1) поместить предмет, размеры которого настолько малы, что в первом приближении он может считат1 ся точечным, то, очевидно, структура интерференционных поверхностей не изменится, изменится лишь контрастность интерференционной картины. Действительно, точечный объект рассеивает свет равномерно во всех направлениях, так, что е1 о можно рассматривать как вторичный источник сферической волны. Если рассматривать голограмму точечного объекта под микроскопом, то можно обнаружить, что она состоит из множества параллельных полос. При замене точечного объекта предметом более сложной формы. эти полосы претерпевают изменения, которые тем значительнее, чем сложнее форма предмета. [c.16] Вернуться к основной статье