ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Дифракция волн из "Лазеры и голография " В главе I, рассматривая процесс получения голограмм, мы пользовались такими довольно расплывчатыми понятиями, как пучок света, отклоненный вверх и пучок света, отклоненный вниз . Поскольку явление дифракции занимает в голографии очень важное место, постараемся изучить его подробнее и дать ему более строгое определение. [c.59] В словаре Уэбстера мы находим следующее определение дифракции Отклонение света, проходящего вблизи краев непрозрачных тел или сквозь узкие щели, от первоначального направления движения, в результате которого возникает целая серия параллельных светлых и темных или цветных полос. Аналогичное явление наблюдается в случае звуковых, электромагнитных и других волн . Из этого определения видно, что существуют различные случаи дифракции. Мы начнем изучение дифракции с вопроса о прохождении света сквозь узкую щель. [c.59] Интерференция звуковых волн, исходящих от двух источников. Два разделенных источника звука действуют как две опти ческие щели, порождая дифракционный профиль, обусловленный конструктивной и деструктивной интерференцией волн. На снимке отчетливо виден горизонтальный пучок дифрагированных волн нулевого порядка, а также отклоненные вверх и вниз пучки дифрагированных волн первого порядка и более слабые пучки воли второго порядка. [c.65] Когда разность расстояний от какой-либо точки до источников равна нечетному числу полуволн, то в этой точке происходит деструктивная интерференция. Мы уже рассматривали темные полосы, для которых разность расстояний была равна полуволне (рис. 39). Следующая пара темных полос, расположенных симметрично по отношению к горизонтальной оси, представляет собой случай, когда два волновых набора сдвинуты относительно друг друга на три полуволны. [c.66] На рис. 39 мы видим все три волновых пучка, о которых мы говорили раньше (см. рис. 10). Неотклоненным волнам, или волнам нулевого порядка, соответствует горизонтальная светлая полоса отклоненным волнам первого порядка, или волнам, сдвинутым на одну длину волны, соответствуют первые боковые светлые полосы (верхняя и нижняя). Кроме того, на рис. 39 имеется еще одна пара светлых полос. Волны каждой из этих двух полос сдвинуты относительно друг друга на две длины волны. Это так называемые дифрагированные волны второго порядка. [c.67] На рис. 42 мы видим пучок звуковых волн, отклоненный вниз акустической призмой. Левая грань призмы параллельна плоскости фронта падающих волн. Следовательно, внутри призмы волны движутся в том же направлении, что и прежде. Но так как правая грань призмы наклонена, то выходящий из призмы звуковой поток движется уже в другом направлении. Картина волнового фронта этого потока показана на рис. 43. [c.71] Нью-Йорком и Бостоном. На рис. 46 представлены две цилиндрические дифракционно-преломляющие линзы. Каждая из половин (верхняя и нижняя) линзы, показанной на рис. 46 вверху, состоит из двадцати четырех зон, а каждая из половин (левая и правая) линзы, показанной на рис. 46 внизу, состоит из пяти зон. Очевидно, что каждая из этих полусекций по своей структуре до некоторой степени похожа иа призматическую структуру типа тех, что показаны на рис, 44, Разница заключается лишь в том, что пространственное расположение призм у линз неоднородно, поскольку линзы должны еще и фокусировать пучки. [c.74] Конечно, в сечении система эмульсионных гребней ( призм ) не будет представлять собой систему треугольников, подобных показанным на рис. 47. Скорее всего это будет синусоидальная картина. Кроме того, высота гребней и глубина впадин на ней не будут равны друг другу, как это было в случае идеальных призм. Однако даже малое сходство гребней с призмами может привести к тому, что решетка будет усиливать два отклоненных пучка волн в направлениях, отвечающих дифрагированным волнам первого порядка. Каждая из призм имеет очень малую апертуру в вертикальном направлении, равную нескольким длинам волн, поэтому пучок от каждой из этих крохотных призм будет всегда широким. (Напомним, что призменный пучок, представленный на фиг. 42, также широкий.) Поскольку рассмотренная выше картина эмульсионных призм практически присуща любой решетке, изготовленной фотографическим способом, то почти всегда, даже в случае малых эмульсионных дефектов, происходит некоторое разветвление потока энергии, то есть появляются волновые потоки, движущиеся в направлениях, соответствующих направлению дифрагированйых волн первого порядка. [c.75] Изменение толщины эмульсии голограммы, вызванное ее деформацией, приводит к интересным последствиям. Для некоторых голограмм интерференционная картина — система светлых и темных полос — может почти исчезнуть при обработке. Фотопластинки после обработки могут стать совсем прозрачными, но тем не менее они все еще будут сохранять много удивительных свойств, присущих обыкновенным (непросветленным) голограммам. [c.75] Третье различие между простой дифракционной решеткой и фотографической решеткой заключается в том, что эмульсия фотографической решетки имеет некоторую толщину, на которой может уложиться много длин волн. Интерференционная картина, порожденная двумя наборами волн, является трехмерной. При записи на фотопленку ее фиксирует не только поверхность эмульсии, как это для простоты предполагалось при рассмотрении рис. 8, но и вся ее толщина. Поскольку толщина эмульсионного слоя пленки значительна, то ваписапная на такой фотопленке объемная интерференционная картина мошет быть очень выразительной. Поэтому изготовленные фотографическим способом решетки, зонпые пластинки и голограммы следует рассматривать как объемную запись интерференционной картины. Более подробно мы познакомимся с объемными эффектами в следующей главе. [c.76] Дифракционная решетка отклоняет световые пучки различного цвета в различных направлениях. Пучок света с длиной волпы X) отклоняется дифракционной решеткой иа угол, который больше, чем угол отклонения пучка света с длиной волпы кч, меньшей 1. На рис. 48 показана дифракция света с длиной волны А,1, и с длиной волны А-г. Поскольку голограмма является своего рода дифракционной решеткой, то рассмотрим подробнее, к каким последствиям приводит зависимость дифракции света от длины волны. [c.76] Валповой фронт отклоненных краем бруска в область акустической тени волн (на рис. 49 они едва заметны) имеет цилиндрическую форму. Общая ось всех этих цилиндров находится на краю бруска. [c.79] Если на пути волн поместить вместо доски круглый диск, то волны, обогнув периметр диска, создадут в области тени дифракционную картину, которая будет сложнее, чем в случае с бруском. Эту волновую картину мы уже видели на рис. 5 при рассмотрении вопроса об интерференции неоднородных наборов волн. Рассмотренная только что дифракция волн от края бруска помогает нам понять, как формируется дифракционная картина в случае дифракции волн от диска. Звуковые волны (рис. 5), движущиеся слева направо, над диском и под диском проходят беспрепятственно и, как на рис. 49, имеют плоский фронт волн. А вот волновой фронт волн, отклоненных в область тени , уже не плоский, а сферический, причем центр сфер находится на границе диска. Сферические фронты волн, исходящих от всех точек периметра диска (окружности), на рис. 5 полностью не разделены. Все точки периметра диска являются как бы новыми источниками волн, в результате чего мы получаем много новых волновых наборов, которые интерферируют друг с другом. Именно таким образом и получается такая сложная картина как та, которую мы видим на рис. 5. Здесь вдоль центральной оси проходит узкая светлая полоса, структурно очень похожая на волновую картину прошедших над диском и под диском волн. Таким образом, множество новых источников, расположенных вдоль периметра диска, приводит к некоторой концентрации волновой энергии вдоль центральной горизонтальной оси. [c.79] Этот эффект Рэлей наблюдал как для световых, так и для звуковых волн. Когда на нути солнечных лучей он помещал в качестве диска монету достоинством в пенни, на экране в центре тени, отбрасываемой монетой, появлялось световое пятнышко. В солнечную погоду мы всегда видим тени от объектов. Поэтому как-то трудно поверить в то, что в центре тени интенсивность, или яркость, такая же, как если бы, по словам Рэлея, экрана не было вовсе . [c.79] Профиль распределения амплитуд в области тени за диском. Он имеет ярко выраженный центральный максимум. [c.80] Как заметил Рэлей, концентрацию волпобой энергии в области тени можно значительно увеличить с помощью доиолнительпых колец, расположенных вокруг диска и блокирующих распространение энергии волн в другие области, или зоны. Диск с дополнительными кольцами представляет собой зонную пластинку, которая часто используется как фокусирующая система некоторых форм волновой энергии. В следующей главе мы увидим, что оптические зонные пластинки очень похожи на голограммы и их можно получить путем фотографической записи интерференционной картины сферических волн и набора плоских волн (опорный пучок). Знакомство с основными свойствами зонных пластинок поможет нам лучше понять как способы изготовления голограмм, так и наиболее существенные их свойства. [c.81] Вернуться к основной статье