Голографічний мікроскоп - Фізика
4.5 Голографічний мікроскоп.
Двоступінчастий метод голографії вперше дозволив створити мікроскоп, який реєструє не тільки амплітуду, а й фазу світлової хвилі, розсіяної об'єктом. Поява такого мікроскопа відкрило нові можливості дослідження мікрооб'єктів, недосяжні відомими методами класичної мікроскопії.
У безлінзовому мікроскопі досягти збільшення можна, застосовуючи різні довжини хвиль або різні радіуси кривизни на стадіях отримання голограм та відновлення хвильового фронту.
Схема голографічного мікроскопа з прямим голографічним записом хвильових фронтів наведено на рис. Об'єкт 2 поміщається в лазерний пучок, що розходиться. Отримана дифракційна картина фіксується разом із когерентним тлом на фотопластинці на відстані z1 від об'єкта.
Збільшення відновленого зображення визначається виразом
M = [1±(z1λ1/z3λ2) - (z1/z2)]-1,
де λ1, λ2 - довжини хвиль джерел випромінювання під час запису та відновлення; z1 - відстань від досліджуваного об'єкта до площини голограми; z2, z3 - відстані від точкових діафрагм до площини голограми відповідно у схемах запису та відновлення. Знак "-" відноситься до дійсного зображення, знак "+" - до уявного.
Якщо застосовуються колімовані опорний та відновлюючий пучки (z2 = z3 = ∞), то мікроскоп працює з одиничним збільшенням. При використанні колімованого пучка тільки на стадії відновлення (z3 = ∞) збільшення мікроскопа не залежить від співвідношення довжин хвиль при записі та відновленні та обумовлено лише першою стадією процесу.
При z2 = ∞ збільшення M = [1 ± (z1λ1/z3λ2)]-1 тадосягає великих значень для дійсного зображення при z1?1 = z3?2. При z1 = z3 збільшення M = [1±(λ1/λ2)]-1 і залежить тільки від співвідношення довжин хвиль при записі та відновленні. Отже,
збільшення безлінзового голографічного мікроскопа визначається співвідношенням довжин хвиль та кривизною хвильових фронтів, що використовуються при записі та відновленні, і може легко регулюватися. Однак при цьому одержувані зображення супроводжуються значними абераціями, що необхідно враховувати безлінзовою голографічної мікроскопії. І саме тут доцільно застосовувати методи узгодженої фільтрації.
Безперечними перевагами має голографічний мікроскоп із попереднім збільшенням (рис.). Напівпрозорий об'єкт 5 поміщають на предметному склі і висвітлюють розташованим впритул до нього конденсором 4 світлом лазера 1. Об'єктив мікроскопа 6 створює збільшене дійсне зображення об'єкта, що реєструється разом з опорним пучком на голограмі 8, що поміщається між об'єктивом і окуляром 9.
Об'єктив і фокусуючу лінзу 10 підбирають так, щоб забезпечити максимальний збіг кривизни створюваних ними хвильових фронтів при заданому куті падіння на голограму для зменшення просторової частоти інтерференційної структури, що реєструється. Кут між опорними та предметними пучками вибирають досить малим із тих же міркувань. Відновлене зображення вивчається через окуляр мікроскопа, який можна перебудовувати глибиною і переміщати полем зареєстрованого зображення. Подібна схема мікроскопа забезпечує досягнення роздільної здатності близько 1 мкм.
Можна порівняти дві схеми голографічного мікроскопа. Недоліками схеми прямоїреєстрації можна назвати високі вимоги до роздільної здатності реєструючого середовища та сильний вплив плямистої структури на якість зображення. У голографічної схемі з використанням мікрооб'єктива для створення збільшеного зображення предмета вимоги до роздільної здатності мінімальні, але поле зору і глибина простору, що реєструються, визначаються властивостями застосовуваного мікрооб'єктива і дуже малі.
1. Голографічні пристрої, що запам'ятовують.
Переваги оптичної пам'яті полягають у великій ємності (і, відповідно, високій щільності зберігання інформації) та високій швидкодії, можливості паралельної обробки інформації, високій надійності зберігання, швидкому доступі до масивів інформації, відсутності енергоспоживання в статичному стані, а головне - великої завадостійкості голограм.
Усі ГЗУ можна поділити на такі основні типи:
- ГЗУ постійного типу;
Архівні ДЗП призначені для запису та зберігання документів без попереднього кодування. Запис дозволяє отримати зменшення документів у 100-200 разів та записати сторінку формату 210 × 297 мм у вигляді фур'є-голограми розміром 1-2 мм. На одному носії записується близько 104 голограм, але можна довести ємність носія і до 107. Такі ГЗУ забезпечують тривале зберігання (5-10 років) без перезапису, що обумовлено стійкістю до дефектів носія, пилу тощо, а також незалежності від дії зовнішніх електромагнітних та радіаційних впливів. Подібною системою можуть оснащуватися безпосередньо читальні зали великих бібліотек.
Масові ГЗУ надвеликої ємності можна отримати, якщо нанести реєструюче середовище на носій типу диска або стрічки, що рухається. Як реєструюче середовище для таких систем використовуютьмагнітооптичні плівки. У ГЗУ з носієм, що рухається, може бути досягнута висока щільність запису (порядку 105 біт/мм2), близька до теоретичної межі, що на два порядку перевищує щільність зберігання, досягнутого в ЗУ на магнітних носіях. Місткість таких ГЗУ можна довести до 1013 біт. Щоб уникнути розмазування через рух носія, запис голограм проводиться коротким світловим імпульсом.
2.Носії інформації для голографічних ЗУ.