Об’ємні голограми
| 1. /Голографія.DOC | Фізичні |
Об'ємні голограми.
Якщо голограму записати в деякому об'ємному середовищі, то отримана модель стоячої хвилі однозначно відтворює не тільки амплітуду та фазу, а й спектральний склад записаного на ній випромінювання. Ця обставина була покладена в основу створення тривимірних (об'ємних) голограм.
В основу роботи об'ємних голограм покладено дифракційний ефект Брегга: в результаті інтерференції хвиль, що поширюються в товстошаровій емульсії, утворюються площини, засвічені світлом більшої інтенсивності. Після прояву голограми на засвічених площинах утворюються шари почорніння. В результаті цього створюються так звані бреггівські площини, які мають властивість частково відбивати світло. Тобто. в емульсії створюється тривимірна інтерференційна картина.
Щоб процес відновлення зображенняоб'ємної пропускає голограмибув ефективним, опорний пучок слід направити на неї точно під тим же кутом, під яким він падав на фотопластинку при реєстрації голограми; інакше ми не отримаємо жодного зображення. Крім того, для відновлення повинно використовуватися випромінювання того ж кольору, що й для запису голограми. За дотримання цих умов, змінюючи кут падіння опорного пучка, на одній фотопластинці вдається зареєструвати до ста різних зображень. І кожне з них можна окремо розглядати, направляючи на пластинку опорний пучок під відповідним кутом.
Схема реєстрації об'ємних пропускають голограм подібна до тієї, що застосовується для запису плоских голограм; різниця лише в тому, що тут потрібні платівки з більш товстим шаром емульсії.
Об'ємнівідбивні голограми отримують зовсім іншим способом. При їх реєстрації опорний пучок та фронт хвилі, відбитий від об'єкта, повинні падати на фотопластинку з протилежних напрямків. Таку відбивну голограму можна розглядати як складається з двох наборів інтерференційних смуг, що виконують різні функції. По всій глибині голограми інтерференційні лінії діють як світлофільтри для випромінювання, яке відбивається від голограми. Подібний світлофільтр називається інтерференційним. При такому способі реєстрації голограми інтерференційні смуги розташовуються в площинах, що віддаляються один від одного на ½ довжини хвилі лазерного випромінювання, і кожна з площин, подібно до дзеркала, частково відбиває світло, причому посилююча інтерференція виникає тільки для певного кольору, а саме, половина довжини хвилі якого точно дорівнює відстані між цими дзеркалами. Зрозуміло, інтерференційні смуги на такій голограмі виконують і свої звичайні функції по відношенню до світла, відбитому від фільтрів-дзеркал, тому відновлення предметного хвильового фронту відбувається тільки в променях відповідного кольору. Колір відбитого «фільтрами» випромінювання залежить від відстані між площинами, в яких лежать інтерференційні смуги, а воно своєю чергою визначається кольором лазерного променя, використаного для реєстрації даної голограми.
Теоретично, якщо голограма записувалася, наприклад, у червоному світлі, то інтерференційні лінії є червоними фільтрами, і коли на голограму падає світло, вони поглинають всі його складові, за винятком червоної, яку відображають. Насправді часто трапляється, що голограма, записана в червоному світлі лазера, дає зелене зображення. Це зумовлено невеликим зменшенням товщиниемульсійного шару (усадкою емульсії) у процесі обробки голограми, внаслідок чого відстань між площинами інтерференційних смуг змінюється. Зазвичай названий ефект не викликає особливого занепокоєння, оскільки зображення монохроматично (навряд чи має значення якого кольору – червоного або зеленого). Це стає проблемою тільки при виготовленні кольорових відбивних голограм. З відбивними голограмами пов'язаний ще один ефект: коли ми дивимося на голограму під різними кутами, колір зображення змінюється від зеленого до синього.
Таким чином, об'ємна відбивна голограма дає тривимірне голографічне зображення навіть у тому випадку, коли її висвітлюють білим світлом, краще сонячним світлом або яскравим променем ліхтаря. Відбивні голограми, що дозволяють відновлювати зображення у білому світлі, часто називають голограмами Денисюка – на честь радянського вченого, який у 1962 році запропонував цей спосіб голографування.
Фазові голограми.
Голограми можна записувати не лише на фотографічних платівках, а й в інших середовищах. Існує безліч різноманітних матеріалів, що володіють необхідними для цього чутливістю та роздільною здатністю. Але вони реагують на світ зовсім інакше, ніж фотопластинка. Наприклад, замість того, щоб темніти в тому місці, куди падає світло, вони змінюють свою товщину, і відповідно до товщини матеріалу в точці відображення змінюється фаза відбитої світлової хвилі. Таким чином, при відновленні зображення фаза опорного хвильового фронту змінюється від точки до точки на поверхні голограми. У результаті виході голограми формується хвильовий фронт, який, як і потрібно, точно відтворює хвильовий фронт, відбитий від предмета.
Такі фазові голограмиможуть працювати як у пропускання, і відбиток. Вони створюють більш яскраві зображення, ніж голограми, записані на фотопластинці, оскільки в цьому випадку для формування відновленого хвильового фронту використовується велика частка світла, що падає на голограму. При розгляді у звичайному денному світлі фазові пропускаючі голограми виглядають прозорими, як скло.
Як матеріали для реєстрації фазових голограм використовують, наприклад, термопластичну прозору пластмасу, тверді листи якої встановлюють замість фотопластинки. При записі голограм на термопласті зазвичай потрібний лазер високої потужності або тривала експозиція, оскільки реєстрація голограми у цьому випадку здійснюється завдяки тому, що у відповідних ділянках інтерференційної картини матеріал злегка нагрівається та його товщина змінюється. Часто для цієї мети застосовують і інший матеріал – біхромовану желатину.
Однією з переваг термопласту як матеріалу для реєстрації фазових голограм слід вважати те, що дозволяє налагодити масове виробництво голограм. Листи термопласту можна штампувати за допомогою металевої матриці.
Взагалі кажучи, звичайні голограми, записані на фотопластинці, можна перетворити на фазові, якщо вибілити темні інтерференційні смуги відповідним відбілюючим засобом. В результаті зміна ступеня потемніння у всьому об'ємі платівки перетворюється на зміну її оптичної щільності, яка відповідним чином впливає на фазу опорного хвильового фронту. Таким чином, зручність отримання фотографічних голограм (використання малопотужних лазерів) вдається поєднувати з яскравістю зображення, що створюється фазовими голограмами.