Материал: Физические основы голографии

3.1 Плоские пропускающие голограммы

Опишем, как получают голограмму какого-либо предмета, а точнее волнового фронта света, отраженного от предмета (или группы предметов). Предмет, освещенный лазерным лучом, отражает волновой фронт, который обладает важнейшим свойством когерентности. Благодаря этому такой волновой фронт, взаимодействуя с другим когерентным волновым фронтом (обычно простейшей формы, например, плоским), выполняющим роль опорного пучка, создает специфическую единственную в своем роде интерференционную картину.

Рис. Пропускающая голограмма

Предмет устанавливают вблизи фотопластинки и освещают пучком лазерного света. Часть волнового фронта, который отражается от предмета во всех направлениях, падает на фотопластинку. Одновременно на нее под некоторым углом к предметной волне проецируют опорный волновой фронт (или опорный пучок).

Необходимая когерентность двух волновых фронтов - опорного и предметного - достигается путем деления луча лазера на две части; это осуществляется так называемыми расщепителями пучка. Каждый из полученных таким образом пучков расширяется с помощью специального приспособления и направляется зеркалами в нужную сторону: один - на фотопластинку, другой - на предмет.

Продолжительность экспозиции фотопластинки определяется требуемой яркостью получаемого изображения, то есть зависит от мощности лазера. При сравнительно малой мощности лазера время экспозиции составляет несколько секунд. С облучением фотографической пластинки процесс регистрации заканчивается. Записанное на ее поверхности изображение и есть голограмма. Она представляет собой чрезвычайно сложную картину, состоящую из множества тонких причудливых линий, в которых невозможно усмотреть никакого сходства с реальным предметом. Если рассматривать голограмму в дневном свете, держа ее на расстоянии вытянутой руки, она покажется однородно-серой, и мы не обнаружим ни малейшего намека на изображение, закодированное в ее структуре. Более пристальное изучение голограммы под лупой откроет запутанную картину изогнутых темных линий, завитков и "мишеней". В действительности это всего лишь поверхностные дефекты голограммы, обусловленные дифракцией света на частичках пыли и несовершенством оптической системы. Собственно голографические полосы можно наблюдать только в мощный микроскоп.

При восстановлении изображения используется та же схема, что и при регистрации голограммы, с той лишь разницей, что предмет и освещающий его пучок убирают. Голограмму устанавливают так, чтобы опорный пучок падал на нее примерно под тем же углом, что и на стадии регистрации. Часть пучка проходит через голограмму, "не реагируя" на ее присутствие, но часть его отклоняется, формируя по обе стороны пластинки два новых волновых фронта, один из которых представляет собой точную копию первичного волнового фронта, отраженного от предмета.

Голографическое изображение, полученное таким образом, оказывается в точности подобным реальному предмету. Оно объемно, и мы можем заглянуть за "предметы", расположенные на переднем плане, просто слегка двигая головой в сторону (явления параллакса).

Голограмму можно разбить на две части, и тогда получаются две голограммы предмета. Однако, поскольку каждая из них меньше первоначальной, по отдельности они дадут только части того первоначального "окна", через которое мы видим изображение. Это в свою очередь ограничит интервал углов, под которыми мы можем наблюдать изображение, причем неизбежно эти две голограммы воспроизводят изображения предмета, рассматриваемого под несколько отличающимися углами зрения.

Стеклянные фотопластинки, используемые для получения голограмм такого размера, которые обычно демонстрируются на различных выставках, имеют площадь порядка 1 м². Помимо стеклянных фотопластинок для голограмм применяют также гибкие фотографические пленки. Их можно делать размером до 6 м², что позволяет получать очень большие голограммы.

Свернув такую пленку в виде цилиндра и поместив внутрь его нужный нам предмет, мы можем изготовить цилиндрическую голограмму. (В этом случае опорный пучок должен освещать всю поверхность цилиндра, и простая плоская волна здесь не годится). Такую голограмму можно обходить вокруг и рассматривать с любой стороны. При восстановлении изображения создается впечатление, что предмет заключен внутри цилиндра.

Голографическое изображение характеризуется рядом особенностей, связанных с тем, что для его получения используется высококогерентный свет лазера. Если предмет первоначально освещается монохроматическим светом - чаще всего это красный свет гелий-неонового лазера, - то и последующее восстановление изображения осуществляется с помощью луча того же света. В результате голографическое изображение также оказывается одноцветным, например, красным. Для получения голограммы, воспроизводящей естественный цвет предметов, требуются значительно более сложные методы. Другой особенностью голографического изображения является его своеобразная зернистая структура; она обусловлена тем, что при голографировании предмет освещается когерентным светом. Предпринимались неоднократные попытки "очистить" голограммы от этой досадной зернистости, однако успехи здесь пока невелики.

Голограмма способна воспроизводить свыше миллиона оттенков яркости, тогда как для фотографии этот показатель не превышает сотни. Таким образом, голограммы чрезвычайно полезны для качественного воспроизведения освещенности разных частей предмета.

Иногда, чтобы подчеркнуть реалистичность голографического изображения, в голографическую сцену (то есть вблизи предмета) помещают кусочки битого стекла. Рассматривая затем восстановленное изображение с разных сторон, мы видим игру света, отраженного от граней стекла, - благодаря этому сходство с оригиналом усиливается. Применяется и другой способ. Перед мелкими голографируемыми предметами устанавливают линзу. Наблюдая затем воспроизведенное изображение под разными углами, мы увидим увеличенными разные предметы, словно то один, то другой попадает под увеличительное стекло.

Посредством двойной экспозиции на одной и той же фотопластинке можно запечатлеть два различных голографических изображения. При воспроизведении эти изображения будут накладываться друг на друга. Таким путем изготовляют весьма интересные голограммы. Сначала обычным способом делают голограмму какого-либо предмета (или предметов). Затем голографируемый предмет слегка сдвигают или заменяют другим, и на той же пластинке записывают вторую голограмму. Когда такую "двойную" голограмму освещают, восстанавливаются оба изображения, как бы наложенные одно на другое.