«Голография»

(от греч. hólos — весь, полный и ...графия)

метод получения объёмного изображения объекта, основанный на интерференции волн. Идея Г. была впервые высказана Д. Габором (Великобритания, 1948), однако техническая реализация метода оказалась чрезвычайно сложной и Г. не получила распространения. Только с появлением лазеров открылись многочисленные и разнообразные возможности практического использования Г. в радиоэлектронике, оптике, физике и различных областях техники.

Принцип Г. Обычно для получения изображения какого-либо объекта фотографическим методом пользуются фотоаппаратом, который фиксирует на фотопластинке излучение, рассеиваемое объектом. Каждая точка объекта в этом случае является центром рассеяния падающего света; она посылает в пространство расходящуюся сферическую световую волну, которая фокусируется с помощью объектива в небольшое пятнышко на светочувствительной поверхности фотопластинки. Так как отражательная способность объекта меняется от точки к точке, то интенсивность света, падающего на соответствующие участки фотопластинки, оказывается различной. Поэтому на фотопластинке возникает изображение объекта. Это изображение складывается из получающихся на каждом участке светочувствительной поверхности изображений соответствующих точек объекта. При этом трёхмерные объекты регистрируются в виде плоских двухмерных изображений.

В процессе фотографирования на фотопластинке фиксируется лишь распределение интенсивности, то есть амплитуды электромагнитной волны, отражённой от объекта (интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды). Однако световая волна при отражении от объекта изменяет не только амплитуду, но и фазу в соответствии со свойствами поверхности объекта в данной точке.

Г. позволяет получить более полную информацию об объекте, так как представляет собой процесс регистрации на фотопластинке не только амплитуд, но и фаз световых волн, рассеянных объектом. Для этого на фотопластинку одновременно с волной, рассеянной объектом (сигнальная волна), необходимо направить вспомогательную волну, идущую от того же источника света (лазера), с фиксированной амплитудой и фазой (опорная волна, рис. 1).

Интерференционная картина (чередование тёмных и светлых полос или пятен), возникающая в результате взаимодействия сигнальной и опорной волн, содержит полную информацию об амплитуде и фазе сигнальной волны, то есть об объекте. Зафиксированная на светочувствительной поверхности интерференционная картина после проявления называется Голограммой. Если рассматривать голограмму в микроскоп, то в простейшем случае видна система чередующихся светлых и тёмных полос (рис. 2). Интерференционный узор реальных объектов весьма сложен.

Для того чтобы увидеть изображение предмета, голограмму необходимо просветить той же опорной волной, которая использовалась при её получении. В простейшем случае — интерференции двух плоских волн (двух параллельных пучков) — голограмма представляет собой обычную дифракционную решётку (См. Дифракционная решётка). Плоская волна, падая на такую голограмму, частично проходит сквозь неё, сохраняя прежнее направление, а частично вследствие дифракции (См. Дифракция) преобразуется в две вторичные плоские волны, распространяющиеся под углом θ (рис. 3). Угол θ связан с шагом решётки d и длиной световой волны λ формулой:

Как видно из рисунка, волна, которая идёт «вниз», является как бы продолжением сигнальной волны, использовавшейся при съёмке голограммы (рис. 1). Поэтому она ничем не отличается от волны, идущей от объекта при непосредственном его наблюдении. Таким образом, при просвечивании голограммы восстанавливается та же самая волна, которая исходила от объекта. В результате этого наблюдатель, смотрящий сквозь голограмму, увидит мнимое изображение объекта в том месте, где объект находился при съёмке. Волна, идущая «вверх» (рис. 3), также содержит информацию об объекте и образует его действительное изображение.

Голограмма точки. Пусть свет от лазера падает на точечный объект А и на плоский отражатель, который создаёт опорную волну (рис. 4). Рассеянная от точечного объекта волна и опорная волна падают на фоточувствительный слой, на котором регистрируется интерференционная картина. Голограмма в этом случае образуется в результате интерференции сферической сигнальной волны с плоской опорной волной и представляет собой систему концентрических тёмных и светлых колец. Поскольку расстояние между интерференционными кольцами равно рис. 5).

При просвечивании голограммы плоской опорной волной в результате дифракции возникают две сферические волны. Эти волны формируют действительное и мнимое изображения точки А, которые можно наблюдать под различными углами (рис. 5). Расходящаяся сферическая волна I создаёт мнимое изображение A' и наблюдатель, воспринимающий эту волну, видит восстановленное изображение A' за голограммой в том же месте, где находился реальный объект А. Вторая сходящаяся сферическая волна // создаёт действительное изображение объекта А", которое расположено перед голограммой.

Объёмность голографических изображений.Повторяя приведённые рассуждения для каждой из точек объекта, состоящего, например, из 4 точек, можно убедиться, что интерференционная картина, которая фиксируется на голограмме, будет содержать полную информацию о всех 4 точках. При просвечивании голограммы опорным лучом появятся 2 изображения — мнимое и действительное, причём оба изображения будут восприниматься наблюдателем как объёмные.

Мнимое изображение наблюдается, если смотреть сквозь голограмму, как в окно (рис. 6). Действительно, в положениях б, в, г мы увидим точку 1, а в положениях в, г, д — точку 3; в, положениях в, г наблюдатель увидит одновременно точки 1, 3 и точки 2, 4, которые расположены между ними, то есть весь объект. Если наблюдатель переводит взгляд с точки 2 на точку 3 (или 4), он должен изменить фокусировку глаз, а если наблюдатель переменит своё место, например от в к г, то изменится и перспектива изображения. Более того, в некоторых положениях наблюдатель не увидит точки 4, так как она будет заслонена точкой 2 объекта, расположенной ближе к наблюдателю. Таким образом, голографическое изображение является объёмным, причём зрительное восприятие этого изображения ничем не отличается от восприятия исходного объекта. Фотографируя мнимое изображение, можно, в зависимости от места расположения фотоаппарата и его фокусировки, зафиксировать все эти особенности на снимках (рис. 7). Экспериментально такие голограммы впервые получили амер. физики Э. Лэйтс и Ю. Упатниекс в 1962.

Действительное изображение также трёхмерно и обладает всеми упомянутыми свойствами; оно как бы висит перед голограммой, но наблюдать его несколько труднее.

Свойства голограмм. Голографическое изображение точки представляет собой собой пятно, диаметр δ которого равен: D— размер голограммы, λ — длина волны, Н — расстояние объекта до голограммы. Величина δ характеризует разрешающую способность голографического изображения, то есть различимость 2 близких точек объекта. Одно из замечательных свойств голограммы состоит в том, что каждый её участок содержит информацию обо всём объекте и поэтому позволяет восстановить полное изображение объекта (при уменьшении размера голограммы D ухудшается лишь разрешающая способность изображения). Следствием этого является высокая надёжность хранения информации, записанной в виде голограммы.

При просвечивании голограмм можно изменить длину опорной волны λ. В этом случае наблюдаются 2 изображения, но на другом расстоянии H' от голограммы, определяемом формулой:

Здесь Н — расстояние между объектом и голограммой при съёмке, λ₁ — длина опорной волны при съёмке, а λ₂ — при просмотре голограммы. Таким способом можно визуализировать (сделать видимыми) изображения объектов, записываемых в виде голограмм, полученных с помощью радиоволн или инфракрасного, ультрафиолетового и рентгеновского излучений.

При просмотре голограмм можно менять не только длину опорной волны, но и её волновой фронт. Освещая, например, голограмму расходящейся сферической волной, можно наблюдать увеличенное изображение предмета. На этом основано устройство голографического микроскопа.

Возможности Г. существенно расширяются, если голограмму записывать на толстослойной эмульсии, что было впервые предложено Ю.Н. Денисюком (СССР, 1962). В этом случае интерференционная картина получается трёхмерной, благодаря чему голограмма приобретает новые свойства. В частности, такая голограмма позволяет наблюдать изображение объекта при освещении её немонохроматическим (белым) светом.

Можно получить цветное голографическое изображение предмета, если при изготовлении голограммы использовать 3 монохроматических лазера, излучающие разные длины волн (например, синий, жёлтый и красный лучи). В этом случае запись может производиться на обычную эмульсию, и голограмма по внешнему виду не будет отличаться от обычной черно-белой. Цветное изображение предмета наблюдается при одновременном освещении голограммы 3 опорными волнами, соответствующими указанным цветам.

Качество голографических изображенийзависит от монохроматичности излучения лазеров и разрешающей способности фотоматериалов, используемых при получении голограмм. Если спектр излучения лазера широкий, то при съёмке голограммы каждой определённой длине волны этого спектра будет соответствовать свой интерференционный узор и результирующая интерференционная картина будет нечёткой и размытой. Поэтому при изготовлении голограмм применяются лазеры с очень узкой спектральной линией излучения.

Качество интерференционной картины определяется также разрешающей способностью фотоматериала, то есть числом интерференционных линий, которое можно фиксировать на 1 мм. Чем больше это число, тем лучше качество восстановленного изображения. В связи с этим в Г. применяются фотоматериалы, имеющие высокое разрешение (1000 линий на 1 мм и более).

Наиболее часто используемые фотографические эмульсии представляют собой взвесь светочувствительных зёрен, расположенных на некотором расстоянии друг от друга. Дискретная структура фотоэмульсий приводит к тому, что на голограмме записывается не непрерывное распределение яркости интерференционной картины, а лишь её «отрывки». Это создаёт световой фон, поскольку при просвечивании голограммы свет рассеивается на проявленных зёрнах. В связи с этим ведутся широкие поиски беззернистых фотоматериалов, которые, кроме того, позволяли бы производить стирание и повторную запись информации, что очень важно для ряда голографических применений. Уже получены первые голограммы на мелкодоменных магнитных плёнках, фотохромных стеклах и плёнках, на кристаллах и на других материалах.

На качество голографических изображений влияют также условия съёмки. При использовании лазеров непрерывного излучения время экспозиции меняется от долей секунды до десятков минут (в зависимости от размеров объекта и голограммы). В течение этого времени недопустимы какие-либо смещения объекта, фотопластинок и оптических элементов схемы на расстояния, сравнимые с длиной волны λ. В противном случае интерференционная картина будет смазана. Эти трудности исключаются при использовании импульсных лазеров, обеспечивающих мощное световое излучение в течение очень коротких промежутков времени (до 10^-9 сек). При таком малом времени экспозиции легко получать голограммы объектов, движущихся со скоростями порядка 1000 м/сек (рис. 8).

Применение Г. Импульсная Г. открывает возможность фиксировать и анализировать быстро, протекающие процессы. Большой интерес, например, для ядерной физики и физики элементарных частиц представляет изучение следов (треков) частиц в трековых камерах. Для этой цели пока применяется стереоскопическая съёмка. Голографические методы оказываются здесь весьма эффективными, поскольку они позволяют зафиксировать информацию о всём объёме камеры. При восстановлении можно рассматривать изображение в различных сечениях камеры, что позволяет легко разделить треки, соответствующие разным частицам. Число частиц, регистрируемых на голограмме, может быть очень большим (порядка 1000). Аналогично можно изучать динамику распределения неоднородностей в туманах, жидкостях и других прозрачных средах.

Перспективно применение импульсной Г. в интерферометрии. На одной и той же фотопластинке в различные моменты времени записываются 2 голограммы исследуемого объекта. При восстановлении обе волны, несущие информацию об объекте, накладываются друг на друга. Если за время между экспозициями с объектом произошли какие-либо изменения, то на восстановленном изображении появляется система интерференционных полос. Расшифровывая полученную интерференционную картину, можно определить происшедшие изменения. Этот метод позволяет измерять очень небольшие (порядка долей мкм) деформации объектов со сложной формой поверхности, обусловленные вибрацией, нагреванием и т. п. Его можно использовать также для неразрушающего контроля изделий, для исследования Взрывов, ударных волн (См. Ударная волна), образующихся, например, при полёте пули (рис. 8), для изучения потоков газа в сверхзвуковом сопле, для исследования плазмы (См. Плазма) и т. д.

Применение Г. открывает принципиальную возможность создания объёмного цветного телевидения (См. Цветное телевидение). Действительно, голограмму объекта можно зафиксировать на светочувствительной поверхности передающей телевизионной трубки (См. Передающая телевизионная трубка), а затем передать её по радио- или оптическому каналу. На приёмном конце голограмму можно восстановить, записав её, например, на светочувствительной плёнке. Это позволит наблюдать трёхмерное изображение объекта. Реализация такой системы даже для специальных применений пока связана с большими техническими трудностями (разрешающая способность телевизионных передающих трубок очень низка, что затрудняет восстановление объёмных изображений; отсутствуют достаточно мощные лазеры видимого диапазона, которые необходимы для получения голограмм реальных объектов, и т. п.).

Методы Г. открывают возможность создания новых систем памяти, представляющих большой интерес для прогресса вычислительной техники (См. Вычислительная техника). Г. позволяет реализовать плотность записи порядка 10⁷—10⁸ двоичных единиц (См. Двоичные единицы) информации на 1 см² светочувствительной поверхности, что на несколько порядков выше, чем у существующих систем памяти. Кроме того, голографическая запись характеризуется высокой надёжностью; выход из строя небольших участков голограммы приводит лишь к некоторому ухудшению качества воспроизведения (см. выше). Голографические устройства памяти с большой ёмкостью были предложены в 1966 А. Л. Микаэляном и В. И. Бобриневым (СССР). Они основаны на записи большого числа голограмм на одну и ту же поверхность (или объём) фотоматериала. Для того чтобы изображения не накладывались друг на друга, при записи каждого из них изменяют угол падения опорной волны на светочувствительный слой (рис. 9). Опорный луч, прежде чем попасть на голограмму, проходит через отклоняющую систему, которая устанавливает направление опорного луча в соответствии с введённым в неё адресом. Каждому адресу соответствует своё направление опорного луча. Сигнальный луч делится на n каналов, в каждый из которых включен модулятор М. При наличии управляющего напряжения он пропускает луч лазера, а при отсутствии напряжения становится непрозрачным. На выходе модуляторов возникает комбинация n лучей, которые вместе с опорным лучом записываются в виде голограммы. При накоплении информации в запоминающем устройстве на адресный вход подаются поочерёдно все адреса, а на сигнальный — соответствующие числа.

При считывании информации отклоняющая система устанавливает угол падения считывающего опорного луча, соответствующий заданному адресу, и голограмма формирует изображение в виде системы ярких точек, количество и взаимное расположение которых определяется комбинацией включенных при записи модуляторов. Это изображение проецируется на систему фотоприёмников, на выходе которых сигналы дают считанное число. Уже удалось записать последовательно до 1000 голограмм 32-разрядных чисел на участке поверхности с диаметром ок. 2 мм.

Другой вариант голографического запоминающего устройства позволяет записывать большие количества чисел, которые предварительно преобразуются в матрицы-транспаранты (рис. 10). Каждая матрица записывается в виде голограммы на небольшом участке фотопластинки (порядка 1—2 мм). Переключение луча с одной голограммы на другую осуществляется двухкоординатной системой отклонения, причём при любых углах отклонения опорный и сигнальные лучи совмещены на голограмме. При считывании информации каждая голограмма освещается опорным лучом, восстанавливающим изображение соответствующей матрицы (рис. 10). Это изображение падает на мозаику фотодиодов, соединённых таким образом, чтобы можно было выбрать любое число из восстановленной матрицы. Время считывания произвольного числа определяется мощностью лазера и чувствительностью фотодиодов и может быть сделано очень малым (10^-7—10^-8 сек). Ёмкость голографических систем памяти при произвольной выборке информации с высокой скоростью может достигать 10⁹ двоичных единиц.

Перспективна возможность использования принципов Г. для создания специальных вычислительных устройств, в которых проводятся те или иные математические операции над информацией, записанной в виде голограммы. Наибольшее внимание при этом уделяется созданию устройств для поиска заданной информации и опознавания образов. Термин «опознавание» означает сравнение изображений 2 объектов и установление соответствия между ними. Такие устройства могут применяться для автоматического чтения информации, для классификации различных объектов, для дешифровки сложных изображений и т. д. Возможность опознавания образов основана на свойстве голограмм восстанавливать изображение объекта только в том случае, если считывающий пучок света совпадает по форме с опорным лучом, использовавшимся при съёмке. Пусть, например, имеется голограмма, на которой записана интерференция между светом точечного источника и светом, прошедшим через транспарант с буквой «Т» (рис. 11). Если затем голограмму освещать светом, проходящим через транспарант, на котором записаны разные буквы, то только в случае той же буквы «Т» мы увидим изображение яркой точки. Такая голограмма является своеобразным фильтром, с помощью которого можно, например, установить наличие буквы «Т» в каком-либо сложном тексте и быстро определить число этих букв. Этот способ был, в частности, опробован для опознавания отпечатков пальцев. Для одного из восьми сходных отпечатков был изготовлен голографический фильтр, с помощью которого производилось опознавание в рассмотренной выше установке. Фотографические копии всех отпечатков последовательно вводились в схему, и наблюдалось изображение в плоскости опознавания. Оказалось, что яркая точка возникала только в одном случае, что говорит о высокой избирательности данного метода. Важно отметить, что достаточно уверенное опознавание происходит и в том случае, когда имеется лишь часть отпечатка. Например, при наличии половины отпечатка яркость изображения точки уменьшается всего на 10%. Экспериментально установлено, что опознавание естественных объектов сложной формы (например, отпечатков пальцев) происходит более надёжно, чем знаков, букв или простых фигур. Например, при опознавании букв возможны ошибки по сходности начертания (О и С, П и Е и др.).

С применением Г. для опознавания образов тесно связано использование её для кодирования информации. В этом случае при съёмке голограммы в канале опорного луча устанавливается специальный элемент (например, диффузное стекло), создающий сложную форму волнового фронта. Чтобы наблюдать восстановленное изображение, необходимо использовать ту же самую опорную волну. Это оказывается возможным только при использовании того же экземпляра диффузного стекла, который применялся при съёмке голограммы. Высокая степень кодирования связана с тем, что опорный луч, прошедший через диффузное стекло, превращается в протяжённый монохроматический источник света, который является набором большого числа точечных излучателей, имеющих определённое соотношение амплитуд и фаз. Поэтому вероятность того, что различные экземпляры диффузных стекол будут одинаковыми в указанном смысле, чрезвычайно мала. Большой интерес представляет применение Г. для формирования заданных волновых фронтов. Известно, например, что оптические объективы не могут быть сделаны идеальными и всегда вносят искажения в формируемые ими изображения. Для каждого объектива можно изготовить голограмму, корректирующую эти искажения. С усовершенствованием техники Г. окажется возможной реализация специальных «голографических объективов», представляющих собой набор заранее изготовленных голограмм, заменяющих линзовые объективы и свободных от аберраций оптических систем (См. Аберрации оптических систем).

Голографический метод применим также в случаях звуковых и ультразвуковых волн. Если на объект, помещенный в непрозрачную жидкость, воздействовать звуковым генератором, то на поверхности жидкости можно создать звуковую голограмму (рис. 12). Для этого необходим вспомогательный источник звука, создающий опорную волну. Если звуковую голограмму, образующуюся в результате интерференции звуковых волн (опорной и сигнальной), осветить лазером, то можно увидеть объёмное изображение предмета. Голографическое «звуковидение» важно, в частности, для исследований внутренних органов животных и людей.

Лит.: Лэйт Э. и Упатниекс Ю., Фотографирование с помощью лазеров, «Успехи физических наук», 1965, т. 87, в. 3; Сороко Л. М., Голография и интерференционная обработка информации, там же, 1966, т. 90, в. 1; Микаэлян А. Л., Голография, М., 1968; Гудмен Д., Введение в Фурье-оптику, пер. с англ., М., 1970.

А. Л. Микаэлян.

Рис. 2. Структура голограммы, видимая в микроскоп.

Рис. 7а. Одна из фотографий мнимого голографического изображения шахматных фигур при разных точках съёмки.

Рис. 7б. Одна из фотографий мнимого голографического изображения шахматных фигур при разных точках съёмки.

Рис. 7в. Одна из фотогоафий мнимого голографического изображения шахматных фигур при разных точках съёмки.

Рис. 1. Получение голограммы в случае интерференции двух плоских световых волн (опорной и сигнальной): θ — угол между направлениями распространения опорной и сигнальной волн; d — расстояние между соседними тёмными полосками картины.

Рис. 8. Голографическое изображение летящей пули.

Рис. 3. Восстановление изображений с помощью голограммы.

Рис. 4. Получение голограммы точечного объекта.

Рис. 5. Действительное А" и мнимое A' изображения точки А; Н — расстояние от объекта до голограммы.

Рис. 6. Голограммы объекта, состоящего из четырёх точек.

Рис. 9. Голографическое запоминающее устройство; M₁, M₂, ..., M_n — модуляторы.

Рис. 10. Вверху — транспарант (матрица) голографического запоминающего устройства; внизу — изображение матрицы.

Рис. 11. Голографическое опознавание образов.

Рис. 12. Голографическое звуковидение.

ГОЛОГРА́ФИЯ, -и, жен. (спец.). Получение объёмного изображения, основанное на взаимном действии (наложении друг на друга) световых волн.

| прил. голографический, -ая, -ое.

-и, ж.

Метод получения объемного изображения объекта, основанный на интерференции волн.

[От греч. ‛όλος — весь, полный и γράφω — пишу]

ж.

Метод получения объёмного изображения объекта, основанный на взаимодействии двух лучей света: луча от источника (лазера) и луча, отраженного предметом.

ГОЛОГРАФИЯ (от греч. holos - весь - полный и ...графия), метод записи, воспроизведения и преобразования волновых полей, основанный на интерференции волн. Предложен Д. Габором в 1948. Голография позволяет получать изображение объектов. На фоточувствительный слой одновременно с "сигнальной" волной, рассеянной объектом, направляют "опорную" волну от того же источника света. Возникающая при интерференции этих волн картина, содержащая информацию об объекте, фиксируется на светочувствительной поверхности. Она называется голограммой. При облучении голограммы или ее участка опорной волной можно увидеть объемное изображение объекта. Голография применима к волнам любой природы и любого диапазона частот; используется в физике и различных областях техники, в частности для распознавания образов, кодирования информации, в акустике и т. п.

жен. holographyholography

holography

f.holography

ж

Holographie f

голография ж Holographie f c

ж.

holographie f

ж. спец.

olografia

ГОЛОГРАФИЯ

(от греч. holos — весь, полный и grapho — пишу), способ записи и восстановления волн. поля, основанный на регистрации интерференц. картины, к-рая образована волной, отражённой предметом, освещаемым источником света (п р е д м е т н а я волна), и когерентной с ней волной, идущей непосредственно от источника света (опорная волна; рис. 1, а). Зарегистрированная интерференц. картина наз. г о л о г р а м м о й. Голограмма, освещённая опорной волной, создаёт такое же амплитудно-фазовое пространств. распределение волн. поля, к-рое создавала при записи предметная волна. Т. о., в соответствии с Гюйгенса — Френеля принципом, голограмма преобразует опорную волну в копию предметной волны (рис. 1,6).

.

Рис. 1. Схемы получения голограммы (а) и восстановления волн. фронта (б); штриховкой показаны зеркала.

Основы Г. были заложены в 1948 физиком Д. Габором (Великобритания). Желая усовершенствовать электронный микроскоп, Габор предложил регистрировать информацию не только об амплитудах, но и о фазах электронных волн путём наложения на предметную волну попутной когерентной опорной волны. Модельные оптич. опыты Габора положили начало Г. Однако отсутствие мощных источников когерентного света не позволило ему получить качественных голографич. изображений. Второе рождение Г. пережила в 1962—63, когда амер. физики Э. Лейт и Ю. Упатниекс применили в кач-ве источника света лазер и разработали схему с наклонным опорным пучком, а Ю. Н. Денисюк осуществил запись голограммы в трёхмерной среде (см. ниже), объединив, т. о., идею Габора с цветной фотографией Липмана. К 1965—66 были созданы теор. и эксперим. основы Г. В последующие годы развитие Г. идёт гл. обр. по пути совершенствования её применений.

Пусть интерференц. структура, образованная опорной и предметной волнами, зарегистрирована позитивным фотоматериалом. Тогда участки голограммы с макс. пропусканием света будут соответствовать тем участкам фронта предметной волны, в к-рых её фаза совпадает с фазой опорной волны. Эти участки будут тем прозрачнее, чем большей была интенсивность предметной волны. Поэтому при последующем освещении голограммы опорной волной в её плоскости непосредственно за ней образуется то же распределение амплитуды и фазы, к-рое было у предметной волны, что и обеспечивает восстановление последней.

Для восстановления предметной волны голограмму освещают источником, создающим копию опорной волны. В результате дифракции света на интерференц. структуре голограммы в дифракц. пучке первого порядка восстанавливается копия предметной волны, образующая неискажённое мнимое изображение предмета, расположенное в том месте, где предмет находился при голографировании. В случае двухмерной голограммы одновременно восстанавливается сопряжённая волна минус первого порядка, образующая искажённое действит. изображение предмета. Углы, под к-рыми распространяются дифракц. пучки нулевых и первых порядков, определяются углами падения на фотопластинку предметной и опорной волн. В схеме Га-бора источник опорной волны и объект располагались на оси голограммы (осевая схема). При этом все три волны распространялись за голограммой в одном и том же направлении, создавая взаимные помехи. В схеме Лейта и Упатниекса такие помехи были устранены наклоном опорной волны (в неосевая схема).

Типы голограмм.

Структура голограммы зависит от способа формирования предметной и опорной волн и от способа записи интерференц. картины. Предмет освещается пучком когерентного света, рассеянная им световая волна, несущая информацию о предмете, падает на фотопластинку, освещаемую опорным пучком. В зависимости от взаимного расположения предмета и пластинки, а также от наличия оптич. элементов между ними, связь между амплитудно-фазовыми распределениями предметной волны в плоскостях голограммы и предмета различна. Если предмет лежит в плоскости голограммы или сфокусирован на неё (рис. 2, а), то амплитудно-фазовое распределение на голограмме будет тем же, что и в плоскости предмета (голограмма сфокусированного изображения).

.

Рис. 2. Схемы получения голограмм разл. типов: а — голограмма сфокусиров. изображения; б — голограмма Фраунгофера: в — голограмма Френеля; г — голограмма Фурье; д — безлинзовая фурье-голограмма; 1 — предмет; 2 — фотопластинка; Л — линза; f — фокусное расстояние линзы.

Когда предмет находится достаточно далеко от пластинки, либо в фокусе линзы Л (рис. 2, б), то каждая точка предмета посылает на пластинку параллельный световой пучок, при этом связь между амплитудно-фазовыми распределениями предметной волны в плоскости голограммы и в плоскости предмета даётся преобразованием Фурье (комплексная амплитуда предметной волны на пластинке — т. н. фурье-образ предмета). Голограмма в этом случае наз. голограммой Фраунгофера. Если комплексные амплитуды предметной и опорной волн явл. фурье-образами и предмета и опорного источника, то голограмму наз. голограммой Фурье. При записи голограммы Фурье предмет и опорный источник обычно располагают в фокусе линзы (рис. 2, г). В случае безлинзовой фурье-голограммы опорный источник располагают в плоскости предмета (рис. 2, д). При этом фронт опорной волны и фронты элем. волн, рассеянных отд. точками объекта, имеют одинаковую кривизну. В результате структура и св-ва голограммы практически такие же, как у фурье-голограммы. Голограммы Френеля образуются в том случае, когда каждая точка предмета посылает на пластинку сферич. волну (рис. 2, в). По мере увеличения расстояния между объектом и пластинкой голограммы Френеля переходят в голограммы Фраунгофера, а с уменьшением этого расстояния — в голограммы сфокусиров. изображений.

При встрече опорной и предметной волн в пр-ве образуется система стоячих волн, максимумы к-рых соответствуют зонам, в к-рых интерферирующие волны находятся в одной фазе, а минимумы — в противофазе. Для точечного опорного источника О1 и точечного предмета О2 поверхности максимумов и минимумов представляют собой систему гиперболоидов вращения (рис. 3). Пространств. частота v интерференц. структуры (величина, обратная её периоду) определяется углом а, под к-рым сходятся в данной точке световые лучи, исходящие от опорного источника и предмета: v=(2sin(a/2))/l, где l — длина волны. Плоскости, касательные к поверхности узлов и пучностей в каждой точке пр-ва, делят пополам угол a. В схеме Габора опорный источник и предмет расположены на оси голограммы, угол а близок к нулю и v минимальна. Осевые голограммы наз. также о д н о л у ч е в ы м и, т. к. используется один пучок света, часть к-рого рассеивается предметом и образует предметную волну, а другая часть, прошедшая через объект без искажения,— опорную волну.

.

Рис. 3. Пространственная интерференц. структура, образующаяся в случае точечных объекта O1 и источника света О2: I — расположение фотопластинки в схеме Га-бора; II —в схеме Лейта и Упатниекса (с наклонным пучком); III — при записи голограммы на встречных пучках; IV — при записи безлинзовой фурье-голограммы.

В схеме Лейта и Упатниекса когерентный наклонный опорный пучок формируется отдельно (д в у х л у ч е в а я голограмма). Для двухлучевых голограмм v выше, чем для однолучевых (требуются фотоматериалы с более высоким пространств. разрешением). Если опорный и предметный пучок падают на светочувствит. слой с разных сторон (а = 180°), то v максимальна и близка к 2/l (голограммы во встречных пучках). Интерференц. максимумы располагаются вдоль поверхности материала в его толще. Эта схема была впервые предложена Денисюком. Поскольку при освещении такой голограммы опорным пучком восстановленная предметная волна распространяется навстречу освещающему пучку, такие голограммы иногда наз. отражательными. Если толщина светочувствит. слоя d много больше расстояния между соседними поверхностями интерференц. максимумов, то голограмму следует рассматривать как объёмную. Если же запись интерференц. структуры происходит на поверхности слоя или если толщина слоя сравнима с расстоянием А между соседними элементами структуры, то голограммы наз. плоскими. Критерий перехода от двухмерных голограмм к трёхмерным: d?1,6d2/l.

Интерференц. структура может быть зарегистрирована светочувствит. материалом одним из след. способов: 1) в виде вариаций коэфф. пропускания света или его отражения. Такие голограммы при восстановлении волн. фронта модулируют амплитуду освещающей волны (см. МОДУЛЯЦИЯ КОЛЕБАНИЙ) и наз. амплитудными. 2) В виде вариаций коэфф. преломления или толщины (рельефа). Такие голограммы при восстановлении волн. фронта модулируют фазу освещающей волны и поэтому наз. ф а з о в ы м и. Часто одновременно осуществляется фазовая и амплитудная модуляции. Напр., обычная фотопластинка регистрирует интерференц. структуру в виде вариаций почернения, показателя преломления и рельефа. После отбеливания голограммы остаётся только фазовая модуляция.

Зарегистрированная на фотопластинке интерференц. структура обычно сохраняется долго, т. е. процесс записи отделён во времени от процесса восстановления (стационарные голограммы). Однако существуют светочувствит. среды (нек-рые красители, кристаллы, пары металлов), к-рые почти мгновенно реагируют фазовыми или амплитудными хар-ками на освещённость. В атом случае голограмма существует только во время воздействия на среду предметной и опорной волн, а восстановление волн. фронта производится одновременно с записью, в результате вз-ствия опорной и предметной волн с образованной ими же интерференц. структурой (динамические голограммы). На принципах динамич. Г. могут быть созданы системы постоянной и оперативной памяти, корректоры излучения лазеров, усилители изображений, устройства управления лазерным излучением, обращения волн. фронта.

Свойства голограмм.

а) Осн. св-во голограммы, отличающее её от фотогр. снимка, состоит в том, что на снимке регистрируется лишь распределение амплитуды падающей на неё предметной световой волны, в то время как на голограмме, кроме того, регистрируется и распределение фазы предметной волны относительно фазы опорной волны. Информация об амплитуде предметной волны записана на голограмме в виде контраста интерференц. рельефа, а информация о фазе — в виде формы и частоты интерференц. полос. В результате голограмма при освещении опорной волной восстанавливает копию предметной волны.

б) Св-ва голограммы, регистрируемой обычно на негативном фотоматериале, остаются такими же, как в случае позитивной записи -— светлым местам объекта соответствуют светлые места восстановленного изображения, а тёмным — тёмные. Это легко понять, принимая во внимание, что информация об амплитуде предметной волны заключена в контрасте интерференц. структуры, распределение к-рого на голограмме не меняется при замене позитивного процесса на негативный. При такой замене лишь сдвигается на p фаза восстановленной предметной волны, что незаметно при визуальном наблюдении, но иногда проявляется в голографич. интерферометрии (см. ниже).

в) В тех случаях, когда при записи голограммы свет от каждой точки объекта попадает на всю поверхность голограммы, каждый малый участок последней способен восстановить всё изображение объекта. Однако меньший участок голограммы восстановит меньший участок волн. фронта, несущего информацию об объекте. Если этот участок будет очень мал, то кач-во восстановленного изображения ухудшается. В случае голограмм сфокусиров. изображения каждая точка объекта посылает свет на соответствующий ей малый участок голограммы. Поэтому фрагмент такой голограммы восстанавливает лишь соответствующий ему участок объекта.

г) Полный интервал яркостей, передаваемый фотогр. пластинкой, как правило, не превышает одного-двух порядков, между тем реальные объекты часто имеют гораздо большие перепады яркостей. В голограмме, обладающей фокусирующими св-вами, используется для построения наиб. ярких участков изображения весь свет, падающий на всю её поверхность, и она способна передать градации яркости до пяти-шести порядков.

д) Если при восстановлении волн. фронта освещать голограмму опорным источником, расположенным относительно голограммы так же, как и при её экспонировании, то восстановленное мнимое изображение совпадает по форме и положению с самим предметом. При изменении положения восстанавливающего источника, при изменении его длины волны l или ориентации голограммы и её размера соответствие нарушается. Как правило, такие изменения сопровождаются аберрациями восстановленного изображения.

е) Мин. расстояние между двумя соседними точками предмета, к-рые можно ещё увидеть раздельно при наблюдении изображения предмета с помощью голограммы, наз. разрешающей способностью голограммы. Она растёт с увеличением размеров голограммы. Для круглой голограммы с диаметром D угл. разрешение dj=1,22l/D; для голограммы квадратной формы со стороной квадрата L:dj=l/L. Для большинства схем предельный размер голограммы определяется разрешающей способностью регистрирующего фотоматериала (см. ниже), т. к. с ростом размеров голограммы растёт угол между предметным и опорным пучками и пространств. частота n. Исключение составляет схема безлинзовой фурье-голографии, в к-рой v при увеличении размеров голограммы не увеличивается.

ж) Яркость восстановленного изображения определяется дифракционной эффективностью, равной отношению светового потока в восстановленной волне к световому потоку, падающему на голограмму при восстановлении. Она определяется типом голограммы, условиями её записи, а также св-вами регистрирующего материала (см. табл.).

МАКСИМАЛЬНО ДОСТИЖИМАЯ ДИФРАКЦИОННАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ГОЛОГРАММ, %

.

з) Если значения экспозиций в максимумах интерференц. структуры выходят за пределы линейного участка зависимости амплитудного пропускания от экспозиции, то запись голограммы становится нелинейной. Линейно зарегистрированную голограмму можно сравнить с дифракционной решёткой с синусоидальным распределением амплитудного пропускания, к-рая не образует дифракц. порядков выше первого. При нелинейной записи голограмма также представляет собой периодич. решётку, однако распределение амплитудного пропускания в этом случае может значительно отличаться от синусоидального из-за нелинейных искажений. Нелинейность проявляется в появлении волн высших порядков, а также в искажении амплитуд восстанавливаемых волн первого порядка. Влияние нелинейности на изображение сводится к усилению фона, появлению ореолов, искажению относит. интенсивностей разных точек объекта, а иногда и в появлении ложных изображений.

«Изображения», образованные дифрагиров. волнами высших порядков, имеют мало общего с самим предметом.

.

Рис. 4. Восстановление световой волны с помощью трёхмерной голограммы.

Однако в ряде случаев (напр., для голограмм сфокусиров. изображений) волны высших порядков всё же образуют изображения предмета, но распределение яркости в них, как правило, сильно искажено, а фаза изображения к-того порядка отличается в к раз от фазы изображения первого порядка. Это св-во используется для повышения чувствительности голографич. интерферометров в случае голограмм фазовых объектов.

Объёмные голограммы

представляют собой трёхмерные структуры, в к-рых поверхности узлов и пучностей зарегистрированы в виде вариаций показателя преломления или коэфф. отражения среды. Поверхности узлов и пучностей направлены по биссектрисе угла a, к-рый составляют предметный и опорный пучки. Такие многослойные структуры при освещении опорной волной действуют подобно трёхмерным дифракц. решёткам (рис. 4). Свет, зеркально отражённый от слоев, восстанавливает предметную волну.

Пучки, отражённые от разных слоев, усиливают друг друга, если они синфазны, т. е. разность хода между ними равна l (условие Липмана — Брэгга). Условие автоматически выполняется лишь для той длины волны, в свете к-рой регистрировалась голограмма. Это приводит к избирательности голограммы по отношению к длине волны источника, в свете к-рого происходит восстановление волн. фронта. Возникает возможность восстанавливать изображение с помощью источника света со сплошным спектром (лампа накаливания, Солнце). Если голограмма экспонировалась в свете, содержащем неск. спектр. линий (напр., синюю, зелёную и красную), то для каждой длины волны образуется своя трёхмерная интерференц. структура. Соответствующие длины волн будут выделяться из сплошного спектра при освещении голограммы, что приведёт к восстановлению не только структуры волны, но и её спектр. состава, т. е. к получению цветного изображения. Трёхмерные голограммы одновременно образуют только одно изображение (мнимое или действительное) и не дают волны нулевого порядка.

Источники света в голографии должны создавать когерентное излучение достаточно большой яркости. Временная когерентность определяет макс. разность хода l между предметным и опорным пучками, допустимую без уменьшения контраста интерференц. структуры. Эта величина определяется шириной спектральной линии Dl излучения (степенью монохроматичности): l=l2/Dl,. Пространств. когерентность излучения определяет способность создавать контрастную интерференц. картину световыми волнами, испущенными источником в разных направлениях. Для теплового источника она зависит от его размеров. Контраст К интерференц. картины в случае кругового источника диаметром d0 равен:

.

где I1 — ф-ция Бесселя 1-го порядка, в — угол при вершине образованного лучами конуса. Положив К?1/O2, имеем d0?1/2(l/q), что и определяет максимально возможную протяжённость теплового источника света.

Лазерное излучение обладает высокой пространств. и врем. когерентностью при огромной мощности излучения. Для Г. стационарных объектов обычно используются лазеры непрерывного излучения, генерирующие в одной поперечной моде, в частности гелий-неоновый лазер (l= 6328. A) и аргоновый (l=4880 A, 5145 А). Для получения голограмм быстропротекающих процессов обычно применяют импульсные рубиновые лазеры (l=6943 A).

Светочувствительные материалы.

Г. предъявляет к регистрирующим материалам ряд требований, из к-рых важнейшее — достаточно высокая разрешающая способность. Макс. пространств. частота n структуры реализуется во встречных пучках (a=180°). Для гелий-неонового лазера и фотоэмульсии с показателем преломления n=l,5 n=4700 лин/м. Наиболее подходящий для Г. фотоматериал — фотопластинки ВРЛ, ЛОИ, ПЭ (последние два типа имеют разрешающую способность nмакс >5000 лин/мм) и фотоплёнка ФПГВ (n = 3000 лин/мм). Помимо галогеносеребряных фотоматериалов, применяют и др. среды, в т. ч. допускающие многократное повторение цикла запись — стирание, а в нек-рых случаях и регистрацию голограмм в реальном времени. К их числу относятся термопластики, халькогенидные фотохромные стёкла, диэлектрич. и ПП кристаллы. Голограммы могут также регистрироваться на магн. плёнках, жидких кристаллах, фотополимерах, фоторезистах, на нанесённых на подложку слоях металлов, на хромированной желатине и т. д.

Применения.

Записанные на голограмме световые волны при их восстановлении создают полную иллюзию существования объекта, неотличимого от оригинала. В пределах телесного угла, охватываемого голограммой, изображение объекта можно осматривать с разных направлений, т. е. оно явл. трёхмерным. Эти св-ва Г. используются в лекционных демонстрациях, при создании объёмных копий произведений искусства, голографич. портретов (изобразительная Г.). Трёхмерные св-ва голографич. изображений используются для исследования движущихся ч-ц, капель дождя или тумана, треков яд. ч-ц в пузырьковых камерах и искровых камерах. При этом голограмму создают с помощью импульсного лазера, а изображения восстанавливают в непрерывном излучении.

Объёмность изображения делает перспективным создание голографич. кино и телевидения. Гл. трудность — создание огромных голограмм, через к-рые как через окно одновременно могло бы наблюдать изображение большое число зрителей. Эти голограммы должны быть динамическими, т. е. меняться во времени в соответствии с изменениями, происходящими с объектом. Пока голографич. кино используется только в физ. эксперименте для исследования быстропротекающих процессов. Голографич. телевидение также встретилось с трудностями создания динамич. сред в передающей и приёмной частях телевиз. системы. Другая трудность состоит в недостаточно большой полосе пропускания телевиз. канала, к-рую необходимо увеличить на неск. порядков для передачи трёхмерных движущихся сцен. С помощью Г. решается проблема визуализации акустич. полей (см. ГОЛОГРАФИЯ АКУСТИЧЕСКАЯ) и эл.-магн. полей в радиодиапазоне (см. РАДИОГОЛОГРАФИЯ).

Если поместить голограмму на то место, где она экспонировалась, и осветить опорным пучком, то восстановится волна, рассеивавшаяся объектом во время экспозиции. Если же объект не убирать, то можно одновременно наблюдать две волны: непосредственно идущую от объекта и восстановленную голограммой. Эти волны когерентны и могут интерферировать. Если с объектом происходят к.-л. изменения, ведущие к фазовым искажениям рассеянной им волны (напр., деформация или изменение коэфф. преломления), то это скажется на виде наблюдаемой картины. Появятся интерференц. полосы, форма к-рых однозначно связана с изменениями. На этом основана голографич. интерферометрия, где, как и в обычной интерферометрии, происходит сравнение неск. волн. Наблюдаемая интерференц. картина указывает на различие форм сравниваемых волн, однако в обычной интерферометрии они формируются одновременно или с очень небольшой временной задержкой, макс. величина к-рой определяется временем когерентности (?10-4— 10-5 с). Голограмма же позволяет зафиксировать световую волну и восстановить её копию в любой момент времени. Поэтому голографич. интерферометрия не связана с требованием одновременности формирования волн. Эта же особенность снизила требования к качеству оптич. деталей, т. к. обе интерферирующие волны, проходя по одному и тому же каналу, одинаково искажаются погрешностями оптики.

С помощью голограммы можно восстановить интерференц. картины световых волн, рассеянных объектом в разных направлениях. Это позволяет изучать пространств. неоднородности показателя преломления. Одним из первых применений голографич. интерферометрии было исследование механич. деформаций.

Г. применяется для хранения и обработки информации. Информация об объекте, записанная в виде интерференц. структуры, однородно распределена на большой площади. Это обусловливает высокую плотность записи информации и её большую надёжность. Обработка записанного на голограмме массива информации световым пучком происходит одновременно по всей голограмме (с огромной скоростью).

С помощью голографич. устройств осуществляются различные волн. преобразования, в т. ч. обращение волн. фронта с целью исключения аберраций (см. ОБРАЩЁННЫЙ ВОЛНОВОЙ ФРОНТ).

Записывая голограммы в средах со спец. св-вами, можно воспроизводить состояние поляризации предметной волны и даже её изменение во времени.

Голограмма может быть изготовлена не только оптич. методом, но и рассчитана на ЭВМ (цифровая голограмма). Машинные голограммы используются для получения объёмных изображений не существующих ещё объектов. Машинные голограммы сложных оптич. поверхностей служат эталонами для интерференц. контроля поверхностей изделий.

ГОЛОГРАФИЯ, процесс создания голограммы. Одна или несколько фотографий накладываются на одну пленку или пластину с использованием интерференции между двумя частями расщепленного луча ЛАЗЕРА. На первый взгляд сформированная модель бессмысленна, но при падении на нее света (в идеале излучения лазера, но возможно обычного света), отраженный или преломленный свет восстанавливает трехмерное изображение (или изображения). Концепция голографии была оценена, начиная с изобретений Денниса Габора в 1940-х гг., но прогресс не был возможен до развития когерентных источников света - лазеров.

Голография. Предназначенная для передачи голограмма Дворца Открытии в Ла Виллет, в Париже во Франции Голограмма сделана на пленке размером 113X117 см и освещена галогенной лампой Она была сделана по модели будущего Парижского музея науки и техники

особый фотографический метод, при котором с помощью лазера регистрируются, а затем восстанавливаются изображения трехмерных объектов, в высшей степени похожие на реальные. Такая фотографическая запись называется голограммой. При освещении лазером голограмма формирует изображение, которое представляет собой точную копию исходного трехмерного объекта и обнаруживает все свойства таких объектов, например изменение перспективы при перемещении наблюдателя. Метод голографии, применяемый в основном для регистрации информации, которую несет свет, отражающийся от некоего объекта или проходящий сквозь него, пригоден отнюдь не только для видимого света. Теоретически этот метод приложим ко всем другим волновым явлениям - звуковым волнам, сверхвысокочастотному, инфракрасному, рентгеновскому и электронному излучению. Этим и объясняется тот интерес, который вызывает голография; однако из-за практических трудностей ее пока не удалось применить к электронам и в рентгеновской области спектра.

См. также ЛАЗЕР.

Суть метода голографии. Пучок света, создаваемый лазером, отличается от света, испускаемого обычными источниками, например электролампой, в двух отношениях. Во-первых, он монохроматичен, т.е. характеризуется только одной длиной волны. Во-вторых, он когерентен, т.е. гребни и впадины каждой его волны согласуются с гребнями и впадинами каждой другой волны. Если рассматривать пучок света как последовательность волновых фронтов, лазерный луч представляет собой такой луч, в котором все точки волнового фронта согласованы по фазе. При взаимном наложении двух когерентных волновых фронтов (в месте пересечения двух когерентных пучков) происходит т.н. интерференция: волновые фронты усиливают друг друга, если совпадают по фазе, и ослабляют, если не согласуются по фазе. На интерференции и основана голография. Одна из возможных схем регистрации голограмм трехмерных объектов представлена на рисунке. Здесь когерентный свет лазера разделяется на два пучка. Одним пучком освещается объект, который необходимо зарегистрировать; свет, отражающийся от объекта, падает на фотографическую пластинку или другую фоточувствительную регистрирующую среду. Другой пучок, называемый опорным, направляется зеркалом под некоторым углом на ту же фотографическую пластинку, где его волновой фронт налагается на волновой фронт, пришедший от объекта. В результате взаимного наложения двух когерентных волновых фронтов возникает интерференционная картина, которая и регистрируется на фотографической пластинке как изменения плотности почернения - увеличение плотности почернения в тех местах, где волновые фронты совпадают по фазе, и уменьшение плотности почернения там, где они пришли не в фазе. Эта запись интерференционной картины и называется голограммой.

ГОЛОГРАФИЯ с лазерным освещением. Вверху: часть света, отражающаяся от объекта, падает на фотографическую пластинку. Остальная часть света, называемая опорным пучком, отбрасывается на ту же пластинку зеркалом. Два волновых фронта интерферируют; интерференционная картина, зарегистрированная на пластинке, представляет собой голограмму. Внизу: при восстановлении изображения на голограмму направляют лазерный пучок, аналогичный опорному. Часть света (распространяющаяся справа вверх налево) имеет такой же волновой фронт, как и шедший от объекта при записи. Наблюдатель увидит в этом направлении виртуальное (мнимое) изображение - трехмерное изображение исходного объекта. Другая часть света создает действительное трехмерное изображение, которое, если его сфотографировать, будет выглядеть как обычный двумерный фотоснимок.

Обычно голограмма не обнаруживает никакого сходства с зарегистрированным объектом; это просто какой-то набор темных и светлых пятен, в которых не угадывается никакого смысла. Но, будучи интерференционной картиной, голограмма содержит информацию весьма особого свойства: это запись не только амплитудных, но и фазовых характеристик волнового фронта, отразившегося от объекта. (Амплитуда равна половине разности высот гребня и впадины волны. Чем больше амплитуда, тем интенсивнее свет.) Если теперь объект удалить, а на голограмму направить опорный пучок (т.е. такой же пучок света, как и тот, которым она была записана), то она сформирует волновой фронт, несущий всю ту информацию, которую нес первоначальный волновой фронт. Таким образом, голограмма воссоздает волновые фронты, исходившие от объекта, хотя самого объекта в этом месте уже нет.

Применение голографии. Основные особенности голографии, отличающие ее от фотографии, таковы: 1) это запись интерференционной картины, содержащая не только амплитудную, но и фазовую информацию, тогда как обычная фотография - это запись только интенсивностей света, не содержащая фазовой информации; 2) при регистрации голограммы нет необходимости в фокусировке, голограмма чаще всего не имеет сходства с объектом; 3) голограмма способна восстанавливать точную копию волнового фронта, идущего от объекта (если объект трехмерный, она восстанавливает трехмерное изображение); 4) изменяя угол между опорным пучком и волновым фронтом, идущим от объекта, можно на одном участке фотографической пластинки записать более одной голограммы; 5) в большинстве случаев для восстановления изображения достаточно любой малой части голограммы; если голограмма повреждена или частично уничтожена, она все равно восстановит изображение. Эти и некоторые другие важные особенности голограмм привлекли внимание многих исследователей, стремившихся довести голографию до практического применения. На "объемных голограммах", полученных с регистрацией интерференционной картины по толщине фотоэмульсионного слоя на фотопластинке, была продемонстрирована возможность восстановления многоцветных трехмерных изображений при освещении белым светом. Весьма перспективным представляется применение голографии в микроскопии. Благодаря возможности спокойно исследовать трехмерный объект, после того как записана его голограмма, устраняются некоторые трудности, связанные с визуальным исследованием объектов при большом увеличении. То, что вместо самого объекта рассматривается его восстановленное голографическое изображение, не мешает исследователю использовать метод фазового контраста и другие методы микроскопии. Более того, этим могут быть существенно уменьшены трудности, связанные с подготовкой образца, в ходе которой объект может оказаться деформированным. В данной области ведутся интенсивные разработки. Голография привнесла много нового в интерферометрию - область прецизионной измерительной техники, основанной на применении интерференции. Был создан ряд голографических методов, позволяющих получать восстановленное изображение объекта вместе с волновым фронтом от того же самого объекта после какой-либо его деформации, столь малой, что ее невозможно обнаружить другими методами. На интерференционной картине, возникающей при взаимном наложении двух волновых фронтов, выявляются деформационные искажения порядка длины волны света. Голографическими методами можно исследовать с интерферометрической точностью любые объекты; не требуется, чтобы их поверхности были оптического или близкого к оптическому качества. Поиски возможностей применения голографии продолжаются. В области т.н. оптической фильтрации и оптической обработки данных удалось достичь некоторого успеха при использовании специальных голограмм для распознавания особенностей рельефа на аэрофотоснимках. Голографические методы облегчают обработку радиолокационной информации; они нашли применение при расшифровке данных бортовых самолетных РЛС. Ряд научных организаций работает над устранением еще имеющихся трудностей. Методами, аналогичными оптическим, были получены акустические голограммы - записи картин интерференции звуковых волн. Были сделаны голограммы объектов, находящихся под водой; в ряде лабораторий ведутся исследования возможностей применения голографических методов при ультразвуковом просвечивании человеческого тела. Результаты такого просвечивания можно представить в виде оптического изображения. Методами, аналогичными методам оптической и акустической голографии, можно получать голограммы в сверхвысокочастотном излучении. Специальные СВЧ-голограммы, зарегистрированные с борта самолета, позволяют получать изображения местности с высоким разрешением рельефа.

Историческая справка. Основные принципы голографии сформулировал в 1947 Д. Габор из Королевского научно-технического колледжа в Лондоне. Однако метод не находил практического применения до начала 1960-х годов, когда появился лазер. Применив лазер и усовершенствовав первоначальный голографический метод, Э.Лейт и Ю.Упатниекс из университета штата Мичиган получили голограммы, которые давали необычайно похожие на реальность трехмерные изображения. В 1962 Лейт и Упаниекс представили свой метод лазерной голографии. После этого метод голографии начал быстро развиваться. Были разработаны голограммы, позволяющие восстанавливать изображение в белом свете; активно ведутся исследования в направлении применения голографии для обработки данных.

ЛИТЕРАТУРА

Вьено Ж.-Ш., Смигильский П., Руайе А. Оптическая голография. М., 1973 Применения голографии. М., 1973 Физические основы голографии. Л., 1981 Клименко И.С. Голография сфокусированных изображений и спекл-интерферометрия. М., 1985

ГОЛОГРА́ФИЯ -и; ж. [от греч. holos - весь, полный и graphō - пишу] Метод получения объемного изображения, основанный на взаимном действии (наложении друг на друга) световых волн.

◁ Голографи́ческий, -ая, -ое. Г. метод. Г-ое изображение.

* * *

(от греч. hólos — весь, полный и...графия), метод записи, воспроизведения и преобразования волновых полей, основанный на интерференции волн. Предложен Д. Габором в 1948. Голография позволяет получать объёмное изображение объектов. На фоточувствительный слой одновременно с «сигнальной» волной, рассеянной объектом, направляют «опорную» волну от того же источника света. Возникающая при интерференции этих волн картина, фиксируемая на светочувствительной поверхности, называется голограммой. При облучении голограммы или её участка опорной волной можно увидеть объёмное изображение объекта. Голография применима к волнам любой природы и любого диапазона частот; используется в физике и различных областях техники, в частности для распознавания образов, кодирования информации, в акустике и т. п.

* * *

ГОЛОГРА́ФИЯ (от греч. holos — весь, полный и «графия»), метод записи, воспроизведения и преобразования волновых полей, основанный на интерференции волн. Предложен Д. Габором в 1948. Голография позволяет получать изображение объектов. На фоточувствительный слой одновременно с «сигнальной» волной, рассеянной объектом, направляют «опорную» волну от того же источника света. Возникающая при интерференции этих волн картина, содержащая информацию об объекте, фиксируется на светочувствительной поверхности. Она называется голограммой. При облучении голограммы или ее участка опорной волной можно увидеть объемное изображение объекта. Голография применима к волнам любой природы и любого диапазона частот; используется в физике и различных областях техники, в частности для распознавания образов, кодирования информации, в акустике и т. п.

(от греч.holos — весь и граф) — оптический метод получения объемного (полного), изображения предмета (не плоского, как в обычной фотографии), основанный на явлении интерференции (сложении) двух лучей когерентного света (излучения) — одного от источника, так называемого опорного луча (как правило, луча лазера) и другого от самого предмета, освещаемого лазером. Запись интерференции производится на фотопластинку, а изображение на ней называется голограммой. Явление голографии открыто английским физиком Деннисом Габором (1948 г.).

[g r άj w (графо) — пишу] — метод регистрации и воспроизведения волновых полей. В частности, может быть реализован фотографическими способами. При этом в отличие от традиционной фотографии на фотопластинке регистрируется не изображение предмета, а интерференционная картина, возникающая при наложении излучения, распространяющегося от объекта, и световых волн, исходящих непосредственно от источника света. При освещении голограммы источником, использовавшимся при съемке, за ней возникает объемное изображение объекта, неотличимое от оригинала. Эффект голографии применим при распознавании геол. объектов, при идентификации уникальных образцов, исследовании не доступных микроскопическому изучению изогнутых поверхностей, в музейном деле — для получения изображений морфологических деталей, не воспроизводимых слепками и фотографиями, и др.

(от греч. holos - весь, полный и ...графия) - область науки и техники, разрабатывающая методы регистрации (записи) и воспроизведения информации об объекте, основанные на использовании интерференции волн (электромагнитных - в оптич. Г. и радиоголографии, акустических - в акустич. Г.). Голографич. процесс включает в себя три этапа: формирование голографич. интерференц. поля (ГИП); регистрация ГИП на фотопластинке или к.-л. др. носителе; восстановление волнового фронта. ГИП формируется в результате наложения двух когерентных волн - предметной (объектной), рассеянной объектом при падении на него волны от источника (напр., в оптич. Г. - от лазера; рис. 1) и несущей информацию об объекте, и опорной, получаемой непосредственно от того же источника. Зарегистрированная на носителе картина ГИП наз. голограммой. Восстановление волнового фронта осуществляется за счёт дифракции световой волны на интерференц. структуре голограммы при освещении голограммы источником света. В общем случае при восстановлении образуется неск. (не менее двух) сигнальных волн, дающих мнимое или действит. изображение объекта. Г. находит применение для получения объёмных цветных изображений (изобразит. Г., голографич кино и др.), создания голограммных оптических элементов в нек-рых системах обработки информации, контроля качества издании методом голографич. интерферометрии (рис. 2) и др.

Рис. 1 К ст. Голография. Схемы регистрации голограмм (а) и восстановления волнового фронта (б): 1 - лазер; 2 - расширитель пучков; 3 - зеркало: 4 - объект; 5 - голограмма; 6 - мнимое изображение; 7 - действительное изображение; 8 - наблюдатель

Рис. 2 К ст. Голография. Изображение звучащей гитары, полученное методом голографической интерферометрии при частоте звука: а - 185 Гц, б - 285 Гц

ГОЛОГРАФИЯ — метод получения на фотопластинке (см. голограмма) и последующего восстановления волновых фронтов в виде объёмных изображений и процессов; основан на регистрации интерференции (см.) двух лучей света — от источника когерентного света (см. лазер) и от объекта изображения. Для этого фотопластинка освещается «опорной» волной источника и одновременно «сигнальной» волной, светом рассеянного объектом от того же источника света. При этом в плоскости фотопластинки возникает интерференционная картина. В ней содержится вся информация об отражённой объектом изображения световой волне. Если после проявления пластинки осветить её лучом «опорной» волны, то волновой фронт благодаря дифракции (см.) восстановит зарегистрированное в пластинке объёмное изображение объекта (при определённых условиях цветное). С помощью импульсной Г. можно получить и исследовать быстро протекающие процессы (взрыв, ударную волну, электрический разряд). Г. может быть световой, акустической, лазерной, инфракрасной, рентгеновской, цифровой.