Главная > Оптика > Оптическая голография, Т.1
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

Глава 1. ВВЕДЕНИЕ

Э. Лейт

Фотография — это процесс, который включает в себя главным образом формирование изображения объекта (как двух-, так и трехмерного) и проецирование этого изображения на светочувствительную поверхность. Каждая точка предмета преобразуется в соответствующую точку изображения, и мы здесь имеем дело только с распределением яркости, или энергетической освещенности, изображения.

Голография, хотя и представляет собой также фотографический процесс, существенно отличается от последнего. В ее задачу входит регистрация не только распределения энергетической освещенности изображения, но и полного волнового поля в плоскости записи, которая в общем случае даже не является плоскостью изображения. Запись полного волнового поля означает регистрацию как фазы, так и амплитуды. Амплитуду (или ее квадрат, пропорциональный освещенности) записать нетрудно; это можно сделать с помощью любого фотоматериала. Но не существует ни одного детектора, который мог бы измерить разности фаз между различными составляющими поля. Информацию же об объекте несет не только амплитудная, но и фазовая структура поля, и, чтобы целиком записать волновое поле, необходимо зарегистрировать обе структуры.

Габор [16—18] в изобретенной им голографии решил основную проблему. Он использовал опорную волну, которая преобразует разности фаз в разности интенсивностей. Таким образом, фаза оказывается закодированной в величине, которую можно записать на фотопленке. Эту запись Габор назвал голограммой, что означает полная запись. По существу волновая картина отпечатывается на голограмме так, что волновое поле в точности можно восстановить в любой последующий момент времени, освещая голограмму соответствующим пучком света. Этот пучок, проходя через голограмму, приобретает фазовые и амплитудные модуляционные характеристики исходного волнового поля. Получается так, как будто исходная волна захватывается фотопластинкой, а затем снова высвобождается. При этом восстановленная волна распространяется таким образом, как если бы ее первоначальное распространение не прерывалось. Наблюдатель, находящийся на пути волны, не отличит ее от исходной. Он будет видеть изображаемый предмет точно таким, каким бы его увидел, находясь рядом с ним, со всеми оптическими

особенностями, которые наблюдаются в действительности, в полном объеме в трехмерном пространстве и со всеми параллаксами, имеющими место в реальной жизни. Это поразительное изображение действительности привело к тому, что голография завоевала огромную популярность не только у ученых, но и у широкой публики. В самом деле, голография коренным образом отличается от обычной фотографии.

Важную роль как предшественники голографии сыграли работы Брэгга [4-6] в рентгеновской микроскопии и еще раньше работы Вольфке [36]. Исследования Брэгга были связаны также с получением полной записи рассеянного волнового поля от объекта, а именно от кристалла, облученного рентгеновскими лучами. Как и голография, метод Брэгга представлял собой двухступенчатый дифракционный процесс. Зафиксированное на фотопленке рентгеновское излучение, рассеянное кристаллом, использовалось затем для восстановления аналогичной волновой картины в видимом свете. Брэгг, как и Вольфке, рассматривал кристалл в виде трехмерной периодической структуры; следовательно, если кристалл освещается плоской волной, то в соответствии с правилами брэгговской дифракции в каждый момент времени создается только одна составляющая (пространственная частота) дифрагированной волны. С точки зрения теории это различие непринципиально. В любом случае необходимо записать фазу и амплитуду, однако детекторы позволяют регистрировать лишь амплитуду. В методе Брэгга кристалл выбирался такой симметрии, что дифракционная картина (фурье-образ) в дальнем ноле, создаваемая точками объекта, становилась вещественной, т. е. лишенной какой-либо фазовой модуляции. Кроме того, исследуемые кристаллы имели в центре ячейки тяжелый атом, что обеспечивало смещенный фон, в результате чего фурье-образ представлял собой не только вещественную, но и положительную величину. Таким образом, достаточно было измерить только амплитуды плоских волн, соответствующих фурье-компонентам. Брэггу оставалось лишь, после того как он записал амплитуду волны, сконструировать маску с отверстиями, расположение и размер которых соответствовали бы значениям фурье-компонент. При освещении маски когерентным светом формировалась бы дифракционная картина дальнего поля, представляющая собой изображение атомной структуры кристалла. Эти исследования были продолжены Бюргером [7] и Бёршем [3], выполнившими аналогичные эксперименты в ФРГ.

В 1920 г. в направлении этих исследований Вольфке частично опередил события, но его работа была предана забвению. Он также изучал возможности использования записанной дифракционной картины рентгеновских лучей, рассеянных кристаллом, с целью получения оптического изображения кристаллической решетки, причем для этого он предполагал освещать транспарант с записанной дифракционной картиной пучком монохроматического света.

Вольфке заметил, что тогда кристалл должен быть симметричным и не иметь фазовой структуры.

С голографическим процессом Габор впервые столкнулся при работе с брэгговским микроскопом. Перед Габором стояла задача улучшить качество изображения в электронном микроскопе; он должен был скорректировать сферические аберрации электронных линз — задача, гораздо более сложная, чем коррекция аберраций оптических линз. Электронные линзы образуются магнитными полями, и их свойства нельзя проконтролировать с такой точностью, которая достигается в случае оптических линз. Габор нашел остроумное решение, которое не имело почти ничего общего с традиционной электронной микроскопией. Он записывал рассеянное поле от освещенного объекта, а затем восстанавливал поле с помощью световых волн. При этом сферическая аберрация как бы переносится в оптическую область, в которой ее можно скорректировать, применяя хорошо известные методы линзовой техники. Прежде чем предложить проект нового электронного микроскопа, Габор продемонстрировал возможность метода, используя оптические волны как для записи, так и для восстановления.

Метод, предложенный Габором, отличается от метода Брэгга не только тем, что в нем используются другие длины волн (вместо электромагнитных волн электронные), но и целым рядом других особенностей. Габоровский процесс не дает брэгговской дифракции; поле может быть записано целиком и одновременно. Кроме того, этот процесс связан с дифракцией Френеля, а не с дифракцией Фраунгофера; это различие не принципиальное, но благодаря ему удалось действительно осуществить габоровский процесс. Принципиальным отличием этого процесса является то, что он не связан со специальным классом объектов, которые дают положительный вещественный фурье-образ. В методе Габора также используется когерентная опорная волна по аналогии с той, которую дает сильный рассеивающий центр в исследованиях Брэгга, но теперь эта когерентная опорная волна может быть произвольной. В этом методе транспарант с функцией пропускания освещается когерентным пучком света; здесь постоянная составляющая функции пропускания транспаранта (с нулевой пространственной частотой), составляющая с ненулевой пространственной частотой. Дифракционную картину Френеля можно записать в виде

(т. е. когерентный фон, созданный опорной волной, не изменяется в дифракционном процессе). При этом для энергетической освещенности имеем

Это уравнение является основным в методе Габора. Если такое распределение освещенности зафиксировать на фотопленке, а затем полученную запись осветить пучком когерентного света, то часть результирующего поля будет описываться слагаемым которое представляет собой восстановленную часть недифрагированного поля с ненулевой пространственной частотой. Рассматривая вместе слагаемые и " мы получаем волну, которая кажется испущенной мнимым изображением объекта расположенным в том же месте, что и сам объект.

В зависимости оттого, рассматриваем ли мы как часть объекта или нет, можно получить две основные интерпретации процесса. Если часть объекта, то при записи на фотопленку поля объекта мы теряем информацию о фазе. Но если объект выбрать таким образом, что будет преобладать постоянная составляющая, то фаза дифракционной картины будет приблизительно постоянна, и потери информации о фазе не имеют большого значения. Эта интерпретация подчеркивает сходство с методом Брэгга, в котором вследствие симметрии и наличия сильного опорного рассеивающего фактора фазовая структура, которая могла бы потеряться при записи, вообще отсутствует, и поэтому возможно точно восстановить образ объекта. При наличии сильного опорного пучка, но в отсутствие симметрии, характерной для габоровского процесса, потери информации о фазе хотя и не катастрофичны, но создают определенные трудности, связанные с членом сопряженного изображения

С другой стороны, мы можем считать, что объект описывается только составляющей а постоянная составляющая добавлена таким образом, чтобы получить сильную опорную волну. Однако, регистрируя интенсивность, мы теряем фазу полной волны фаза же сигнальной части и сохраняется, хотя и не точно, что объясняется наличием другого члена

После того как Табором была изобретена голография, многие исследователи начали работать в этой новой области. Хейн, Дайсон и Малви [20, 21] продолжили усилия по созданию качественных голограмм с помощью электронного микроскопа. Как и Габор, они получили не столь успешные результаты, которые хотелось бы иметь. Успеху препятствовали многочисленные трудности, связанные с практикой, такие, как нестабильности объекта и напряжения в источнике питания электронной линзы. Другие исследователи занимались чисто оптической голографией, в том числе Роджерс [32], Эль-Сам и Киркпатрик [14, 15], Бэз [1] и Ломанн [27]. Однако голографиче-ские изображения получались некачественными, и интерес к голографии постепенно падал, пока в 50-х годах почти совсем не прекратилась деятельность в этой области исследований. Основная причина получения плохого изображения таилась в наличии сопряженного изображения. Были и другие трудности, которые можно связать с членом (т. е. с интерференцией волн, рассеянных различными

точками объекта), с возникновением посторонних членов, обусловленных неизбежными нелинейностями процесса записи, а также со светом, рассеиваемым различными центрами рассеяния, например пылью и царапинами на оптических элементах. Все это создавало шум, который накладывался на восстановленное изображение и приводил к его непривлекательному виду. Шум рассеивателя не относится к дефектам самой голографии, он присущ когерентному свету, используемому в голографии. Любой рассеиватель в системе создает луч рассеяного света; этот луч, распространяясь вдоль опорного пучка, интерферирует с ним и создает посторонние дифракционные картины, которые записываются на голограмму и в конечном счете накладываются на выходное изображение.

Многие считают, что неудачи на раннем этапе развития голографии были связаны с отсутствием мощного источника когерентного света (например, лазера). Сомнительно, чтобы это было причиной, поскольку наш собственный опыт в голографии и в когерентной оптической обработке, накопленный еще до тех пор, как стали применяться лазеры (1955-1962 гг.), свидетельствует о том, что ртутные дуговые лампы обеспечивали достаточные яркость и степень когерентности и могли широко применяться не только для лабораторных исследований, но даже в промышленности. Короче говоря, в те годы мы достигли замечательных успехов.

Наша работа, которая привела к новому подъему голографии, началась в момент ее упадка. Этот процесс возрождения был сложным и имел некоторые довольно необычные особенности; в частности, этапы его развития характеризовались не одним, а несколькими «приливами», причем каждый последующий приносил все большие успехи.

Первые достижения, которые, по-видимому, лучше рассматривать как предварительные, появились в результате «мини-возрождения» голографии. В 1955 г., занимаясь радиолокацией, мы вновь «открыли» габоровский процесс голографии. В нашей теории было показано, что если принимаемые радаром отраженные сигналы записать на фотопленку или аналогичный оптический транспарант и затем осветить этот транспарант пучком когерентного света, то дифрагированные световые волны будут миниатюрными копиями излученных радаром исходных волн, которые попадают на приемную апертуру радара. В первоначально развитой теории рассматривалась система как с обычной реальной антенной, так и с синтезированной апертурой. Естественно, с точки зрения голографии неважно, записывались ли волновые фронты одновременно (реальная апертура) или последовательно (синтезированная апертура). Мы разработали подробную теорию голографии, причем наша работа во многом шла параллельно с оригинальной работой Габора, в то время для нас неизвестной.

Независимо от основополагающих исследований Габора мы

получили ряд оригинальных результатов. Во-первых, мы ввели в голографию понятие несущей частоты (т. е. внеосевой метод), с помощью которой удалось столь эффективно избавиться от проблемы сопряженного изображения. Во-вторых, в нашей работе рассмотрена проблема боковой дисперсии, которая должна совмещаться с тем, что благодаря своей решеточной структуре голограмма с несущей частотой стремится разложить в спектр восстановленные волны; вследствие этого для внеосевых голограмм возрастают требования к монохроматичности (т. е. к временной когерентности). Для компенсации боковой хроматической дисперсии голограммы предложено использовать решетку, которая согласуется с пространственной несущей частотой голограммы. В-третьих, мы предложили использовать зонную пластинку Френеля для компенсации продольной хроматической дисперсии голограммы, которая появляется в результате формирования плоскости изображения на расстоянии, пропорциональном длине волны. Этим, безусловно, объясняется то, почему габоровская голография нуждается в монохроматическом свете при восстановлении волновых фронтов, а также и то, почему монохроматический свет необходим для записи голограмм. Таким образом, когда мы также считаем, что требования к когерентности при записи радиолокационных данных (или в действительности любых электрических сигналов) изначально одинаковы как в случае записи внеосевой голограммы, так и габоровской, то при этом следует, что в голографии с несущей частотой требования к монохроматичности, как и представлялось первоначально, значительно меньшие, чем в случае габоровской голографии. Это некоторым может показаться удивительным, поскольку многие исследователи неверно считают, что внеосевая голография предъявляет более высокие требования к монохроматичности, чем габоровская.

Наконец, наша работа была в известном смысле работой Габора «наоборот»; вместо того чтобы идти от сверхкоротких волн к оптическим, мы шли к оптическим волнам от радиоволн. Техника осуществления этой обратной операции находилась буквально в нашем распоряжении. Было, нетрудно сделать голограммы радиоволн; помехи, которые досаждали Габору в области электронных волн, исключаются в случае СВЧ-диапазона. Кроме того, основное достижение голографии, а именно сохранение фазы волны и последующее ее использование наравне с амплитудой для создания либо второй волны, либо изображения исходного предмета, в данном случае вообще не представляло проблемы; запись фазы и ее восстановление считыванием, к чему стремился Габор, были фактически обычным делом для радиоволн уже много лет. Действительно, теория голографии, разработанная нами, — это по существу новый способ интерпретации давно установленных процессов. То, что раньше рассматривалось как оптическая вычислительная система, теперь описывается на языке голографии. Оказалось, что этот новый метод

описания давно известных процессов позволил во многом по-новому понять процессы оптической обработки данных радиолокации с синтезированной апертурой. Хотя специалисты по радиолокации признали этот метод не сразу, в конечном счете он прочно утвердился примерно в 1960 г. Таким образом, первая волна возрождения голографии едва ли потрясла мир, хотя окончательные ее результаты были значительными.

Интересно отметить, что Роджерс [32, 33], работая в 60-х годах в Новой Зеландии, также применил голографию к радиоволнам. Он считал, что радиоволны, рассеянные ионосферой, если их записать на фотопленку, могут рассматриваться как голограммы.

В 1960 г. мы экспериментировали с оптической голографией, повторяя прежде всего первоначальный эксперимент Габора. Хотя качество изображений по тем временам вряд ли было удовлетворительным с точки зрения стандартов обычной фотографии, тем не менее результаты были поразительные, поскольку казалось, что изображение получается из ничего. В оптической системе возникало изображение, образованное лучами света, которые могли идти вдоль системы по направлению к источнику, но только до невнятного кусочка фотопленки, называемого голограммой. Этот кусочек не содержал заметных деталей, соответствующих изображению, но лучи, формирующие изображение, внезапно здесь обрывались. Для несведущего в голографии процесс казался загадочным и необъяснимым. Этот голографический эксперимент нас буквально околдовал. Можно представить себе, сколь завороженными были Габор и его сотрудники, когда впервые наблюдали эти же явления!

С энтузиазмом мы стремились найти новые средства улучшения качества изображения [24—26]. Мы заключили, что проблема сопряженного изображения является в основном надуманной и ее решение связано с модуляцией несущей пространственной частоты голографическим сигналом. Такую задачу можно было решить, введя отдельную когерентную фоновую волну, которую мы назвали опорным пучком. Он должен был падать на фотопластинку под некоторым ненулевым углом относительно направления распространения объектной волны. В результате на картину дифракции Френеля габо-ровского голографического процесса накладывалась тонкая картина полос. Фотография наложения этих двух пучков представляет собой голограмму с несущей частотой, или внеосевую голограмму с тонкой интерференционной структурой. Такая голограмма выглядит как дифракционная решетка и имеет все ее свойства.

При освещении этой новой голограммы мы получили, как и ожидалось, волну нулевого порядка, которая вела себя подобно волне, восстановленной с традиционной габоровской голограммы, дающей обычные неразделимые сопряженные изображения и содержащей все остальные дефекты одноосевого случая, включая

интермодуляционный член и члены, связанные с нелинейностями процесса записи голограммы.

Однако освещение внеосевой голограммы дало также пару боковых порядков, ранее не наблюдавшихся. Эти волны отделены от волны нулевого порядка, что позволяет наблюдать изображение с качеством, ранее невиданным в голографии. Один боковой порядок формировал мнимое изображение, полностью освобожденное от сопряженного изображения и от других нежелательных составляющих, которые первоначально снижали качество голографии. Другой первый порядок формировал действительное изображение того же качества. Кроме того, как и в обычной габоровской голографии, изображения были позитивными, а не негативными изображениями, образованными в нулевом порядке.

Этот факт является ценным в том смысле, что он развенчивает поддерживаемый многими миф о том, что голография в противоположность обычной фотографии формирует позитивное изображение с негативной записи. Позитивность изображений, сформированных с голографических негативов, не связана с основным процессом голографии. Как и фотопленка, обычные одноосевые голограммы также формируют негативное изображение. Размещение изображения на пространственной несущей делает его нечувствительным к полярности процесса записи, и изображение, полученное таким образом, всегда позитивно. Существуют различные процессы воспроизведения, в которых изображение обычно помещают на несущую, а воспроизводят, используя дифрагированный порядок. Аналогично те же физические соображения приводят к заключению, что голограмма на несущей будет всегда давать позитивное изображение.

Наша первоначальная работа по внеосевой голографии проводилась во времена, когда еще не было лазеров и в качестве источника света были доступны лишь обычные ртутные дуговые лампы; но даже с этим источником мы имели значительно более высокую степень когерентности, чем требовалось.

Когда появились лазеры, мы стали экспериментировать с ними, одновременно продолжая использовать обычный ртутный дуговой источник. Каждый из источников имел свои достоинства, и невозможно было с определенностью решить, который из них лучше.

Лазерный метод позволял работать при более коротких выдержках (секунды вместо минут) и не добиваться того, чтобы длины оптических путей опорного и объектного пучков в точности были равны друг другу, а также не требовал применения специальных мер для устранения больших разностей оптических путей между пучками, обусловленных накоплением смещений положений пучков. С другой стороны, степень когерентности лазера оказалась в сотни и тысячи раз больше той, которая требовалась тогда для голографического процесса, и проблема шума, которая и так была главной в голографии, стала еще большей. В конечном счете мы выбрали лазер, но

обнаружили, что хорошее качество голограммы можно получить с любым источником; выбор того или иного источника определяется тем, какими их достоинствами следует пользоваться и с какими недостатками бороться.

Следующим этапом было введение понятия голографии в рассеянном свете. В этом случае между источником света и объектом помещают рассеиватель, например матовое стекло, благодаря чему значительно расширяется полоса пространственных частот и, как следствие, возникает избыточность. Все это приводит к эффективному устранению шума, который до этого ухудшал качество голографии. В результате не только существенно смягчились крайне жесткие требования к чистоте метода, но и повреждения больших участков голограммы теперь не могут приводить к заметным искажениям восстановленного изображения. На этом этапе голография приобрела хорошо известное свойство, заключающееся в том, что с любой части голограммы можно восстановить полное изображение. Наконец, голографический процесс был обобщен нами на случай записи излучения, рассеянного реальными отражающими трехмерными объектами. Здесь почти не развивалась новая теория, но был разработан существенно новый экспериментальный метод. Теперь, для начала, голография «переместилась» с обычного стола на гранитную скамью, поскольку с введением отражающих объектов, а также из-за большой разницы между оптическими путями опорного и объектного пучков значительно возросли требования к стабильности.

Получение хороших результатов в этих экспериментах было делом довольно трудным, поскольку мы столкнулись с жесткими требованиями как к стабильности, так и к когерентности. Этот тип отражающих объектов привел к тому, что прежнее достаточно скромное требование к когерентности стало на несколько порядков больше; теперь пучки света, отраженные от всех частей объекта, должны быть одновременно когерентными с опорным пучком. А это значит, что длина когерентности должна быть порядка удвоенной длины объекта. Здесь нам и понадобился лазер с его высокой когерентностью излучения. Однако не всегда мы имели достаточно когерентное излучение лазера, например когда генерация в нем происходила на неаксиальных модах или когда частота генерации менялась из-за неустойчивостей резонатора.

На первых порах немало беспокойства доставил нам один из подвергавшихся исследованиям объектов, а именно оторванный листок календаря, помещенный на алюминиевую пластинку. Всякий раз, когда мы пытались получить его голографическое изображение, наблюдалось одно и то же явление; во всех точках было яркое восстановленное изображение и только в одной изображение упорно не появлялось, а восстановление давало лишь темное пятно. В результате проверки оказалось, что в алюминиевой пластинке была

просверлена дырка и листок календаря над дыркой вел себя как вибрирующая мембрана.

Однако наиболее обескураживающий случай произошел с нами в самом начале голографического исследования трехмерных отражающих объектов — набора разного хлама, извлеченного из различных углов лаборатории. Мы знали, что изображение, воспроизводимое с голограммы, не должно быть похоже на все, что получалось до того, поскольку должна иметь место трехмерность с настоящей перспективой, короче, полное восстановление исходного объекта. Однако эксперимент не подтвердил наших надежд на чудо. Все дело в том, что голограмма изготовлялась на небольшой пластинке размером около так что в данный момент времени через нее можно было смотреть лишь одним глазом.

По мере того как голография развивалась, проходя через все эти ступени, качество восстановления изображений значительно улучшалось, но для этого приходилось изобретать все более сложные и утонченные методы. Например, если в одноосевой голографии требования к стабильности такие же, как и в обычной фотографии (при одинаковых временах экспонирования в обоих случаях), то для вне-осевой голографии, голографии в рассеянном свете и голографии трехмерных объектов требуется существенно более высокая стабильность, причем в последнем случае она должна быть намного выше, чем во всех предыдущих. Аналогично возросли требования и к когерентности. В случае одноосевой голографии они были весьма скромными. В противоположность общепринятому мнению внеосевая голография не требовала более высокой когерентности. Голография в рассеянном свете ставила уже более жесткие требования к когерентности, но не столь жесткие, чтобы мог потребоваться лазер. Наконец, в случае голографии трехмерных объектов эти требования по сравнению с предыдущими случаями возросли сразу настолько резко, что здесь уже без лазера действительно нельзя было обойтись.

Примерно в то же время, когда мы проводили наши исследования по голографии, в СССР Денисюк [11—13] сообщил о новом большом успехе, достигнутом благодаря объединению голографического процесса с одним из процессов цветной фотографии, изобретенным в 1891 г. французским физиком Липпманом. Голограмма Денисюка может давать как монохроматическое, так и цветное изображение, когда ее наблюдают в белом свете, испускаемом точечным источником. Такой эффект получается при условии, что объектный и опорный пучки распространяются в противоположных направлениях, что приводит к тонким интерференционным полосам, образующим поверхности, расположенные друг от друга на расстоянии, равном половине длины световой волны, и идущие почти параллельно поверхности фотопленки. При этом в обычной эмульсии толщиной будет около 30 полос. Поэтому голограммы Денисюка называют также объемными, поскольку они требуют, чтобы изображение в

эмульсии имело не два, а три измерения (третье — но глубине эмульсии). В результате такие голограммы при освещении белым светом от точечного источника отражают свет с узкой полосой длин волн, который и формирует голографическое изображение, в то время как на остальных частотах свет проходит через голограмму, как сквозь сито, не давая эффекта.

Работа Денисюка представляет собой один из краеугольных камней голографии. Благодаря этому открытию были получены голограммы такого высокого качества, какое было невозможно ранее. Потребуются еще годы, чтобы полностью осознать значение полученных им выдающихся результатов.

Результаты исследований в области голографии огромны и разнообразны. И все же следует отметить некоторые из них, играющие особую роль. В частности, большое значение имеет использование голограмм Фурье в роли комплексных пространственных фильтров, что само по себе уже является значительным достижением в области пространственной фильтрации. Различные типы таких фильтров были разработаны в начале 60-х годов для разнообразных применений, особенно для оптической обработки радиолокационных данных. Однако в настоящее время наибольшее распространение получил фильтр, разработанный Вандер Люгтом [35] для обработки изображений.

Не менее важное значение имеет голографическая интерферометрия, изобретение которой существенно продвинуло вперед саму область интерферометрии. Возникшая в период 1964-1965 гг., эта область голографии проявила ряд курьезных и, возможно, даже загадочных свойств. В 1964 г. голографии исполнилось 17 лет, и, хотя голографией занимались уже очень многие, до сих пор никому не удалось открыть голографическую интерферометрию. И неожиданно независимо друг от друга ее изобретают около полдюжины исследовательских групп. Самые ранние сообщения были сделаны Пауэллом и Стетсоном [30], которые предложили голографическую интерферометрию с усреднением по времени. Затем в последующие несколько месяцев ряд групп, работавших независимо друг от друга, сообщили о других вариантах голографической интерферометрии (двойной экспозиции и реальном времени). Успехи голографии в интерферометрии являются поразительными; появилась возможность сравнивать любые волны, которые существовали в различные моменты времени, — достижение, немыслимое с точки зрения традиционной интерферометрии.

Но откуда такое изобилие независимых, почти одновременных открытий за небольшой период истории голографии? Я считаю, что это можно объяснить следующим образом: голографическая интерферометрия появилась в результате неудачных попыток удовлетворить требованиям стабильности в голографии; этим требованиям легко удовлетворить, если объект полупрозрачный, а не

отражающий. Однако первые эксперименты с отражающими объектами стали проводиться лишь в конце 1963 г. Таким образом, только в это время появились условия для изобретения голографической интерферометрии; раньше этого времени вряд ли она могла бы быть открыта, но потом ее открытие стало бы неизбежным. Возможно, это объяснение является несколько упрощенным, поскольку, как мы уже заметили, в голографии требования к стабильности росли параллельно с тем, как все более сложной становилась аппаратура. Но совершенно очевидно, что до 60-х годов открытие голографии не могло привести к голографической интерферометрии.

С самого начала возникновения трехмерной голографии было ясно, что естественной областью применения голографии является отображение информации, и с середины 60-х годов специалисты широко используют эту возможность. В эти годы были разработаны одни из самых замечательных в мире устройств воспроизведения изображений. Но в те годы научно-технические достижения в этой области далеко обогнали внедрение их в практику. Эти голограммы имели высокую стоимость как при изготовлении, так и в эксплуатации. Поэтому техника голографического отображения не вышла за лабораторные рамки.

В 70-х годах картина начала меняться благодаря развитию нескольких важных направлений. Во-первых, Бентон [2] изобрел радужную голограмму — тонкую, или плоскую голограмму, наблюдаемую в белом свете. Поскольку в этой голограмме используется весь спектр белого света, а не узкая полоса, голограмма может быть очень яркой, даже если применять источник света умеренной яркости, например 100-ваттную лампочку. Такие голограммы недороги, и их удобно разглядывать.

Второе важное направление возникло после изобретения Кроссом [8] составной, или мультиплексной, голограммы. Эта голограмма была разработана в результате искусного применения многих технологических приемов [9, 10, 19, 22, 23, 28, 29, 31]. Голограмма изготовляется из огромного количества простых фотографий, сделанных обычным образом. Картины, снятые из разных положений, включают много ракурсов на объект; в целом они включают всю информацию, содержащуюся в голограмме. Составная голограмма в виде, предложенном Кроссом, может наблюдаться, как и радужная голограмма, в белом свете.

Мультиплексные голограммы могут быть сделаны с любого произвольного объекта, стоимость их изготовления относительно низка, они могут быть размножены массовым тиражом путем копирования, системы воспроизведения для них также недороги, и важнейшая проблема голографии — невозможность равного усиления трехмерного изображения в горизонтальном и продольном направлениях — здесь решена. Благодаря этим свойствам мультиплексные Голограммы значительно больше пригодны для использования в

области коммерческих систем отображения, чем другие типы голограмм.

Высокое качество радужных и мультиплексных голограмм, а также значительные успехи в области создания голограмм Денисюка (особенно в СССР) поставили голографию в один ряд с виднейшими достижениями науки и техники.

В последнее время в голографии появились новые замечательные и по существу неожиданные успехи, в том числе новый метод белого света. Исходя из прошлого опыта, мы вправе ожидать еще более замечательных достижений, о которых пока можно лишь догадываться. Имея теперь в своих руках метод считывания в белом свете, возможно, мы обнаружим какой-нибудь действительно эффективный метод записи голограммы в белом свете.

ЛИТЕРАТУРА

(см. скан)

(см. скан)

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление