Реферат: Голография: основные принципы и применение - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Голография: основные принципы и применение

Банк рефератов / Физика

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 30 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

1 ВВЕДЕНИЕ 3 2 СУТЬ ЯВЛЕНИЯ ГОЛОГРАФИИ. 6 2.1 Голографирование. Восстановление изображения предмета. 8 3 КЛАССИФИКАЦИЯ ГОЛОГРАММ. 9 3.1 Регистрирующие среды и их применение 9 3.1.1 Толщина среды 10 3.1.2 Отражение и пропускание 10 3.1.3 Синтез голограмм на ЭВМ 10 3.2 Регистрируемые параметры объектной волны 10 3.3 Модулируемые параметры 11 3.3.1 Амплитудная модуляция 12 3.3.2 Фазовая модуляция 12 3.3.3 Фазовая и амплитудная модуляция 13 3.4 Конфигурация 13 3.4.1 Свойства объектной волны 13 3.4.2 Свойства опорной волны 14 3.5 Регистрирующий материал и конфигурация 14 3.6 СВОЙСТВА ИСТОЧНИКОВ 16 3.6.1 Когерентность 16 3.6.2 Поляризация 17 3.6.3 Длина волны света 17 3.7 Описание голограммы 18 4 НЕКОТОРЫЕ ВИДЫ ГОЛОГРАММ. 18 4.1 Мультикомплексные голограммы. 18 4.1.1 Пространственное мультиплексирование 18 4.1.2 Составные изображения 19 4.1.3 Голограммы, записанные с помощью сканирующего источника света 19 4.2 Цветные голограммы 20 4.2.1 Голограммы, восстанавливаемые в белом свете 20 5 ПРИМЕНЕНИЕ ГОЛОГРАФИИ 21 5.1 Голографический портрет. 22 5.1.1 Лазер 22 5.1.2 Экспериментальные установки 23 5.1.3 Восстановление изображений 24 6 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 25 7 Литература 26 ВВЕДЕНИЕ Фотографический способ основан на том, что он позволяет получить так наз ываемое оптическое изображение, как говорят оптики, сформировать изобр ажение. Роль формирующей системы при этом поручается объективу фотоапп арата. С его помощью на светочувствительной поверхности фотопластинки ( фотопленки) создается сфокусированное изображение. За счет чего же получается сходство фотографического изображения с ори гиналом? Прежде всего за счет того, что каждая точка предмета передается в виде некоторого кружка рассеяния. Между всеми точками предмета и изобр ажения сохраняется пропорциональность. Процесс получения изображения по аналогии с процессом наблюдения можно представить так: предмет — вол новое поле, рассеянное предметом,— фотообъектив — изображение предме та на фотопластинке. Куда же пропадает информация об объемности предмета, создающая дифракц ионную картину? Этот вопрос долгое время волновал оптиков. Оказалось, что информация о предмете никуда не исчезает, порок кроется в самой фотопластинке, которая как приемник светового излучения инерцио нна. Она не может разрешить во времени колебания со световыми частотам и. Кроме того, она, как и другие фотоматериалы, реагирует только на усреднё нную во времени Интенсивность световых колебании, рассеянных предмето м. Эта интенсивность пропорциональная квадрату амплитуды световых кол ебаний. Значит, фотопластинка регистрирует только амплитудную информ ацию. Но фотопластинка совершенно нечувствительна к тому, в какой фазе подошл а к ней световая волна. Поэтому информация о фазе рассеянной световой во лны безвозвратно теряется. Следовательно, фотопластинка регистрирует только половину информации, принесенной рассеянной световой волной. А э то приводит к неполному, лишенному объемности отображению трехмерного образа. Итак, мы выяснили, что основная причина получения плоского изоб ражения вместо объемного при обычном фотографировании заключается в н евозможности зарегистрировать на фотопластинке фазовую информацию об оптическом изображении, приносимую световой волной. И вот, наконец, способ, позволяющий фотографическим путем зарегистриров ать фазу световой, волны, был найден. Оказалось, что для этого нужна среда, в которой должен происходить независимый от регистрируемой волны коле бательный процесс, создающий эталонную волну, причем частота эталонной волны обязательно должна быть одинаковой с частотой регистрируемой во лны. Кроме того, должно быть известно распределение фазы эталонной волны . Если в качестве приемника света взять фотопластинку, то на ней можно сра внить фазы регистрируемой волны с фазой эталонной волны в каждой точке. Что же взять в качестве эталона? Для этой роли подходит только свет. В техн ике хорошо известны методы регистрации фазы электромагнитных волн, в ко торых свет используется в качестве эталона. Они основаны на явлении инте рференции. При эталонном сравнении двух пучков света возникает интерфе ренционная картина Важное условие ее неподвижности — применение когер ентного света. Итак, решение задачи регистрации фазовой информации оказ алось совсем простым. Способ регистрировать фазу в световой волне на фот опластинке был найден. Теперь на фотопластинку можно было записывать ка к амплитудную, так и фазовую информацию, т. е; регистрировать световую вол ну со всеми ее характеристиками. Это полностью решало проблему записи во лнового поля пространственного предмета. Должны были возникнуть новые принципы формирования изображения на фотопластинке и последующего его воспроизведения. Конечно, сам способ такого фотографирования должен су щественно отличаться от обычного. Формулируя свое изобретение, Габор ра ссуждал примерно так. Для того чтобы получить качественное изображение пространственного предмета, надо возможно более точно воспроизвести р ассеянное им волновое поле. Чем с большими подробностями оно будет воспр оизведено, тем больше гарантия, что глаз наблюдателя увидит изображение предмета, ничем не отличающееся от оригинала. Для этого нужно каким-то об разом записать волновое поле, образованное световыми волнами, рассеянн ыми освещенным или светящимся предметом, а затем нужно воссоздать изобр ажение предмета при помощи обычного видимого света. Вместо изображений пространственного предмета Габор предложил регист рировать пространственную структуру световой волны. Сложный узор волн ового фронта, который содержит всю информацию о предмете, надо было как- т о записать, т. е. «заморозить», а потом, когда захочешь снова увидеть предм ет, «разморозить» световую волну, 'восстановить волновой фронт. Свой метод Габор и назвал методом восстановления волнового фронта. Пра ктическое воплощение он получил только в 1964 г СУТЬ ЯВЛЕНИЯ ГОЛОГРАФИИ. Согласно принципу Гюйгенса — Френеля, можно восстановить картину волн ового поля, образованного электромагнитной волной, в любой момент време ни и в любой точке пространства. Для этого надо записать распределение а мплитуд и фаз волн (в данном случае световых) на произвольной поверхност и или ее части, охватывающей источник волн. Иными словами, чтобы «замороз ить» электромагнитные волны во всем пространстве, достаточно «замороз ить» их только на некоторой поверхности. Как восстановить в пространстве световую волну, т. е. «разморозить» ее? Дл я этого надо задать параметры, характеризующие среду. Предположим, нужно восстановить плоскую волну. Для этого мы должны задать для любой плоско сти равномерно распределенные источники колебаний с определенной нача льной фазой. Элементарные источники колебаний должны находиться на пов ерхности, перпендикулярной направлению распространения волн. Но это те обязательно. Все будет зависеть от типа волн. Возьмем для примера сферич еские волны, излучаемые точечным источником. Зададим в качестве поверхн ости, на которой «замораживаются» волны, сферу с центром в источнике. Амп литуды и фазы элементарных источников волн будут одинаковыми для всей п оверхности. В случае с круговыми волнами при «замораживании» световых в олн надо расположить элементарные источники колебаний с одинаковой фа зой и амплитудой на концентрических окружностях. Иными словами, мы должны зарегистрировать на некоторой поверхности мгн овенные картины линий постоянной фазы в виде чередующихся прозрачных и непрозрачных областей. В этом нам помогает интерференция: мы получаем ин терференционную картину, состоящую из светлых, (прозрачных) и темных (не прозрачных) полос. Интерференция и есть способ сравнения пространствен ной структуры двух пучков света. Вначале происходит их сравнение, а зате м — регистрация их на фотопластинку. Откуда возникли оба эти пучка и что они собой представляли в опытах Габ ора? Один пучок отражался от освещенного предмета и падал на фотопластин ку. Он являл собой определенную комбинацию волн, конфигурация которых за висела от формы предмета. Она могла быть как очень простой, так и очень сло жной. Другой пучок имел простую конфигурацию. Чаще всего он состоял из пл оских волн. Создавался он когерентным источником света и назывался опор ной волной. Второй пучок служил в качестве эталона. Он также падал на фото пластинку. Оба световых пучка пересекались вблизи этой пластинки. При пересечении они интерферировали между собой, образуя области усиления или ослаблен ия, чередующиеся по определенному закону во времени и пространстве. В ре зультате интерференции получалась интерферограмма в виде чередующихс я светлых и темных полос— неподвижная интерференционная картина. Неподвижность интерференционной картины в пространстве обеспечивала сь опорной (эталонной) волной. Это она «останавливала» («замораживала») с ветовую волну. Чтобы восстановить изображение пре дмета, достаточно осветить голограмму только опорным пучком, используе мым при записи. Этот способ регистрации волнового поля ценен тем, что доп ускает простое восстановление исходной волны. Как только мы направляем на голограмму опорную волну, использованную при записи, за голограммой в осстанавливается («размораживается») исходное волновое поле предмет а. Согласно принципу Гюйгенса — Френеля, восстановлением мы обязаны э квивалентным источникам, образованным светлыми местами интерференцио нной картины. По этой причине волны «размораживаются», и наблюдатель видит пространс твенное изображение предмета. Итак, можно сделать вывод о том, что голография— это фотографический ме тод. Но он существенно отличается от метода классической фотографии. Это радикально иной, двухступенчатый метод. В отличие от обычной фотографии изображения, которые получаются при восстановлении записанного на гол ограмме, полностью неотличимы от изображений реального предмета. Голо графия позволяет воспроизвести в пространстве действительную картину электромагнитных волн, т. е. волновую картину предмета тогда, когда .самог о предмета уже нет. 1 Голографирование. Восстановление изо бражения предмета. Уширенный с помощью простого оптического устройства пучок лазера (рис .1) одновременно направляется на исследуемый объект и на зеркало. Отраже нная от зеркала опорная волна и рассеянная объектом световая волна пада ют на обычную фотопластинку, где происходит регистрация возникшей слож ной интерференционной картины. После соответствующей экспозиции фотоп ластинку проявляют, в результате чего получается так называемая гологр амма — зарегистрированная на фотопластинке интерференционная картин а, полученная при наложении опорной и предметной волн. Голограмма внешне похожа на равномерно засвеченную пластинку, если не обращать внимания н а отдельные кольца и пятна, возникшие вследствие дифракции света на пыли нках и не имеющие отношения к информации об объекте. Для восстановления волнового поля предмета, тем самым для получения его объемного изображения, голограмму помещают в то место, где была располож ена фотопластинка при фотографировании, и затем освещают голограмму св етовым пучком того же лазера под тем же углом, под которым было осуществл ено экспонирование. При этом происходит дифракция опорной волны на голо грамме и мы видим объемное со всеми присущими самому объекту свойствами (в нем сохраняется также распределение освещенности, как и в объекте) «мнимое» изображение. Оно кажется нам настолько реальным, что даже иной раз появляется желание потрогать предмет. Разумеется, это невозможно, та к как в данном случае изображение образовано голографической копией во лны, рассеянной предметом во время записи голограммы. От голограммы в глаз попадает точно такая же волна, какая попала бы от сам ого предмета. Кроме мнимого изображения получается также действительн ое изображение объекта, имеющее рельеф, противоположный рельефу самого объекта, (рис. 1, а), если наблюдение ведется справа от голограммы, как показа но на рис. 1, б. В этом случае трудно наблюдать действительное изображение невооруженным глазом. Если осветить голограмму с обратной стороны обра щенным опорным пучком так, чтобы все лучи пучка были направлены противоп оложно лучам первоначального опорного пучка, то в месте первоначальног о расположения предмета возникает действительное изображение, доступн ое наблюдению невооруженным глазом. Его можно зарегистрировать на фото пластинку без применения линз. [pic] Рис.1 КЛАССИФИКАЦИЯ ГОЛОГРАММ. 1 Регистрирующие среды и их применение В этом разделе мы рассмотрим общие характеристики материалов, применим ые почти к любой среде, а не конкретные голографические среды Во- первых, м ы отметим важную роль, которую играет в голографической среде, глубина з аписи. Во-вторых, рассмотрим два класса голограмм, на которые они делятся по способу освещения обработанной голограммы, отражательные и пропуск ающие. И наконец, отметим тот факт, что некоторые голограммы не регистрир уются а синтезируются с помощью ЭВМ. 1 Толщина среды Если при регистрации интерференционных полос используется только пове рхность регистрирующей среды, то получаются тонкие плоские или поверхн остные голограммы Важным моментом является не сама величина толщины ре гистрирующей среды, а влияние, которое она оказывает; даже если среда тол стая, но запись по глубине не используется, результат оказывается таким же, как от тонкой среды. Мы имеем толстую, или объемную, голограмму в том сл учае, когда трехмерная интерференционная картина регистрируется и исп ользуется по всей глубине слоя среды. Именно использование объема регис трирующей среды позволяет нам восстанавливать только одно изображение вместо основного и сопряженного ему изображений. 2 Отражение и пропускание Между отражением и пропусканием имеется относительно простое различие . В одном случае свет, используемый для освещения голограммы при восста новлении волнового фронта, отражается от среды в виде волнового фронта и зображения, а в другом свет проходит через голограмму. В случае работы на отражение теряется обычно меньше света 3 Синтез голограмм на ЭВМ В этом случае в ЭВМ вводятся параметры, описывающие объект, и она вычисля ет объектную волну. Опорная волна может складываться с объектной матема тически, и результат, получаемый на графопостроителе, должен быть аналог ом оптической записи. В общем случае этого не делается, но голограмма, син тезированная на ЭВМ, будучи воспроизведенной на графопостроителе, пред ставляет собой систему прозрачных апертур, закодированную таким образ ом, чтобы дать искомую волну изображения. 2 Регистрируемые параметры объектной волны Амплитуда и относительная фаза световой волны, идущей от объекта, изменя ются определенным образом. Эту волну можно записать в виде: [pic] Где функция а(х, у) описывает изменения амплитуды в плоскости голограммы, а ?(x, у) — изменения относительной фазы. Параметры ? и ? представляют собой с оответственно оптическую частоту и постоянную распространения. Естест венно, что и амплитуда, и фаза объектной волны сохраняются в голограмме. О днако, если фазовая или амплитудная информация устраняются, мы имеем то, что называют соответственно голограммой амплитудной информации или го лограммой фазовой информации. Можно также употреблять термин чистофаз овая голограмма, когда в голограмме сохраняется только фазовая информа ция ?(x, у). Голограмма амплитудной информации используется довольно редко , поскольку она дает плохое качество изображения. В случае когда объект я вляется диффузно отражающим, большая часть информации заключается в фа зе. В некоторых случаях, таких, как акустическая голография или голограм мы, синтезированные на ЭВМ, при записи или вычислении волнового фронта о бъектной волны амплитудная информация вообще не учитывается. 3 Модулируемые параметры Голограмма может изменять либо амплитуду, либо фазу освещающей (восста навливающей) волны, либо одновременно и тот и другой параметр. Тем, кто зна ком с теорией связи, поможет аналогия с амплитудной модуляцией (АМ) и фазо вой модуляцией (ФМ) временного сигнала. Распределение энергии в плоскост и регистрации голограммы, обусловленное интерференцией объектной и оп орной волн, дается выражением [pic](1) где а(x,y) и а(x,y) -изменения амплитуд объект ной и опорной волн, а ?0(x, у) и ?г(x, у) — изменения фаз объектной и опорной волн соответственно. Параметры ?0 и ?г определяются как [pic] (2) [pic] (3) где ? — длина волны света, а ?о и ?r — углы падения объектной и опорной вол н на плоскость голограммы. Выражение (1) описывает поверхностную, или тонк ую, голограмму. 1 Амплитудная модуляция Голограмму называют амплитудной тогда, когда восстанавливающая волна модулируется таким образом, что после прохождения через голограмму ее а мплитуда становится пропорциональна величине, описываемой выражением (1). Эта волна после прохождения некоторого расстояния вызывает появлен ие волн, идущих ,в трех направлениях. Одна из этих волн пропорциональна ис ходной волне от объекта. Амплитудную модуляцию можно получить либо за сч ет поглощения части волны, либо в случае отражательной голограммы за сче т коэффициента отражения, который изменяется по x и y. 2 Фазовая модуляция Фазовой называют голограмму, которая модулирует фазу восстанавливающе й волны таким образом, что результирующая волна имеет относительный сдв иг фазы, пропорциональный величине, описываемой выражением (1); иными слов ами, волну можно представить в виде функции ?(x, y), записываемой как [pic] (4) где [pic] (5) Параметр р — коэффициент фазовой модуляции. Прошедшая через голограмм у волна приводит к образованию многих волн, одна из которых пропорционал ьна волне, идущей от объекта. Если величина р мала, то объектная волна восс танавливается с минимумом шума. Если же р не мал, то некоторые из остальны х волн, образованных волной, описываемой выражением (4), могут стать источн иком шума в восстановленной объектной волне [1]. Фазовую модуляцию можно п олучить, заставляя коэффициент преломления или толщину голограммы мен яться в зависимости от х и у пли меняя профиль голограммы и используя ее к ак отражатель. 3 Фазовая и амплитудная модуляция Многие голографические регистрирующие материалы, такие, как фотоэмуль сия, вызывают амплитудную и фазовую модуляцию освещающей волны; при этом амплитуда модулированной волны Пропорциональна I (х, у), а фаза — величин е ?Н(x, у). Как амплитуда, так и фаза волны содержат всю записанную информацию в соответствии с выражением (1). Этот эффект имеет место в случае, когда при меняют тонкую фотоэмульсию. Однако он еще не изучен достаточно хорошо, и мы его здесь рассматривать не будем. Очень полезным является случай ампл итудной и фазовой модуляции, когда желаемое изменение амплитуды волны с оздается; амплитудной модуляцией, а изменение фазы — фазовой модуляцие й. Этого можно достичь с помощью толстых (объемных) голограмм. 4 Конфигурация Под конфигурацией мы понимаем все то, что связано с положением объекта, п рименением линз для формирования изображения или выполнения преобразо вания Фурье над объектной волной, структурой опорной волны, с формой пов ерхности и способами экспонирования голографического материала. 1 Свойства объектной волны В общем случае, если объект расположен близко к го лографическому записывающему устройству, регистрируется то, что назыв ается голограммой Френеля. Если объект мал и находится всего лишь в нес кольких сантиметрах от голограммы, мы все же получим то, что называется г олограммой Фраунгофера. Если объект располагается очень близко к голо грамме или изображение объекта формируется в непосредственной близост и голографическому записывающему устройству, мы получаем голограмму с фокусированного изображения. Поскольку в этом случае восстановленное изображение располагается вблизи от голограммы, лучи света разных длин волн не смогут разойтись на большой угол, прежде чем будет сформировано изображение. Это означает, что для освещения голограммы можно применять источник, имеющий широкий спектр излучения. Это свойство делает гологра мму сфокусированного изображения особенно полезной при использовании в дисплеях Если, для того чтобы в плоскости регистрации голограммы получить двумер ный пространственный Фурье-образ распределения амплитуд и фаз объектн ой волны, используется линза, то получаем голограмму Фурье. В случае когд а рассеивающий объект и точечный опорный источник находятся на одинако вом расстоянии регистрирующей среды, мы имеем голограмму квази– Фурье. 2 Свойства опорной волны Влияние формы опорной волны гораздо сильнее, чем это кажется на первый в згляд. От опорной волны зависят положение и размер изображения, его поле зрения и разрешение; она определяет разрешение, которым должен обладать регистрирующий материал. Если точечный источник опорной волны расположен на том же расстоянии от голограммы, что и объект, то голограмма имеет почти те же свойства, что и г олограмма Фурье. Поэтому такую голограмму можно назвать голограммой кв ази-Фурье. От положения точечного источника опорной волны зависят и друг ие параметры. Конечное разрешение записывающего устройства накладывае т ограничения на поле зрения изображения, ёго разрешение или на то и друг ое вместе. Выбирая положение точечного источника опорной волны, можно на йти компромиссное решение между пределами, ограничивающими поле зрени я и разрешение изображения. Если источник находится в области объекта, т о мы получаем максимальное разрешение ценой ограниченного поля зрения. Если же источник расположен на бесконечности (плоская опорная волна), то „мы имеем максимальное поле зрения и невысокое разрешение. Если точечны й источник опорной волны поместить между объектом и бесконечностью вда ли от голограммы, то мы получим промежуточные значения поля зрения и раз решения изображения 5 Регистрирующий материал и конфигурация В качестве регистрирующего материала, как правило, употребляется плоск ая фотографическая эмульсия, которая экспонируется одновременно и цел иком. Регистрирующий материал может быть термопластиком, тогда говорят о тер мопластической голограмме. Записываются фотохромные и бихромат- желат инные голограммы. Почти любая среда, способная записать изображения, мож ет применяться для регистрации голограммы. Если регистрирующий матери ал отличается от фотоэмульсии, то его название используется для того, чт обы определять тип голограммы. Положение фотопластинки при голографировании. Фотопластинку в принцип е можно расположить в любом участке поля стоячих волн. В частности, пусть имеем интерференционную картину, создаваемую пучками света от двух точ ечных источников О1 и 02 (рис. 2). Для записи голограммы в таком световом поле ф отопластинку можно расположить по-разному. На рис. 2 показаны несколько п оложений фотопластинки (/ — по Габору, 2 — по Лейту и Упатниексу, 3— по Де нисюку *, 4— двухмерная голограмма с «обращенным опорным пучком», 5 и 6 — та к называемые «безлинзовая» Фурье-голограмма и голограмма Фраунгофера). В зависимости от места расположения пластинки в поле стоячих волн меняе тся форма интерференционных полос. В общем случае интерференционные по лосы являются кривыми, представляющими собой сечения семейства гиперб олоидов или параболоидов вращения плоскостью голограммы. В зависимост и от назначения и цели выбирают то или иное расположение пластинки относ ительно источника опорной волны и предмета. Лейт и Упатниекс располагал и фотопластинку в положении 2, чтобы лучи света от источников пересекали сь в области фотопластинки под некоторым углом. В этом случае становится возможным раздельно наблюдать действительное и мнимое изображения. В м етоде Денисюка (положение 3) с целью получения объемной голограммы фото пластинку следует расположить между источниками света на прямой, соеди няющей их. Это дает возможность поместить несколько интерференционных полос по толщине фотопластинки. * В этом случае интерференция предметной и опорной волн фиксируется не н а плоскости, а в объеме — голограмма представляет собой толстослойную ф отоэмульсию, иначе говоря, фоточувствительный объем (объемная голограм ма). [pic] Рис. 2 6 СВОЙСТВА ИСТОЧНИКОВ 1 Когерентность Мы должны различать свойства опорной волны и волны, освещающей объект, с одной стороны, и свойства восстанавливающей волны — с другой. Термин не когерентная голограмма обычно сохраняется за голограммами, записанным и при использовании некогерентного света. При записи некогерентной гол ограммы интерференционные полосы образуются благодаря интерференции света от какой- либо точки изображения с самим собой. Для этого формируют два изображения объекта с помощью делительного устройства. Свет от соот ветствующих точек изображения является когерентным и может интерферир овать. Свет, который не интерферирует, образует фоновое освещение гологр аммы. Другой способ получения интерференционных полос, когда источник с вета имеет низкую когерентность, заключается в формировании на гологра мме изображения решетки и помещении объекта в один из порядков этой реше тки. Существует много различных ситуаций, когда голограмма регистрируется в когерентном свете, а изображение с нее восстанавливается некогерентн ым светом. Название голограммы определяют характеристиками голограммы , не связанными с когерентностью. Например, голограмма, записанная в коге рентном свете, но при восстановлении освещаемая белым светом, называетс я отражательной голограммой, восстанавливаемой в белом свете (такая гол ограмма называется также голограммой Денисюка или голограммой Липпман а — Брэгга— Денисюка. Возможно, что голограмма восстанавливает ту часть света, которая имеет д лину волны используемого при регистрации голограммы излучения, поскол ьку толстая голограмма действует как комбинационный интерференционны й фильтр. Может применяться и тонкая голограмма, если для компенсации д исперсии света применяется решетка. Такие голограммы были названы пове рхностными отражательными голограммами. При освещении белым светом вп олне удовлетворительное изображение дают голограммы сфокусированног о изображения и радужные голограммы. 2 Поляризация Во многих случаях свет источника является поляризованным, в особенност и если источником служит лазер. Это означает, что мы имеем дело с поляризо ванной опорной волной. Объектная волна во многих случаях, таких, как отра жение света от объекта при формировании объектной волны, оказывается по ляризованной случайным образом. Поскольку интерференция может произой ти только между волнами, имеющими одинаковую поляризацию, часть объектн ой волны не регистрируется. Обычно о поляризационных свойствах записи г олограмм не упоминают. Применение этого свойства для проверки некоторы х характеристик объекта путем выбора направления поляризации опорной волны называется поляризационной голографией. 3 Длина волны света Применяя свет нескольких длин волн, можно записать цветную голограмму. Разумеется, сама голограмма не является цветной, но при освещении ее св етом со многими длинами волн, мы получаем цветное изображение. Другие на звания голограмм, связанные с длиной волны, относятся к области спектра или типу применяемой волны; например, микроволновая голограмма, акустич еская голограмма и рентгеновская голограмма. 7 Описание голограммы Названия голограмм, рассмотренные нами, употребляются только в том случ ае, если голограмма чем-то отличается от стандартной. Если говорят, что кт о-то собирается записать голограмму, то это, по всей вероятности, означае т, что планируется использовать лазер, поместить фотопластинку в френел евскую область объекта, расположить внеосевой точечный опорный источн ик по крайней мере на таком же расстоянии от плоскости регистрации, на ко тором от нее находится объект, применять плоскую фотоэмульсию и регистр ировать поверхностную голограмму. НЕКОТОРЫЕ ВИДЫ ГОЛОГРАММ. 1 Мультикомплексные голограммы. Мультикомплексной называют такую голограмму, на которой одновременно записано много изображений, либо раздельно записаны отдельные части од ного изображения, либо единственное изображение записано несколько ра з. 1 Пространственное мультиплексирование При решении задачи хранения данных для записи многих голаграмм можно ис пользовать единственную фотопластинку или какой-либо иной материал, пр ичем каждая голограмма может независимо восстанавливать изображения з аписанных на ней данных. При этом голограммы могут образовывать решетку типа шахматного поля, а для считывания изображения с каждой голограммы л азерный луч сканирует по решетке. Встречается и другой способ пространственного разделения голограммы, когда одна и та же объектная волна или волна от одного и того же объекта, н о с разных ракурсов записывается на голограмме в виде полос. В первом слу чае полосковая голограмма просто повторно записывается много раз, так ч тобы можно было восстановить изображение со всей голограммы. Второй слу чай имеет место при записи синтезированных голограмм для целей отображ ения информации. 2 Составные изображения Под составными голограммами мы имеем в виду голограммы, которые формиру ют изображения, состоящие из отдельных частей каждая из которых была зап исана самостоятельно 3 Голограммы, записанные с помощью сканирующего источника света Голограммы, записанные с помощью сканирующего ис точника— это такие голограммы, при регистрации которых использован; ли бо сканирующий пучок света для освещения объекта, либо сканирующий опор ный пучок для освещения голограммы. Сканирующий объектный пучок, Иногда сечение освещающего объект пуч ка уменьшается в такой степени, что он не может больше освещать весь объе кт одновремено, а должен сканировать по объекту. В результате формируетс я многоэкспозиционная голограмма, в которой изображение каждго из осве щаемых пучком участков объекта регистрируется отдельно. Если размеры объекта велики, можно сузить освещающий объект пучок и заст авить его сканировать по объекту, так чтобы на голограмму падала объектн ая волна большей яркости. Это позволит уменьшить время экспозиции, необх одимое для записи голограммы рассматриваемой части объекта. Полную экс позицию уменьшить нельзя. Недостатком использования голографической системы со сканированием п омимо необходимости использовать более сложное оборудование является также уменьшение дифракционной эффективности голограммы. Это уменьшен ие связано с увеличением: фоновой экспозиции, которая возникает при запи си с многократной экспозицией. Сканирующий опорный пучок В случае сканирования опорным пучком объект освещается целиком, но при э том опорный пучок сканирует по голограмме. Следовательно, можно увеличи ть полную интенсивность света, падающего на часть голограммы, и уменьшит ь время экспозиции для части голограммы. Это позволяет голографировать объекты, имеющие движение в ограниченных пределах. Однако такой мет прив одит к уменьшению дифракционной эффективности, что объясняется увелич ением энергии опорного пучка по отношению к объектному 2 Цветные голограммы Цветными называют голограммы, способные воспроизводить цветные изобра жения. В сущности цветные голограммы — это мультиплексные голограммы, в осстанавливающие перекрывающиеся изображения, каждое в своем цвете. Ка к и в случае мультиплексных голограмм, возникают различные проблемы в за висимости от того используются ли тонкие, т. е. поверхностные, голограммы или регистрирующая среда имеет заметную толщину. Голограммы, записанны е на тонком материале, восстанавливают многократно повторяющиеся изоб ражения, которые соответствуют многим дифракционным порядкам. Гологра ммы, записанные в толстой среде из-за усадки или набухания эмульсии могу т не восстанавливаться освещением с исходной длиной волны. Если, наприме р, рассматривать красные и белые изображения, то в противоположность чер ным и белым необходимо учитывать эффекты дисперсии. В случае голограммы сфокусированного изображения, поскольку расстояние между голограммой и телеграфируемым изображением; оказывается более коротким, таких проб лем возникает меньше. 1 Голограммы, восстанавливаемые в белом свете Голограмма представляет собой закодированную дифракционную решетку. Следовательно, когда голограмма освещается белым светом, волны с боль шими длинами волн отклоняются сильнее от оси освещающей голограмму вол ны, чем волны с более короткими длинами волн. В результате этого восстано вленное изображение; смазывается. Такой эффект можно отчасти скомпенси ровать, используя дифракционную решетку с шагом штриха, равным среднему периоду интерференционных полос на голограмме. Изложенные выше сообра жения применимы к тонким голограммам. Объемные голограммы обладают изб ирательностью по отношению к длине волны и будут отражать или пропускат ь только узкую полосу длин волн, обусловленную эффектом Брэгга. ПРИМЕНЕНИЕ ГОЛОГРАФИИ Голографический метод записи волнового фронта находит широкое примене ние в различных областях науки и техники и имеет перспективы в будущем. П еречислим лишь некоторые из них. Голограмму можно использовать в качест ве комплексного оптического элемента. Такой оптический элемент может в ыступать во многих качествах. Известны голограммы, играющие роль линз ( голограмма — зонная решетка), разлагающие свет в спектр (голограммы— дифракционные решетки), интерференционные фильтры (слои Липпмана) и т. д . Голографические дифракционные решетки содержат свыше 5000 полос на 1 мм. Ме тод голографии позволяет записывать на заданном малом участке фотоэму льсии (особенно толстослойной) в 100— 400 раз больше страниц печатного текст а, чем методы обычной микрофотографии. На обычную фотопластинку размеро м 32-32 мм2 можно записать 1024 голограммы, каждая из которых занимает площадь в один квадратный миллиметр. Одна голограмма— страница книги, одна пласт инка — целая большая книга. Многообещающим является применение голографии при распознавании обра зов и символов, что позволит создать читающие автоматы, обладающие больш ой надежностью. Голографические устройства с использованием звуковых радиоволн совме стно со световыми волнами дадут возможность видеть предметы, рассеиваю щие звуковые или радиоволны (звуко- и радиовидение). Метод голографической интерферометрии позволяет исследовать изменен ия (например, деформацию), происшедшие в наблюдаемом объекте под каким-л ибо внешним действием. В основе регистрации таких малых деформаций лежи т явление интерференции двух волн, существовавших в разные моменты врем ени. Как можно осуществить интерференцию таких волн? Для этого на одну и ту же фотопластинку регистрируют две голограммы, полученные от одного и того же исследуемого объекта в разные моменты времени. Малейшее изменен ие формы объекта из-за деформации в промежутке между двумя регистрациям и изменяет фазу предметной волны. Следовательно, если в промежуток време ни между двумя экспозициями (важно, чтобы фотопластинка не сдвинулась ме жду двумя экспозициями) произошли какие-то деформации, то при просвечива нии этих голограмм увидим изображение объекта, перерезанное интерфере нционными полосами, по форме которых можно судить о характере деформаци и. Точность измерения этого метода весьма высокая: он позволяет измерить деформации порядка десятой доли микрона. Возможности контроля размеро в, формы и качества обработки сложных деталей с помощью голографии сдела ют этот метод наиболее ценным в производстве. Ценность голографической интерферометрии заключается еще и в том, что о на позволяет при любых относительных измерениях обойтись без эталона с равнения, например при деформации поверхности, перемещении из одного со стояния в другое или при сжатии исходное и конечное состояния могут служ ить эталонами друг относительно друга. 1 Голографический портрет. Запись голографического портрета стала возможной благодаря созданию м ногокаскадных рубиновых лазеров с большой длиной когерентности излуче ния. Короткая длительность импульса твердотельных лазеров с модулиро ванной добротностью позволяет пренебречь механической нестабильност ью и движением объекта. 1 Лазер В качестве источников света для получения голографического портрета м огут использоваться рубиновые лазеры с модулированной добротностью и Nd: YAG-лазеры с удвоением частоты генерации и модулированной добротностью. В настоящее время для съемки голографического портрета обычно использ уют рубиновый лазер с модулированной добротностью, поскольку он обеспе чивает значительно более высокую энергию на выходе по сравнению с Nd: YAG-лаз ером с удвоением частоты генерации. Отличительными свойствами лазерных систем, применяемых при голографир овании человека, является совмещение высокоэнергетического выхода и б ольшой длины когерентности. Для получения голограммы одного человека т ребуется энергия минимум 250 мДж и длина когерентности 1 м. Голографическ ий групповой портрет обычно регистрируется при энергии 4— 10 Дж и длине ко герентности 5-10 м Достаточную энергию и длину когерентности для рассматриваемого примен ения обеспечивают только системы, состоящие из генератора и усилителей. Обычно при голографировании одного человека применяют один усилитель, а для группового портрета необходимы два усилителя. Модулятором доброт ности генератора служат ячейки Поккельса, Керра или же просветляющийся краситель, поскольку точной синхронизации импульсов в данном применен ии не требуется. 2 Экспериментальные установки Короткое время экспозиции снижает требования к механической стабильно сти всей установки, и получить высококачественные пропускающие или отр ажательные голограммы становится сравнительно легко. Наиболее важным требованием при получении таких голограмм является за щита глаз человека от повреждения лазерным излучением. Не менее важную р оль играет требование к оптическому пути опорного пучка. Необходимо пре дусмотреть, чтобы часть (около 10%) опорного пучка, отраженного фотографиче ской пластинкой, направлялась в сторону от человека. Человек обычно нахо дится на расстоянии 1— 2 м от фотографической пластинки. Обычно голограм мы записываются на фотопластинках Агфа 10Е75 или 8Е75 с размерами 9х12 или 18x24 см. Фотографические пластинки должны быть защищены фильтром с ограниченно й полосой пропускания от засветки, вызываемой лампой-вспышкой или комна тным освещением (например, типа Schott glass RG-665). Если перед системой фильтр — фото графическая пластинка установлен затвор, то голограмма может быть полу чена при дневном освещении или в условиях нормального комнатного освещ ения, Работа такого механического затвора должна быть синхронизирован а с лазером. Промышленностью выпускается электромеханический затвор, у правляемый электромагнитом, с апертурой около 15 см, минимальное время о ткрывания составляет 0,4— 0,6 с. На рис. 3 показана экспериментальная установ ка для записи отражательных голограмм человека. В этом случае восстанав лимое с голограммы изображение можно наблюдать в белом свете. В этом слу чае особенно важно установить угол освещения пластинки, чтобы опорный п учок не попадал па человека. [pic] Рис. 3 3 Восстановление изображений Голографический портрет наблюдается обычным способом с помощью расшир енных пучков от Не — Ne- или аргонового лазера или отфильтрованным светом дуговой лампы. Отражательные голограммы освещаются от источника неког ерентного света. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Таким образом, согласованные усилия многих иссле дователей позволили накопить ряд сведений и фактов о свойствах трехмер ных голограмм. За этими на первый взгляд разрозненными фактами достаточ но отчетливо вырисовывается то единое явление природы, которое лежит в и х основе. Оказывается, что материализованная объемная картина волн инте нсивности способна воспроизводить волновое поле со всеми его параметр ами — амплитудой, фазой, спектральным составом, состоянием поляризации и даже с изменениями этих параметров по времен. Однако общая картина этого явления пока еще далека от завершения. И дело здесь не только в том, что в ряде случаев мы не знаем полностью набор отобр ажающих свойств некоторых видов голограмм. Есть все основания считать, ч то будут открыты новые неожиданные оптические свойства голограмм. Впо лне вероятно, Что ряд новых эффектов будет обнаружен при применении свет очувствительных материалов, обладающих специфическими свойствами, под обно тому как применение резонансных и поляризационных сред открыло во зможность записи временных и поляризационных характеристик волновых п олей. И наконец, прецедент объединения голографии и нелинейной оптики в динамическую голографию показывает, что внесение идей голографии в сме жные с ней области знаний может привести к появлению совершенно новых на правлений. Литература 1. Введение в когерентную оптику и голографию: Учеб. пособие для физ.- мат. фа к. пед. ин-тов.-Минск: Выш. шк.,1985.-144 с. Шепелевич В. В. 2. Оптическая голография т.1 С .Б. Гуревич, Г. Колфилд. 3. Оптическая голография т.2 С.Б. Гуревич, Г. Колфилд. 4. Оптика. Учебное пособие для вузов. М., “Высшая школа”, 1977г.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Николай Валуев разбил любимую вазу своей жены и просто заставил её полюбить другую.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по физике "Голография: основные принципы и применение", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru