4. Запись тонкой голограммы

 

Несмотря на то, что используемые при создании классических голограмм методы давно приобрели хрестоматийную известность [6], кратко остановимся на основных принципиальных моментах, связанных с голографической записью и восстановлением изображения. Для дальнейшего понимания идей, связанных с голографическим ОВФ, вполне достаточно рассмотрения простейшего типа — тонких голограмм.

Одна из возможных принципиальных схем записи тонкой голограммы приведена на рисунке.

Излучение лазера через полупрозрачное зеркало направляется на фотопластинку. Соответствующая ему волна носит название опорной и может приближенно считаться плоской монохроматической:

(7).

Отраженная полупрозрачным зеркалом часть излучения лазера используется для освещения голографируемого объекта. Рассеянный его атомами свет так же оказывается монохроматическим (под действием переменного электрического поля электроны атомов совершают вынужденные колебания на частоте излучения лазера и, следовательно, переизлучают свет той же частоты) и описывается предметной волной, которая уже не может рассматриваться как плоская. Фронт и амплитуда предметной волны могут иметь весьма сложные пространственные конфигурации, в которых содержится полная информация о всех оптических свойствах голографируемого объекта. Воздействие такой волны на органы зрения с последующей переработкой сигналов нервной системой и мозгом в конечном итоге приводят к возникновению в сознании зрительного образа. Очевидно, что для возникновения зрительного ощущения, тождественного создаваемому реальным объектом, достаточно с максимальной точностью воспроизвести электромагнитное поле предметной волны.

Для удобства анализа голографического метода записи и восстановления предметной волны представим ее в виде суперпозиции плоских волн:

(8).

и рассмотрим процесс записи каждой пространственной гармоники в отдельности. Как видно из рисунка, при сложении двух плоских монохроматических волн одинаковой частоты в пространстве возникает волна с периодически меняющейся амплитудой, бегущая вдоль биссектрисы образованного волновыми векторами и угла между ними.

При падении такой волны на фотопластинку (расположенную для определенности перпендикулярно волновому вектору опорной волны) на ней возникает стационарное во времени распределение интенсивности, представляющее собой чередующиеся параллельные светлые и темные полосы. Расстояние между полосами максимальной интенсивности оказывается равным

(9).

После экспонирования и обработки такой голограммы одной плоской монохроматической волны она будет представлять собой пластинку, во многом подобную классической дифракционной решетке с периодом, даваемым соотношением (9). Более строгий расчет возникающей интерференционной картины позволяет найти закон изменения интенсивности света на поверхности фотопластинки. Оказывается, что возникающая дифракционная решетка имеет существенное отличие от классической: ее функция пропускания изменяется не скачками в интервале между 0 × 1, а непрерывно по косинусоидальному закону. В случае же нескольких волн с различными векторами k результирующая голограмма представляет собой достаточно сложный узор, являющейся простой суммой «косинусоидальных решеток», создаваемых каждой из записываемых волн.

Подробнее читайте в приложении 2: Расчет функции пропускания голограммы плоской монохроматической волны.