Голографическая микроскопия.

Д . Габор предложил использовать голографическую интерферометрию для усовершенствования электронного микроскопа. Он предложил двухступенчатый метод получения микроскопического изображения: на первой стадии регистрируется дифракционный спектр электронного изображения объекта; на второй – путем освещения голограммы когерентным светом с длиной волны λ восстанавливается изображение. Основное увеличение в схеме Габора определяется отношением λ/ λ_эл, где λ_эл - длина волны де Бройля для электрона. Микроскоп регистрирует как амплитуду, так и фазу световой волны, рассеянной объектом. Это открыло совершенно новые возможности в исследованиях микрообъектов.

Наряду с безлинзовыми используются и линзовые голографические микроскопы, представляющие собой видоизменения классического микроскопа. Существенное преимущество линзовой голографической микроскопии по сравнению с классической - значительное увеличение поля зрения и глубины регистрируемой объемной картины.

В схеме голографического микроскопа на рис. 10.4 излучение лазера делится светоделителем СД₁ на опорный (А) и предметный (В) пучки. Предметный пучок с помощью зеркала З₂ и расширяющей линзы Л₂ освещает прозрачный предмет П, расположенный в непосредственной близости от объектива Об. Увеличенное объективом изображение предмета служит объектом для голограммы Г, при записи которой используется опорный пучок А.

В таком микроскопе восстановленное изображение рассматривается через окуляр Ок. Перемещая окуляр вдоль оптической оси, можно исследовать голографическое изображение по глубине. Перемещение же окуляра в направлении, перпендикулярном оптической оси, позволяет расширить поле зрения.

Значительные возможности при изучении прозрачных микрообъектов открывает применение в микроскопии методов голографической интерферометрии. В голографическом микроинтерферометре волновой фронт, идущий от реального объекта, сравнивается с волновым фронтом, восстановленным с заранее полученной голограммы, либо сравниваются волновые фронты от одного и того же объекта, но пришедшие в различные моменты времени. Голографическая интерференционная микроскопия используется в настоящее время для изучения как медленно-, так и быстропротекающих процессов.

Голографические оптические элементы

Весьма интересным приложением голографии является создание оптических элементов со специальными свойствами. Благодаря тому, что графическая запись точно передает все детали предмета, голограмма, например, вогнутого зеркала сама может быть использована как зеркало. Точно так же можно создать и другие голографические фокусирующие элементы. Используя специальную схему записи, можно получить элемент, который фокусирует излучение различных длин волн в различных точках. Такой элемент представляет собой голографическую дифракционную решетку, которая отличается от обычной низким уровнем мешающего рассеянного излучения и отсутствием аберраций. Голографические решетки используются в качестве диспергирующих элементов в спектральной аппаратуре.

П ример использования голографии для создания оптических элементов, множительный голографический элемент. Схема его получения представлена на рис. 10.5, а. На фотопластинке ФП с помощью опорного точечного источника S записывается предмет П в виде регулярной матрицы точек. При воспроизведении на место точечного источника устанавливается транспарант с записанным символом, например буквой А (рис. 10.5, б). Транспарант освещается источником S '. Каждая точка записанного на транспаранте символа в соответствии с условием записи голограммы изображается матрицей точек. В целом же голограмма восстанавливает матрицу, состоящую из множества изображений буквы А.

С помощью такого элемента можно мультиплексировать (размножать), например, чертеж одного из элементов многоэлементной интегральной микросхемы. Далее мультиплексированное изображение можно использовать в качестве фотошаблона при изготовлении интегральной микросхемы. Такой метод мультиплексирования гарантирует получение большого числа элементов, строго одинаковых как по форме, так и по размерам.

Голографические методы успешно применяются для компенсации искажений, возникающих при наблюдении предметов сквозь неоднородные среды. К таким средам можно отнести несовершенные оптические системы, матовые стекла, атмосферу и др. Одна из возможных схем наблюдения, основанная на обращении с помощью голограммы хода лучей (волновых фронтов), представлена на рис. 10.6.

И злучение, идущее от предметов П₁ и П₂, проходит через оптически неоднородную среду, например матовое стекло МС. Предметы через такое стекло не видны и может показаться, что в излучении, прошедшем через матовое стекло, информация о предметах безвозвратно утрачена. Между тем, если с помощью опорного пучка S зафиксировать рассеянное матовым стеклом излучение на голограмме Г, то можно восстановить изображения предметов.

Для этого экспонированная и проявленная голограмма должна быть установлена на то же место, где она находилась при записи. Далее ее надо осветить пучком S ', направление которого строго обратно направлению пучка S при записи голограммы. При таком освещении ход лучей через голограмму обращается: излучение проходит через неоднородную среду строго по обратным направлениям и приобретает фазовые сдвиги обратного знака. В результате внесенные матовым стеклом искажения компенсируются и на выходе возникают изображения предметов П₁ и П₂. Таким образом, в данной схеме с помощью голограммы удается в точности воспроизвести тот волновой фронт, который шел от предметов и поглощался матовым стеклом. В связи с этим данный метод называется методом обращения волновых фронтов.