5. Применение голографии

Голографическая фотография в кино. Г. применяется для полу­чения объемного изображения предметов, разбросанных в

странстве или быстро движущихся. Напр., голографич. установка

позволяет запечатлеть мгновенное распределение в пространстве частичек аэрозолей, капель тумана или мелких выхлопных газов двигателей ракет. При этом, т. к. дли- тельность экспозиций ~ 1(Г⁸ сек (что достигается с помощью | импульсного лазера), то даже быстро летящие пылинки

застывают как неподвижные в пространстве. Таким же методом можно голографировать мелкие организмы, населяющие толщу

воды или планктон.

Если голограммы, снятые в определенной временной последо­вательности, затем рассматривать в той же последовательности, то

можно увидеть объемные предметы в движении. Это-гологра-фическое кино. Пока такое кино еще не получило распро­странения.

Большой интерес вызывает идея голографического

но пока удалось осуществить медленную пере­дачу только одного кадра — одной голограммы на большие рас­стояния. При этом контур передаваемого предмета виден даже тогда, когда связь прервана в течение 90% времени передачи. Ос-

трудность здесь состоит в том, что для получения высоко­качественного объемного изображения в Г. требуется светочувст­вительная среда с разрешающей способностью < 1 мкм. Это, во-первых, во много раз меньше минимальных деталей (100 мкм), к-рые

можно передать по обычному телевизионному каналу, и, во-вторых,

меньше диаметра электронного луча на экране в передающих и

приемных трубках. Поэтому для того чтобы по обычной схеме осу­ществить телепередачу голограммы, необходимо не только расши­рить в неск. сотен раз полосу пропускания телевизионного какала, но и уменьшить диаметр электронного луча в передающей и прием­ной трубках.

Голографический микроскоп. В голографич. микроскопе полу­чают плоскую голограмму предмета О, освещая его расходящимся монохроматич. светом лазера (рис. 26, а). Расходимость опорного

и предметного пучков приводит к тому, что дифракционная кар­тина, регистрируемая голограммой, увеличивается в масштабе. При восстановлении изображения голограмму освещают расходя­щимся пучком (рис. 26, б). Это также создает увеличение изобра­жения предмета.

Дополнительным фактором, вызывающим увеличение изобра­жения, является увеличение длины волны света на стадии восста­новления. Оказывается, что если голограмму параллельного пучка

света, полученную в лучах света меньшей длины волны Т^, освещать на стадии восстановления светом большей длины волны Я₀, то вто­ричные пучки света, образуемые голограммой, будут наклонены под большим углом б ₂ к основному пучку, чем в случае той же длины волны К, (6₉ > 8 А т. к. 8 — К/а, где а — расстояние между соседними полосами почернения (рис. 27). Но чем больше угол б,

_Jll

Увеличенное действи­тельное изображение

пучком света с большей длиной волны К₉. В плоскости В получается увели­ченное действительное изображение.

радиус кривизны дифракционного сферич. фронта, создаваемого голограммой, и тем больше размер самого восстановленного изобра­жения, к-рое образуется от голограммы на значительно большем расстоянии. Расчет показывает, что коэфф. увеличения голографич.

t ш

^{Рис. 2}7. ^{Изменение направления распространения вторичных лучей при} освещении плоской голограммы лучами света разной длины волны.

микроскопа равен произведению геометрического ко­эффициента увеличения, определяющегося расходимостью опорного пучка, освещающего голограмму при восстановлении, и волнового коэффициента к_в = К₂/к₁.

.in

В разрабатываемом рентгеновском голографич. микроскопе используются и геометрическое, и волновое увеличение. Т. к. прин­ципы Г. применимы для любых электромагнитных волн, то для получения голограмм можно использовать рентгеновское излуче­ние с длиной волны Я = 10 ² мкм, а на стадии восстановления — видимый свет с К = 0,5 мкм. Если геометрич. увеличение равно 200,

^{то полный коэфф. увеличения микроскопа к = 200 • 'Щ^- = 10е.}

Таковы ожидаемые параметры рентгеновского голографич. микроскопа Основная технич. трудность при его создании — по­лучение достаточно интенсивных когерентных рентгеновских лучей. Возможно, что решение этой проблемы будет найдено с помощью кристаллов, атомные слои к-рых в отношении рентгеновских лучей

обладают свойствами, близкими к свойствам поверхностей почер­нения объемной голограммы в лучах видимого света. Т. к. образец находится вне рентгеновской установки, то с помощью рентгенов­ского голографич. микроскопа удастся заглянуть внутрь живой клетки. Большая проникающая способность рентгеновских лучей должна также привлечь внимание металлургов.

Действи­тельное изображение предмета

звуковые гене-

Звуковидение. Голографич. метод применим не только к электро­магнитным волнам, но и к любому волновому процессу, в частности к звуковым и ультразвуковым волнам. На этом основано гологра-фич. звуковидение, одна из возможных схем к-рого пока­зана на рис. 28. В непрозрачную жидкость погружен предмет и

Рис. 28. Звуковидение в непрозрачной среде. И3-1 и ИЗ-2

раторы.

источники звука и возбуждающиеся общим звуковым

генератором. ИЗ-2 создает опорные волны в воде, ИЗ-1 «озвучивает»

предмет, что приводит к образованию предметных волн. На поверх­ности жидкости в результате интерференции двух звуковых волн

образуется интерференционная рябь -звуковая голо- грамма. Освещая ее пучком света от лазера, можно увидеть объемное изображение предмета. Подобное устройство требует источников звука достаточно высокой мощности.

3»-

_ж

I

УК*.

.Ян

Др. схема голографич. звуковидения состоит в непосредствен­ной регистрации с помощью миниатюрного микрофона интерферен­ционной картины звуковых волн в воздухе или др. среде. При перемещении микрофон сканирует интерференционную картину и записывает сигнал, к-рый затем преобразуется в почернение фотоэмульсии соответствующей интенсивности. Звуковая голо­грамма просвечивается пучком света, как в обычной Г. Голографич. звуковидение очень важно для океанографии, исследований. Ана­логичные устройства позволят также увидеть внутренние органы

животных и людей.

Распознавание образов. Используя Г., можно осуществить оптич. фильтрацию изображения. Этот процесс можно сравнить с

фильтрацией радиоволн, но Г. позволяет фильтровать не радиоволны

различных частот, а зрительные образы: буквы, цифры, силуэты

самолетов, микробов, хромосом и т. п. Причем сортировка этих

образов может быть проведена с огромной быстротой. Лазерный пучок просвечивает сперва кадр, содержащий набор всевозможных образов, включая искомый, а затем голограмму — эталон исход ного образа, полученную ранее при освещении тем же лазерным пучком. Появление яркой точки на выходном кадре указывает на наличие и расположение искомого образа в кадре. Если в исходном изображении имеется неск. таких же образов, то в кадре появится неск. ярких точек. Одновременно можно вести поиск многих обра­зов, расположенных как на экране телевизора, так и в поле зрения

микроскопа или в пространстве.

Распознавание образов с помощью Г. обладает преимуществами

по сравнению с методами, основанными на применении электронно-вычислительной машины: 1) время, затрачиваемое на операцию поиска в Г., в дес. тыс. раз меньше. Поиск образа ведется одно­временно по всей голограмме.

Одновременно можно вести поиск многих образов. Недостаток голографич. метода состоит в том, что ответ нельзя выразить чис­ленно.

С помощью объемной голограммы поиск образа удается вести даже по небольшому его фрагменту. Так, напр., страницу книги, содержащуюся в объемной голограмме, можно найти по ее части. Более того, можно увидеть в выходном кадре всю страницу и про­честь на ней то, что отсутствует на фрагменте. Дополняющий стра­ницу фрагмент наз. фантомным изображением.

Особенности объемной голограммы вызывают аналогию между объемной голограммой и мозгом высших животных и человека. По-видимому, между механизмом памяти и накоплением изобра­жений предметов в объемной голограмме существует связь. Это применение Г. переплетается с проблемой моделирования функцио­нальной деятельности нервных клеток и мозга высших животных и человека.

Интерференционный контроль. Г. уже практически применяется в технике. Пример - интерферометрии, метод конгроля изделий. Сложную деталь, напр. лопасть винта, изготовить

с очень высокой точностью, сравнивают интерферометрически с шаб­лоном. Для этого деталь устанавливают на стенд и освещают лазер­ным пучком. В отличие от др. методов интерферомзтрич. контроля,

поверхность изделия при этом не нужно полировать. Свет, рассеян­ный освещенным изделием, пропускается сквозь голограмму шаб-

Рис. 29. Искусственная голограмма 5 точек в пространстве.

Рие. 30. Голографическая интерферограмма потока воздуха около летя­щей пули.полученная .методом двойной экспозиции одной и той же голо­граммы. Первая экспозиция — пули нет, вторая экспозиция — с пулей.

Если голограмму рассчитать и приготовить искусственно (рис. 29), то нет необходимости даже изготавливать шаблон. Достаточно иметь только его чертеж.

Голографич. методы позволяют обнаружить ничтожно малые деформации или вибрации тел, к к-рым нельзя прикасаться ничем, кроме луча света. Таким же методом удается «слышать» сквозь вакуумное пространство, в к-ром распространение звука вообще невозможно. Г. удачно используется при исследовании процессов в аэродинамич. трубах при продувании моделей самолетов, а также при исследовании плазмы. С помощью метода двойных экспозиций на голограмме совмещают две различные картины. Этот метод применяется для количественных исследований воздушных пото­ков (рис. 30), а также при исследовании пламени и структуры плазмы.