3.3 Инфракрасная оптика

Некоторые оптические материалы, используемые в инфракрасном диапазоне имеют очень большой показатель преломления. Например у германия показатель преломления близок к 4. Такие материалы требуют обязательного просветления.

4 Проверка качества обработки поверхности

С по­мо­щью ин­тер­фе­рен­ции можно оце­нить ка­че­ство об­ра­бот­ки по­верх­но­сти из­де­лия с точ­но­стью до   длины волны. Для этого нужно со­здать тон­кую кли­но­вид­ную про­слой­ку воз­ду­ха между по­верх­но­стью об­раз­ца и очень глад­кой эта­лон­ной пла­сти­ной. Тогда неров­но­сти по­верх­но­сти до   см вы­зо­вут за­мет­ное ис­крив­ле­ние ин­тер­фе­рен­ци­он­ных полос, об­ра­зу­ю­щих­ся при от­ра­же­нии света от про­ве­ря­е­мых по­верх­но­стей и ниж­ней грани (Рис. 12).

Рис. 12. Про­вер­ка ка­че­ства об­ра­бот­ки по­верх­но­сти

5 Голография

На основе явлений интерференции и дифракции можно получить объемное изображение предмета с помощью специального метода – голографии. Этот метод предложен Габором еще в 1947 г., но реализовать идеи Габора удалось только после создания лазеров. Первое голографическое изображение со всеми эффектами объемности было получено в 1963 г. Лейтом и Упатниексом.

Обычная фотография представляет собой плоское изображение предмета. Никакого ощущения объемности при разглядывании фотоснимка не возникает. Причина этого заключается в том, что фотографическое изображение сохраняет информацию только об амплитуде световых волн, идущих от разных участков фотографируемого объекта.

Почему же пропадает информация об объемности предмета? Причина кроется в самой фотопластинке, которая как приемник светового излучения не может разрешить во времени колебания со световыми частотами. Как и другие приемники света, она реагирует только на усреднённую во времени интенсивность световых колебаний, рассеянных предметом. Эта интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды световых колебаний. Значит, фотопластинка регистрирует только информацию об амплитуде падающей волны и нечувствительна к тому, в какой фазе подошла к ней световая волна. Поэтому информация о фазе световой волны, рассеянной объектом фотографирования, безвозвратно теряется.

Для того чтобы получить качественное изображение пространственного предмета, надо возможно более точно воспроизвести рассеянные им электромагнитные волны. Волна, отраженная предметом, несет информацию о нем в виде определенного распределения амплитуд и фаз световых колебаний.

Фотопластинка с запечатленной на ней структурой световых волн называется голограммой, а процесс ее получения – голографированием. Голограмма принципиально отличается от обычной фотографии тем, что на ней фиксированы не только амплитуды, но и фазы световых волн, идущих от объекта.

В настоящее время разработано несколько методов голографирования. Все они основаны на одном и том же принципе (рис. 3.34). Свет лазера разделяется на два пучка. Один пучок образуется при отражении света от объекта, который голографируется. Этот пучок называется предметным. Другой пучок, который называют опорным, создается с помощью обычного плоского зеркала и на объект не попадает. В том месте, где происходит наложение предметного и опорного пучков, помещается обычная фотопластинка. Так как источником света является лазер, то предметный и опорный пучки являются когерентными. Поэтому они интерферируют. Фотопластинка и фиксирует эту интерференционную картину.

Таким образом, голограмма – это фотография интерференции предметного и опорного пучков. Вся информация об амплитудах и фазах волны закодирована на голограмме путем изменения контраста интерференционных полос и расстояний между ними. При обычном освещении невооруженный глаз не может отличить голограмму от обычного испорченного негатива, и, тем не менее, голограмма содержит гораздо более полную информацию о предмете, чем самая хорошая фотография.

Чтобы восстановить интересующую нас предметную волну (изображение предмета), голограмма помещается туда же, где находилась при экспонировании фотопластинка, и освещается одним только опорным пучком. Для этого ту часть лазерного излучения, которая при голографировании рассеивалась предметом, перекрывают с помощью непрозрачной заслонки. На стадии восстановления изображения голограмма играет роль дифракционной решетки с плавным переходом от прозрачных участков к непрозрачным. Дифракция опорного пучка на голограмме приводит к возникновению световых волн, совпадающих с теми, которые предмет рассеивал при голографировании. Поэтому на голограмме под углом к освещающему пучку наблюдатель видит исходный объемный предмет. При этом все выглядит так, как будто мы смотрим в окно на реальный объект. Смещая глаз, можно видеть предмет в разных ракурсах. То есть, изображение, которое получается с помощью голографии, ничем не отличается от той реальной картины, которая голографировалась.