Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Вьено, Ж. -Ш. Оптическая голография. Развитие и применение

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

23.10.2023

Размер:

42.41 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1819 / 2219 20 21 22 > Следующая >>>

184

Глава 8

АКУСТИЧЕСКАЯ ГОЛОГРАФИЯ

Легкость получения когерентных звуковых пучков, естественно, послужила толчком к развитию акустической голографии, схема которой показана на фиг. 133. Так как здесь мы располагаем только линейными детекторами (т. е. чувствительными к амплитуде), развитие акустической голографии сводится к приспособлению

Источник звука

Ф и г. 133. Схема акустической голографии.

Часть пучка от источника звука днфрагирозапа объектом (сигнал), часть (опорный пучок) от ражается от зеркала. На позерхно тн жидко тн. в которую погружен объект, образуется си стема < тоячих І.ОЛН. Такая фізо ая голограмма может быть (фотографирована с целью после

дующей оптиче< кой обработки. Непоі ред твенная обработка этой голограммы дает сведения об изменениях, прои ходящих с объектом (голография в реальном времени): достаточно осветить поверхноіть когерентным светом н наблюдать ее непосредственно или снять на кинопленку.

оптической техники к звуковым волнам. Однако ограниченное поле зрения (как угловое, так и по глубине) при образовании и особенно при визуализации акустического изображения, слабое разрешение, причиной которого могут быть как аберрации передающих систем, так и используемые длины волн1 , требуют более совершенных методов исследования и контроля.

Есть более чувствительные способы регистрации	голограмм,
чем способ, изображенный на фиг. 133. Это регистрация	с помощью

1 Ультразвуковая микроскопия использует частоты от 10 до 10 ООО МГц. Область частот, применяющихся в медицине в целях профилактики и ди агностики и не оказывающих разрушительного действия на организм, про стирается от 100 кГц до 10 МГц; в океанографии используют частоты от 5 до 100 кГц, для разведки полезных ископаемых от 100 Гц до 10 кГц; для пе редач на большой глубине применяют частоты меньше 100 Гц.

	Методы,	основанные на оптической голографии		185
мозаики	детекторов или		сканирование поверхности	голограммы.
Последний	способ	дает	меньшее разрешение, чем	предыдущие.

Обычно отношение длин звуковых и оптических волн больше 500. Интерференционную картину фотографируют на светочув ствительную эмульсию. При освещении такого фотоотпечатка лазе ром получим изображение очень маленьких размеров. Д л я его на блюдения необходимо использовать оптические методы увеличения.

Можно т а к ж е использовать фотоуменьшение.	К сожалению, как
в одном, так и в другом случае незначительность	параллакса умень
шает рельефность изображения.

Названные неудобства не могут свести на нет существенные преимущества акустической голографии. С помощью ультразвуко вых волн можно получить изображение объекта, скрытого экраном либо находящегося, например, в сильно возмущенной турбулентнойатмосфере.

При решении этих задач в зависимости от области спектра могут быть использованы детекторы самой различной природы1 .

МИКРОВОЛНОВАЯ ГОЛОГРАФИЯ

Сравнительно недавно начавшееся применение голографии в- сантиметровом и миллиметровом диапазонах электромагнитного спектра представляет определенный интерес. Большое значение имеет высокая монохроматичность и степень пространственной ко


герентности микроволновых		пучков.	Кроме	того,	с практичес
кой точки зрения	эта область спектра		располагает		возможностями
решения таких вопросов, в которых			оптика	бессильна, в		част
ности, например,	изучение	крупного	объекта	непрозрачного		для

видимого излучения и т. д. Эксперименты с радиолокаторами в настоящее время наводят на мысль об использовании голографических методов в области ультравысоких частот, при этом изображения обычно получаются двумерными.

Микроволновая голограмма может быть получена в виде фото голограммы, с помощью которой восстанавливают информацию классическим способом. Комплексная интерференционная картина должна быть уменьшена до удобных размеров с учетом соотношения длин волн. Рассмотрим несколько способов получения такой голо граммы.


1	Разные классы применяемых в настоящее время приемников						требуют
разных затрат энергии			для регистрации	голограмм: фотографические и хи
мические приемники			1 Дж/см2 ; термосопротПвлемия, термобатареи				и термо
пары (как и жидкие кристаллы, меняющие цвет при					поглощении	звуковых
волн,	но неустойчивые		к изменениям температуры) 1 • Ю - 1 Дж/см 2 ,				устрой
ства,	использующие		пьезооптический	эффект,	требуют	не	более
1 • Ю - 1	мДж/см3 ,	а использующие электрострнкцшо и пьезоэлектрический эф
фект— не более		] •• Ю - 7 мкДж/см2 .

8—144

186

Глава 8

Непосредственное использование сигналов, излучаемых антенной и зарегистрированных на выходе радиоприемника

В результате обзора поля объекта методом сканирования одним приемником или с помощью набора неподвижных приемников, или обоими способами сразу мы получаем последовательность сигналов, которые могут модулировать некоторую опорную частоту. Эта опор ная частота либо подается с помощью волны, синхронизованной по частоте с волной объектного пучка, либо вводится искусственно с помощью специальной схемы. Если перевести результат такого гетеродинирования в изменения оптической прозрачности, то получим голограмму. В литературе описаны относительно простые системы, в которых диод осуществляет механическое сканирование микро волнового поля: электрические сигналы усиливаются и преоб разуются в световые сигналы, которые могут быть засняты на пленку. При уменьшении масштаба таких голограмм в восстановлен ном изображении могут появляться паразитные эффекты, обус ловленные непериодичностью сканирования. С другой стороны, уменьшение размеров ослабляет эффект объемности изображения при восстановлении.

Аналоговые системы, промежуточная стадия, бинарные голограммы

Предположим теперь, что множество сканирующих датчиков регистрирует потенциалы либо в виде серии осциллограмм, либо в виде таблицы (например, численной), пространственно описываю щей поле объекта. С помощью этих данных строят бинарную опти ческую голограмму (прозрачность 0 или 1). Матрица элементарных прямоугольных ячеек постоянной ширины позволяет кодировать амплитуду, варьируя высоту прямоугольников. Непосредственный интерес представляет передача микроволновой голограммы на рас стояние. Восстановление видимого изображения осуществляется с помощью лазера.

Образование голограммы в среде, чувствительной к микроволнам

Хотя очевидные соображения удобства часто требуют изменения спектрального диапазона на стадии использования восстановлен ного изображения, восстановление сантиметровых или миллимет ровых волн позволяет избежать нежелательного уменьшения -г размеров изображения (вспомним изображение самолета, наблю даемого издали). С другой стороны, применение сверхвысоких частот для исследования в реальном времени имеет некоторые пре-

Методы, основанные на оптической голографии

187

имущества с точки зрения размеров датчиков. На фиг. 134 схема

тически

показано

получение голограммы на сантиметровых волнах

(X =

2 см). Источником служит

клистрон

с двумя рупорными

антеннами Cs и Сг

в качестве излучателей.

плоскости

голограм

мы H с помощью кристаллического детектора определяют

простран

ственное

распределение

интен

сивности за счет одного опорного

пучка (излучаемого С,).

Тот ж е

датчик употребляется

для

иссле

дования

плокости

H при

интер

ференции

волн Е г

2 j ,

когда

объект у ж е помещен между Cs и

Н. После

чего определяют вари

ации

интенсивности

по отноше

нию

предыдущему

распреде

лению (излучение только Сг) в

точках

его минимумов. Разность

Объект

представляет

собой энергию, ко

торую должен

рассеивать

специ

альный диффузор,

чтобы

можно

было получить желаемое изобра

жение при облучении его только

пучком от Cs.

Такие

диффузоры,

сделанные из материалов,

погло

Ф и г.

134.

Голография

в санти

щающих или рассеивающих энер

метровых

волнах.

гию

микроволн

пропорцио

нально

зарегистрированному

распределению

интенсивности,

располагают на мембране (например, пленке полистирола) с малой диэлектрической проницаемостью (диффузоры представляют собой, например, отражающие листы алюминия или стеклянные плас тинки, покрытые адсорбирующим веществом). Эти диффузоры играют такую ж е роль, как элементы фотоголограммы. Если теперь осветить такую систему пучком, излучаемым антенной Cs, то мы сможем наблюдать дифракционную картину, которая образуется при облу чении объекта тем ж е пучком.

В большинстве вышеописанных случаев пучки были поляризо ваны, а частота излучения составляла порядка 10—20 Ггц. Были проведены т а к ж е эксперименты на длинах волн порядка нескольких сотен микрон (т. е. в области далекого инфракрасного излучения). Регистрация производилась на некотором расстоянии от излучаю щих антенн.

Принципы голографической интерферометрии, изложенные в гл. 6, находят сейчас свое применение и в микроволновом диапазоне, в частности для исследования внутренних частей непрозрачных объектов без нарушения их целостности (параллельно с методами акустической голографии). Так был определен по кольцам в се-

188	Глава 8
чении ствола возраст	растущих деревьев. Этим методом пользуются

т а к ж е при измерении накопления радиации. Благодаря микровол новой голографии смогут, по-видимому, широко проводиться тон кие исследования плазменных разрядов, особенно в непрозрачных камерах.

МАГНИТНЫЕ ГОЛОГРАММЫ

Система, разработанная RCA, представляет интерес не столько с точки зрения объектов исследования (распределение поля ин дукции, создаваемого электрическим током, либо движущимся или покоящимся магнитным'телом), сколько с точки зрения реализации такого распределения магнитных доменов в тонкой пленке из мар- ганцево-висмутового сплава, напыленной на подложке из слюды, которое соответствовало бы интерференционной картине, зареги стрированной в свете лазера. В этом случае локальные вариации световой интенсивности в плоскости голограммы вызывают изме нения температуры, которые можно непосредственно зарегистриро вать в такой среде1 . Возникающее в результате этих изменений ин тенсивное магнитное поле заставляет магнитные атомы ориентиро ваться определенным образом. Потребляемая при этом энергия

меньше 0,2		Д ж , что соответствует энергии обычного		лазера с им
пульсом длительностью около 10 не.
Этот тип		голограмм запоминает до	100 ООО битов	информации
на 1 м м 2	2 .	Считывание можно осуществлять без потерь гелий-
неоновым	лазером с магнитооптической		приставкой. Д л я того что

бы стереть запись магнитным полем, требуется несколько стоты сячных долей секунды; такую среду можно использовать повторно практически бесконечное число раз .

ГОЛОГРАФИЯ ЗАВТРАШНЕГО ДНЯ

Выносить окончательное суждение было бы сейчас неправомер но. Несомненно появятся совершенно новые отрасли голографии. Многие авторы работают над проблемой использования рентгенов ских лучей в голографии. Если удастся получить когерентные пучки для длин волн порядка ангстремов, то можно добиться огромного увеличения. Аналогичные схемы уже появляются: использование рентгеновских изображений (томография) с помощью методов, напоминающих голографию, по-видимому, скоро даст возможность наблюдать переломы ребер или расширение селезенки у человека...

Проводятся эксперименты с электронными пучками с энергией в t десятки килоэлектронвольт (когерентные пучки, полученные с ~«

С нижней точкой Кюри (360° С).

Это составляет 2—3 страницы настоящей книги.

Методы, основанные на оптической голографии

189

помощью электростатических призм). Электронные пучки поз воляют восстанавливать изображения частиц золота на тонкой угольной пленке.

В этой книге рассматриваются в основном скалярные свойства голограмм. Их векторный характер проявляется при регистрации голограмм в поляризованном трехцветном свете: для каждой из используемых длин волн нужны две опорные волны, поляризованные во взаимно перпендикулярных направлениях. При этом можно видеть под микроскопом необычайно красочные картины.

Каждый день мы узнаем о новых впечатляющих возможностях применения голографии. Ею интересуются с целью создания объем ного кино и телевидения, писатели-фантасты приняли ее на воору жение, объем посвященной ей литературы растет. Возможно, голограмма выполнит свое истинное предназначение, заняв принад лежащее ей по праву место основного компонента электронно-вычис лительных машин будущего, занимающихся обработкой информа ции.

Литература

К и и г и

Борн

М.,

Вольф

Э., Основы оптики, перев. с англ., изд-во

«Наука»,

1970.

Maréchal

A.,

Imagerie géométrique et

aberrations,

Ed. Revue d'Optique,

1952.

Марешаль

A., Франсом. M., Структура оптического изображения. Дифрак

ционная

теория

и влияние

когерентности

света, перев. с франц.,

изд-во

«Мир», 1964.

Строук

Док.,

Введение в когерентную оптику и голографию, перев. с англ.,

изд-во «Мир», 1967.

Кок

У.,

Лазеры

и голография, перев. с англ., нзд-во «Мир», 1971.

Де

Велис

Дж.

В.,

Рейнольде

Док. О., Голография

(теория

и приложения),

перев. с англ., М., 1970.

Гудмен

Дж.,

Введение

в фурье-оптику,

перев. с англ.,

изд-во «Мир»,

1970.

Kienile H., Roess D., Einführung

in die Technik der Holographie,

Akad.

Ver

lagsgesellschaft

Frankfurt/M.,

1969.

Микаэлян

А. Л., Голография,

M.', 1968.

Франсон

M.,

Голография, перев. с франц., нзд-во «Мир», 1972.

Островский 10. И., Голография, изд-во «Наука», 1970.

Duffieux

M.,

L'Intégrale

de Fourier et

ses Applications à l'optique,

Mas-

son Ed . , 1970.

Robertson

E. R.,

Harvey J. M.,

The Engineering Uses of

Holography,

Cam

bridge Univ. Press,

1970.

Viénol

Ch.,

Bulabois

J.,

Pasteur J., Applications de

l'holographie

(Comp

tes

rendus Symp. Intern. Holographie,

1970), Pub. Univ. Besançon,

1971.

С т а т ь и

Abramowitz

I. A.,

Ballantyne

M.,

Evaluation

hologram aberrations

ray tracing, J.

Opt. Soc. Am.,

57,

1522

(1967).

Albergotii

Instant hclcgrams, Am. J. Phys.,

35, p. 1092 (1967).

Александров

E. Б.,

Бонч-Бруевич

M.,

Исследование

поверхностных де

формаций

помощью

голограммной

техники,

ЖТФ, 37, р. 360 (1967).

Amodet J. J.,

Mezrich

R. S.,

Holograms in thin bismuth films, Appl.

Phys.

Lett.,

15, p. 45 (1969).

Amodet J. J., Bosomworth D. R., Hologram storage

and retrievial

photo-

chromic

strontium

titanate

crystals,

Appl.

Optics,

2473

(1969).

Archbold

E.,

Ennos

E.,

Observation of

surFace

vibration modes by

stro

boscope hologram interferometry, Nature,

217, p. 942 (1968).

Аристов

В. В.,

Броуде

В. Л.,

Ковальский

Л.

В.,

Полянский

В.

Б.,

Шехт-

ман

В. Ш., О голографии

без опорного

пучка, ДАН

СССР,

177, р. 65 -

(1967).

Arm

M.,

King

M.,

Holographie

storage

electric

signals,

Appl.

Optics, 8,

1413

(1969).

Armitage

J. D.,

Lehmann A. W., Character recognition by incoherent

spa

tial filtering, Appl. Optics, 4, pp. 461, 1666 (1965).

Armstrong

J. A.,

Fresnel holograms: their imaging properties and aberrations,

IBM

JL, 9, p. 171 (1965).

Asakura

T.,

Diffuse illumination in

two-beam Fraunhofer

holography

and

Литература

191

spatial

filtering

effect,

Japanese

Jl.

Appl.

Phys.,

625

(1968).

Aschcheulov

Y.,

Dymnikov

A. D.,

Ostrovsky Y. I.,

Zaidel

N.,

inter-

ferometric

holographic

investigation

pulsed

discharged

plasmas,

Phys.

Lett.,

25A,

(1967).

Anderson L . !(., Brojdo S., La Macchia

T., Lin L . #., A high

capacity,

semipermanent

optical

memory,

I E E E

Conf. on

Laser

Engineering and

Applications,

Washington,

1967.

Anderson W. L . ,

Spectrum

broadening

phase-modulated

coherent

opti

cal

illumination, Phys.

Lett.,

26A,

p. 384

(1968).

Aoki

Y.,

Yoshida

N..

Tsukamoto

N.,

Sound

wave

hologram

and optical

reconstruction,

Proc. IEEE,

55,

1622 (1967).

Aoki

Y.,

Microwave holograms

and optical

reconstruction,

Appl.

Optics,

1943

(1967).

Archbold

E.,

Burch

M.,

Ennos A. £ . , The

application

holography

the comparison of cylinder bores, / . Sei.

Inst.,

44,

489

(1967).

Baez A. V., El-Sum

И. M.,

Effect

finite

source size,

radiation bandwidth

and object transmission in microscopy by wavefront reconstruction,

Proc.

Symp. on X-ray Microscopy and Microradiography, Cambridge

(1956).

Baez A. V.,

A study

in diffraction microscopy with special reference to

X-rays,

J.Opt. Soc. Am., 42, p. 756 (1952).

Resolving power in difffaction microscopy with special reference to X-rays, Nature, 169, p. 963 (1952).

Бахрах

Л. Д.,

Курочкин

А.

П., Об использовании оптических систем и

метода голографии для восстановления диаграмм направленности

антенн

СВЧ,

ДАН

СССР,

171,

р.

1309

(1966).

Baldwin

W. J.,

Determination

of the

information

storage capacity of

photo-

chromic

glass

with

holography,

Appl.

Optics,

6, p.

1428

(1967).

Baldwin

G. D.,

Behaviour of

photochromic film under high power laser exci

tation,

Appl.

Optics,

p. 1449

(1969).

Becker

H. C,

Meyers P. H.,

Nice

С. M.,

Laser

light diffraction, spatial

filtering and reconstruction of medical radiographic images.

Preliminary

results,

IEEE

Region

III

Conv. Conf., 43 (1967).

22,

Belveaux

Y., Duplication

des

hologrammes,

Annales

de Radioélectricité,

105

(1967).

Influence of emulsion thickness on hologram reconstruction, Phys. Lett.,

25, p. 70 (1967).

Bergstein

L . , Coherent processing and

ray optics,

Symp. on

Modern Optics,

New

York,

1967.

Bertolotti

M.,

GoriF.,

Guattari

G.,

Coherence

requirements

holography,

Opt. Soc. Am., 57,

1526 (1967).

Blackmer L . L . , Kerkhove A.

P., Baldwin R., Digital data recording on

film

using

superposed

grating

patterns, Phot.

Sei.

Eng.,

10,

263

(1966).

Бобринев

В. И.,

Потапова

И. В.,

Способы

увеличения

глубины

объема

при

съемке

голограмм,

Радиотехн.

электр.,

13,

стр. 2069

(1968).

Bolstad

J. О.,

Holograms and spatial filters processed

and copied

in position,

Appl.

Optics,

6, p.

170

(1967).

Booth B. L . , Jarret S. M.,

Barker

G. С,

Holograms

made with

pulsed

argon-ion lasers operating

in various

transverse modes,

Appl.

Optics, 9,

107

(1970).

Born M.,

Wolf

E., Gabor's

method

imaging by reconstructed

wavefronts,

Principles of Optics, 8, 10, Pergamon Press, 3e éd., 1965.

Bosomworth

R.,

Gerritsen

H. J.,

Thick

holograms

in photochromic

terials,

Appl.

Optics,

95 (1968).

399

Bragg W. L . ,

Microscopy

wavefront

reconstruction,

Nature,

166,

(1950).

192

Литература

Bragg W. L . , Rogers

G. L . , Elimination

the

unwanted

image

diffrac

tion

microscopy,

Nature,

167, p. 190 (1951).

Brandt

G. В.,

Hologram-moiré interferometry for transparent

objects,

Appl.

Optics,

6, p.

1535

(1967).

Brandt

G. В.,

Rigler A. K-,

Reflection holograms of

focused

images,

Phys.

Lett.,

25A,

(1967).

Brooks R. £ . ,

Low-angle holographic interferometry

using

Tri-X

pan

film,

Appl.

Optics,

p. 1418 (1967).

Brooks

R. £.,

Heflinger

L . 0.,

Wuerker

R. F.,

Interferometry

with

holo-

graphically

reconstructed

comparison

beam,

Appl.

Phys.

Lett.,

248

(1965) .

Holographic

photography

of high-speed phenomena with

conventionnal

and

Q-switched

ruby lasers,

Appl.

Phys.

Lett.,

92 (1965).

Pulsed

laser holograms,

IEEE

Quant.

Electronics,

2 (1966).

Brown

G. /VI.,

Grant

R. M.,

Stroke

G. W.,

Theory

holographic

interfe

rometry, / . Acoustical Soc. Am., 45, p.

1166 (1969).

Brown

\V. G.,

Synthetic

aperture

radar,

IEEE

Trans.

Aerospace

Electronic

Syst.,

AES 3,

217

(1967).

Brumm D. В.,

Copying

holograms, Appl.

Optics,

5, p.

1946

(1966).

Double images in copy holograms, Appl.

Optics,

6, p.

588

(1967).

Bryngdahl

0.,

Polarizing holography,

/ .

Opt. Soc. Am.,

57,

545

(1967).

Holographic penetration in an inhomogeneous medium, J. Opt. Soc. Am

59,

1245

(1969).

Buges J. C,

Camera holographique, CR Acad. Sc. Paris,

В 268, p.

1624 (1969).

Buerger

M. J.,

The photography of atoms in crystals, Proc. Natl. Acad

Sei

36, p. 330 (1950).

Appl

Generalized

microscopy

and the two-wavelength

microscope,

/ .

Phi/s.,

21,

909

(1950).

Burch J.

M.,

Gales

W.,

Hall

R. G.,

Tanner

L . H.,

Holography

with

a scatter plate as a beam splitter and a pulsed ruby laser as light source,

Nature,

212,

1347

(1966).

Burch J.

M.,

Ennos

E.,

Wilton R. J.,

Dual-

and

multiple-beam

inter

ferometry

by wavefront reconstruction, Nature, 209, p. 1015 (1966).

Burckhardt

С. В.,

Display of

holograms

in white

light,

BSTJ.

1841

(1966) .

Diffraction

of a plane wave at a sinusoidally

stratified

dielectric grating,

Opt. Soc. Am.,

56,

1502

(1966).

Carcel J. T.,

Rodemann

H.,

F lor man

£.,

Domeshek

S.,

Simplification of

holographic

procedures,

Appl.

Optics,

1199

(1966).

Carpenter R. L . , Clifford К.

I.,

Simple,

inexpensive

hologram

viewer,

/ .

Opt.

Soc. Am.,

57,

p. 276 (1967).

Carter W. H., Dougal A. A.,

Field range and resolution in holography, J. Opt.

Soc.

Am.,

56, p. 1754 (1966).

Carter

W. H.,

Engeling

P. D.,

Dougal

A.,

Polarization

selection

for

reconstructed wavefronts and applications to polarizing microholography,

IEEE

Quantum Electronics,

(1966).

Casier D.

H.,

Pruett

H. D.,

Simultaneous

exposure-developpement

holo

grams on 649-F film,

Appl.

Phys.

Lett.,

10, p. 341 (1967).

Cathey

W. T.,

Three-dimensional

wavefront

reconstruction

using

phase

hologram,

Opt. Soc. Am.,

55,

p. 457

(1965).

Spatial

phase modulation of wavefronts in spatial filtering and holography ,

Opt.

Soc. Am.,

56,

1167

(1966).

Local reference beam generation for holography, US Pat. 3415587 {dec. 1968).

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1819 / 2219 20 21 22 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ