§ 54. Визначення довжини світлової хвилі

Нехай на дифракційну решітку падає плоска світлова хвиля (пучок паралельних променів) довжини Я, (мал. 121). Коли хвиля дійде до решітки, від кожної точки її щілин за принципом Гюйгенса — Френеля поширюватимуться в усі боки елементарні вторинні хвилі. Початкові фази всіх вторинних хвиль однакові.

Вторинні елементарні хвилі, які посилає кожна щілина перпендикулярно до екрана, матимуть однакові фази, і в результаті інтерференції їх амплітуди додадуться. Решта напрямів хвиль від різних щілин мають різну різницю ходу.

Хвилі, які йдуть до екрана у напрямі до першої світлої смуги, мають різницю ходу, що дорівнює цілому числу хвиль (див. мал. 121). Так, для хвиль, які йдуть від першої щілини, різниця ходу дорівнює, для хвиль, що йдуть від другої щілини,—, від третьої —і т. д. Для останньої п-ї щілини різниця ходу дорівнює. Розглянемо трикут­ник ABC. У цьому трикутнику:. Крім того,

. Але АВ — це вся ширина дифракційної ре­шітки, тобто. Отже,, або , звідки

Оскільки кутмалий, то sin. Тангенс кута легко

знайти, розглянувшисхему установки (див. мал. 121):

Вимірявши h і І і знаючи сталу решітки, меж

на визначити довжини хвиль, які відповідають кольоро вим смужкам у дифракційній картині.

§ 55. Поняття про голографію

Явища інтерференції і дифракції світла використоіу ються в голографії (від грецького — «повний за­пис») — спеціальному способі записування і відтворення просторового (об'ємного) зображення предметів. Цей спосіб

став можливим після створення у 1960 р. джерела світла високого ступеня когерентності — лазера, з принципом дії якого ви ознайомитеся пізніше, при вивченні атомної фізики.

Розглядаючи звичайну фотографію, не можна загля­нути за предмети, які знаходяться на передньому плані. Це й зрозуміло, оскільки фотографія є плоским зображен­ням об'ємної картини, одержаної з певної точки. На від­міну від звичайної фотографії, голографія дає можливість записати і відновити не двомірний розподіл освітленості у площині знімку, а розсіяну предметом світлову хвилю з усіма її характеристиками: амплітудою, фазою, довжи­ною хвилі. Відтворені голограмою світлові хвилі, потрап­ляючи в око спостерігача, створюють повну ілюзію спосте­режуваних предметів — їх об'ємність і можливість зміни ракурсу при зміні точки зору.

Розглянемо у загальних рисах принцип голографії. Для реєстрації і відновлення інформації про предмет необ­хідно вміти реєструвати і відтворювати амплітуду і фазу відбитої від предмета світлової хвилі. Ідея голографування полягає в тому, що фотографується розподіл інтенсивності світла в інтерференційній картині, яка виникає внаслідок накладання відбитих від об'єкта хвиль і когерентних їм так званих опорних хвиль відомої фази. Подальша дифракція світла на зареєстрованому розподілі почорнінь на фотографії відновлює відбиті від об'єкта хвилі і дав змогу їх вивчати при відсутності об'єкта спостереження.

Принципова схема реалізації ідеї голографування показана на малюнку 122, а. Пучок світла від лазера ділять на дві частини, причому одна його частина відбивається дзеркалом на фотопластинку (опорна хвиля), а друга ча­стина потрапляє на фотопластинку після відбивання від предмета (предметна хвиля). Опорна і предметна хвилі когерентні і при накладанні утворюють на фотопластинці інтерференційну картину. Після проявлення фотопластин­ки одержуємо так звану голограму — зареєстровану на фотопластинці інтерференційну картину, утворену внаслідок додавання опорної і предметної хвиль.

Для відтворення зображення (мал. 122, б) голограма установлюється в таке саме положення, в якому вона була до реєстрації. її освітлюють опорним пучком світла того самого лазера (друга частина лазерного пучка перекри­вається діафрагмою). У результаті дифракції світла на інтерференційній структурі голограми відтворюється копія предметної хвилі, яка утворює об'ємне (а усіма

притаманними предметові властивостями) уявне зображен­ня предмета, розміщене у тому самому місці, де знаходився предмет під час голографування. Воно здається настільки реальним, що виникає бажання доторкнутися до нього рукою. Крім того, відтворюється ще й дійсне зображення предмета, яке мав рельєф, обернений до рельвфа предмета, тобто випуклі місця зображені увігнутими, і навпаки (якщо спостереження вести справа від голограми).

Звичайно користуються уявним голографічним зобра­женням, яке за зоровим сприйманням створює повну ілю­зію існування реального предмета. Розглядаючи з різних

положень об'ємне зображення предмета, яке дає гологра­ма, можна побачити більш віддалені предмети, закриті ближчими (заглянути за ближчі предмети). Це пояснює­ться тим, що, переміщаючи голову набік, ми сприймаємо зображення, відтворене від периферійної частини гологра­ми, на яку при фотографуванні падали також і промені, відбиті від схованих предметів. Голограму можна розбити на шматки. Але навіть мала частина голограми відтворює повне зображення предмета. Однак зменшення розмірів голограми веде до погіршення чіткості одержаного зобра­ження.

Голографія знаходить все нові застосування в різних галузях науки й техніки, але найбільш важливим засто­суванням, яке набуває все більшого значення, є запис і збереження інформації. Методи голографії дають змогу записувати в сотні разів більше сторінок друкованого тексту, ніж методом звичайної мікрофотографії На фото­пластинці розміром 32X32 мм можна записати текст книжки обсягом понад тисячу сторінок.