5.4.6. Голография.

Явления интерференции и дифракции волн лежат в основе

принципиально нового метода получения обьемных изображений

предметов - голографии.

Теоретические предпосылки голографии существовали давно /

Д.Габор, 1948г./, однако практическое ее осуществление связано

с появлением лазеров - источников света высокой интенсивности,

когерентности и монохроматичности.

Суть голографии состоит в следующем. Обьект освещают ко-

герентным светом и фотографируют интерференционную картину

взаимодействия света, рассеянного обьектом, с когерентным из-

лучением источника, освещающего обьект. Эта интерференционная

картина - чередование темных и светлых областей сложной конфи-

гурации, зарегистрированная фотопластинкой и есть голограмма.

Она не имеет никакого сходства с обьектом, однако несет в себе

полную визуальную информацию о нем, так как фиксирует распре-

деление амплитуд и фаз волнового поля - результата наложения

опорной когерентной волны и волн, дифрагированных на обьекте.

Для восстановления изображения голограмму освещают опорным

пучком света, который дифрагируя на неоднородностях почернения

фотоэмульсии, дает обьемное изображение, обладающей полной ил-

люзией реального обьекта.

Голограммы обладают рядом интересных особенностей. Напри-

мер, если голограмму расколоть на несколько кусков, то каждый

из них при просвечивании дает полное изображение предмета, как

и целая голограмма. Изменяются лишь четкость изображения и

степень обьемности. Если же с голограммой контактным способом

снять обращенную копию /негатив/, то изображение полученное от

этой копии все равно останется позитивным.

Одно из фундаментальных открытий в области голографии

принадлежит Ю.Н.Денисюку, осуществившему голографию в стоячих

волнах. Открытие зарегистрировано под N'88 со следующей форму-

лой:

"Установлено ранее неизвестное явление возникновения

пространственного неискаженного цветного изображения обьекта

при отражении излучения от трехмерного элемента прозрачной ма-

териальной среды, в которой распределение плотности вещества

соответствует распределению интенсивности поля стоячих волн,

образующихся вокруг обьекта при рассеянии на нем излучения".

Такие трехмерные галограммы на стадии восстановления нео-

бязательно освещать когерентным излучением,- можно пользовать-

ся обычным источником света.

Возможности использования голографических методов неис-

черпаемы. Например, если процессы регистрации и восстановления

производить при разных длинах волн, то изображение обьекта во

столько раз, во сколько длина волны восстановления больше дли-

ны волны регистрации /голографический микроскоп/. С помощью

голографии можно получать интерференционные картины от обьек-

тов, диффузно рассеивающих свет. Совмещая голографическое

изображение с самим обьектом и изучая интерференционную карти-

ну, можно зафиксировать самые незначительные деформации обьек-

та.

А.с. 250 465: Способ определения чистоты обработки по-

верхности изделия...., отличающийся тем, что с целью повышения

чувствительности способа, сначала получают голограмму контро-

лируемого изделия, производят освещение поверхности изделия,

накладываемое на него восстановленное с голограммы его дейс-

твительное изображение, и регистрируют при этом интенсивность

зеркально и диффузно отраженного от поверхности изделия излу-

чения, затем изменяют взаимное расположение изделия и его

действительного изображения на величину большую, чем средняя

высота микронеровностей поверхности, регистрируют интенсив-

ность зеркально отраженного от поверхности изделия и по соот-

ношению этих интенсивностейопределяют чистоту обработки по-

верхности.

США патент N' 3 797 944: Испытание без разрушения

пористых акустических панелей. В процессе испытания получают

усредненную по времени голографическую фотографию перефориро-

ванно поверхности акустической панели, имеющей ячеистую струк-

туру. При этом панель подвергается воздействию акустического

излучения заданной интенсивности, частота которой равна часто-

те ячейки панели. Затем полученную фотографию просматривают,

направляя через нее лазерный луч. Световые завихрения получен-

ные на фотографии соответствуют хорошим ячейкам, тогда как

темные участки соответствуют нерабочим или дефектным ячейкам.

Если резонансная частота ячейки неизвестна, то ее можно опре-

делить получая изображение поверхности в реальном масштабе

времени в отсутствие акустического возбуждения. Затем перфори-

рованные листы просматривают через полученное изображение,

подвергая перфорированную поверхность воздействию акустическо-

го излучения с медленно меняющейся частотой при постоянном

уровне интенсивности и регулируя возникновение завихрений, со-

ответствующих резонансу.

Голография дает возможность создать оптическую память

чрезвычайно большой емкости. С ее помощью успешно решается

проблема машинного распознавания образов. Можно сделать так,

что проекция на голограмму одних образцов будет вызывать появ-

ление других, определенным образом связанным с первым (ассоци-

ативная память).

Существенно, что голографическое изображение можно полу-

чать не только с помощью электромагнитных, но и акустических

волн. Когерентные ультразвуковые волны дают возможность осве-

щать большие обьекты. Следовательно можно получить трехмерное

изображение внутренних частей обьекта, например, человеческого

тела, недр Земли, толщи океана.

США патент 3 585 848: Аппарат для записи акустических

изображений и голограмм и метод их записи. Обьект облучается

акустическими волнами для создания поля акустических колебаний

в отражающей поверхности, в аппарате предусмотрено устройство

разверстки бегущим лазерным пятном для сканирования поверхнос-

ти коллимированным лучом света. Изменения отражаемой от по-

верхности компоненты луча обеспечивают генерацию выходного

сигнала, изменения частоты котрого соответствуют изменениям

интенсивности акустических колебаний в плоскости поверхности

обьекта. Выходной сигнал гетеродинируется с опорным сигналом,

частота которого выдерживается в заданном соотношении с часто-

той облучающих акустических волн, соответствующая внутренней

модуляции преобразуется в визуальную индикацию, что позволяет

осуществить акустическую голограмму обьекта. Условное неголог-

рафическое изображение (акустическое) может быть получено пу-

тем амплитудного детектирования выходного сигнала без смешения

его с опорным сигналом.

Возможности оптической и акустической голографии изучены

сейчас еще не полностью, голографические методы проникают во

все области науки и техники, позволяя изящно и надежно решать

неразрешимые задачи.

5.4.7. Д и с п е р с и я в о л н - зависимость фазовой

скорости гармонических волн в веществе от их частоты. Область

частот в которой скорость убывает с увеличением частоты, назы-

вается областью но р м а л ь н о й д и с п е р с и и, а об-

ласть частот, в которой при увеличении частоты скорость также

увеличивается, называется областью а н о м а л ь н о й д и с п

е р с Дисперсия волн наблюдается, например, при распростране-

нии радиоволн в ионосфере, волноводах.

При распространении световых волн в веществе также имеет

место д и с п е р с и я с в е т а (зависимость абсолютного по-

казателя преломления от частоты света). Если вещество прозрач-

но для некоторой области частоты волн, то наблюдается нормаль-

ная дисперсия, а если интенсивно поглащает свет, то в этой

области имеет место аномальная дисперсия. В результате диспер-

сии узкий параллельный пучок белого света, проходя через приз-

му из стекла или другого прозрачного вещества уширяется и об-

разует на экране, установленном за призмой радужную полоску,

называемую диспорсионным спектром. Для световых волн единс-

твенной недиспергирующей средой является вакуум.

Патент США 3 586 120: Аппаратура передачи звука. Углы

скандируемые световым лучом, увеличиваются посредством введе-

ния дисперсионного устройства на пути звуковых волн. Эти углы

образованы вследствие взаимодействия света и звука. В одной из

модификаций аппарата звуковые волны пропускаются черезнепод-

вижную решетку, или другими словами через среду, которая обла-

дает дисперсией по своей природе. В другой модификации диспер-

сия достигается вследствие вибрации при образовании продольной

волны растяжения или сжатия.

А.с. 253 408: Устройство для измерения температуры, со-

держащее измерительный элемент, устанавливаемый на исследуемый

материал, и источник белого света, отличающийся тем, что с

целью расширения интервала измеряемых температур, измеритель-

ный элемент выполнен в виде прозрачной кюветы, заполненной

смесью оптически неоднородных веществ, соответствующих задан-

ному интервалу температур, показатели преломления которой за-

висят от длины волны и температурные коэффициенты показателей

преломления отличаются знаком либо величиной.