4. Лазерные и голографические уои

Применительно к индикаторным устройствам представляют интерес следующие свойства излучения лазеров: пространственная когерентность, временная когерентность, цвет и яркость.

Когерентность —высокая степень согласованности фаз колеба­ний, образующих волновой фронт. Пространственная когерентность означает жесткую взаимосвязь фаз колебаний в двух точках про­странства, лежащих в плоскости, перпендикулярной фронту волны. Временная когерентность означает жесткую взаимосвязь фаз коле­баний, разделенных временным интервалом, и равнозначна узкополосности по частоте.

Лазер представляет собой когерентный источник света. Путем подбора трех источников света с соответствующими основными цветами и введения их в схему аддитивного образования цветов можно воспроизвести широкую гамму цветов.

На рис. 13 показана схема УОИ с использованием лазера. Вспомогательное оборудование обеспечивает управ­ление процессом отображения информации, а также долговремен­ное и кратковременное ее хранение.

Рис. 13. Устройство отображения ин­формации с использованием лазера:

Л-ла­зер; МО -оптический модулятор; Д- дефлектор; СУМ- схема управления модулятором; СУД -схема управления дефлектором; ИП- источ­ник питания; Э -экран; БЗУ- буферно-преобразовательное запоминающее устройство.

При отображении информации используют способ «последова­тельной выдачи», когда луч лазера последовательно обходит все точки поверхности экрана, либо способ «выборочного отображе­ния», когда луч лазера направляется только на те элементы экра­на, в которые вводится информация.

Модулятор света предназначен для наложения изменяющейся во времени информации на излучение лазера путем изменения во времени его яркости.

Если изменения информации синхронизирова­ны с перемещением луча дефлектором, то информация превращает­ся в зрительно воспринимаемое изображение.

Многоцветное изображение может быть получено использова­нием нескольких лазеров, работающих параллельно и имеющих различные спектральные линии излучения, причем у каждого лазе­ра своя система отклонения, настроенная на соответствующую линию излучения.

В настоящее время находят применение голографические индикаторы. Сам термин (Holography) образован сочетанием слов "полный, весь" и "рисовать, записывать", так что уже в само это понятие заложем особый взгяд на эту технологию, как на способ "наиболее полной записи образа объекта".

В наиболее общем виде идея голографии может быть сформулирована так - если каким-то способом точно зафиксирована структура светового поля, исходящего от объекта и записать ее на какой-либо носитель, а затем восстановить это поле с достаточной точностью, то наблюдатель не сможет различить, наблюдает ли он сам объект или же эту имитацию.

В более узком смысле термин "голография" как раз и представляет одну их технологий (точнее пакет технологий, объединенных общей идеей) такой "полной" записи волнового поля.

Голография - это чисто оптический процесс, но по объему информации, записываемой и участвующей в этом процессе, голография может сравниться с любым суперкомпьютером.

Основная физическая идея состоит в том, что при наложении двух световых пучков, при определенных условиях, может возникать интерференционная картина, то есть, в пространстве возникают максимумы и минимумы интенсивности света (это подобно тому, как две системы волн на воде при пересечении образуют чередующиеся максимумы и минимумы амплитуды волн).

Для того чтобы эта интерференционная картина была устойчивой какое-то время, и ее можно было записать, эти два пучка должны обладать определенными свойствами. Оптики говорят, что они должны быть взаимно когерентными. Для простоты скажем, что у них должна быть одна и та же длина волны, и кроме этого, за время регистрации должна быть одна фаза колебаний, то есть колебания светового поля должны быть синхронными.

Самая простая схема съемки голограммы представлена на рис.14.

Рис. 14. Схема записи пропускающей голограммы

Лазерный луч расщепляется на два пучка, расширяется оптикой, чтобы осветить весь объект целиком, один пучок, который называется "объектным", направляется на объект, освещая его так, чтобы отраженное от него излучение попадало на фотопластинку. Второй пучок, который называют "опорным", направляется прямо на фотопластинку. Эти два пучка будут интерферировать на поверхности фотопластинки и после проявления ничего полезного на поверхности этой пластинки не видно. При рассмотрении под микроскопом поверхность пластинки будет покрыта множеством интерференционных линий, колец. Это и есть запись структуры волнового поля, отраженного объектом или технология изготовления так называемой "пропускающей" голограммы.

Если теперь эту голограмму осветить пучком лазерного света (на просвет, отсюда и название - пропускающая), смотри рис.15, то можно увидеть восстановленное изображение, которое будет находиться точно в том месте, где ранее, при съемке, находился объект. А произошло следующее - чистый лазерный свет, проходя через фотопластинку с записанной ранее структурой светового поля приобретает все свойства светового потока, который ранее, при записи, отражался объектом. И наблюдатель видит этот объект - причем полностью объемным.

Рис. 15.Схема восстановления изображения, записанного на пропускающей голограмме

Можно записать не пропускающую, а отражающую голограмму, для этого схема записи должна быть несколько иной, опорный и объектный пучки должны падать на фотоэмульсию с разных сторон (рис.16). Для того чтобы фотопластинка стала работать в режиме отражения света, нужна специальная химическая обработка. В результате обработки поверхность фотоматериала становится рельефной, и этот рельеф покрывается отражающим слоем.

Рис. 16. Схема записи отражательной голограммы

Недостатки данной технологии:

• для просмотра голограммы обязательно нужен лазер;

• изображение будет монохромным, причем строго того цвета, что и цвет излучения лазера, который используется при восстановлении изображения;

• смотреть восстановленное лазером изображение достаточно неприятно - глаза сильно устают от присущих когерентному излучению побочных эффектов, типа спеклов, которые проявляются в виде случайного светового шума по всему полю зрения;

• изображение хотя и объемное, но расположено за плоскостью фотопластинки, в глубине, так что эффект от его объемности не проявляется в полной мере.

Было найдено несколько вариантов решения проблемы изготовления голограмм, видимых в обычном свете. Одно из самых революционных было сделано оптиком Денисюком, и голограммы этого типа называются толстослойными голограммами, или голограммами Денисюка. Вначале изготавливаются обычные пропускающие голограммы по описанной выше технологии, а потом уже с этих голограмм (которые называются мастер - голограммами) изготавливают в режиме копирования голограммы Денисюка.