2.8. Голографическая изображающая система

Голография, возникнув как метод записи и восстановления волновых полей для получения объемных изображений, к настоящему времени оформилась в самостоятельную отрасль науки и техники. Предметом изучения голографии являются процессы записи и последующего воспроизведения информации об объекте, содержащейся в физически реализуемых или математически описываемых волновых полях, с использованием законов дифракции и интерференции. При этом одновременно решаются технические задачи использования этой информации [8,13,14].

В буквальном смысле термин «голография» происходит от греческих слов «олос» - полный и «графо» - пишу и означает «полная запись». Под этим понимается запись всей амплитудной и фазовой информации, содержащейся в объектной волне.

Область возможных практических приложений голографии необычайно широка, и в этом нет ничего удивительного: ведь, по существу, голография дает чрезвычайно универсальный метод отображения и познания окружающего мира, который может равным образом использоваться фактически во всех сферах человеческой деятельности. В настоящее время голография находится на этапе исследований и перехода к проектированию отдельных технических систем. Характерно, что какого-то главного приложения у голографии нет, как нет его, например, у объектива, который применяется в микроскопах, телескопах, фотокиноаппаратуре, спектральных и других приборах. В то же время все приложения голографии условно можно разделить на два больших направления:

• приложения, связанные с получением пространственных изображений, предназначенных для визуального восприятия;

• приложения, в которых голограмму используют как своеобразный мерительный инструмент, особенно в голографической интерферометрии.

В обоих случаях голографическая изображающая система состоит обычно из голограммы и СП и лишь иногда включает в себя оптические ПЭ.

2.8.1. ВнтрСм голографического процесса

Голография как самостоятельная отрасль науки и техники занимается изучением физических принципов, общих закономерностей голографического про­цесса, а также разработкой голографических методов, классификационных схем, практических приложений и аппаратурных решений. При этом в основе голографии как отрасли науки лежит теория голографического процесса, рассматриваемого в виде совокупности последовательных действий при проведении физического эксперимента или при математическом моделировании в случае математического эксперимента. Поэтому изложение теоретических основ голографии должно начинаться с описания ВнтрСМ голографического процесса, связный орграф которой приведен на рис. 2.25 и содержит три ПЭ (СП, носитель записи и голограмму). Эта модель позволяет наглядно представить голографический процесс как единую организованную систему, состоящую из трех основных этапов, выделить основные элементы отдельных этапов и установить структурные связи между ними.

На первом этапе голографического процесса в СП формируется голографическое интерференционное поле, служащее формой представления заключенной в нем голографической информации. Оно возникает при наложении объектной волны , несущей информацию об объекте, и опорной волны , сформированной для получения интерференции с объектной волной, в области пересечения этих волн. Если

- распределение комплексной амплитуды поля соответственно в объектной и опорной волнах, то комплексная амплитуда голографического интерференционного поля, образующегося в соответствии с принципом суперпозиции,

. (2.187)

Второй этап голографического процесса связан с записью голографического интерференционного поля. Для этой цели используются фотопластинка, фотопленка или вообще произвольный носитель записи в виде физического тела, на поверхности или внутри которого сохраняется голографическая информация. Взаимодействие голографического интерференционного поля осуществляется с регистрирующей средой, т. е. с веществом, используемым в носителе для записи. Установившийся в интерферометрии термин интерференционная структура (картина) выражает результат интерференции на определенной поверхности нескольких волн и используется для извлечения измерительной информации об объекте. Тогда в голографии для выделения отображающих свойств волновых полей пространственное распределение интенсивности в голографическом интерференционном поле называется голографической интерференционной структурой. Таким образом, запись голографического интерференционного поля представляет собой его некоторое преобразование (квадратичное детектирование), приводящее к изменению состояния или формы носителя. При этом запись может включать в себя этапы дополнительной обработки носителя, например проявление, закрепление, изменение размеров и т. д.

В результате из этапов формирования и записи голографиче­ского интерференционного поля складывается процесс получения голограммы. При этом сама голограмма представляет собой носитель с записанным голографическим интерференционным полем. Если на голограмме записана только часть информации о совокупности объектов, то ее принято называть подголограммой. Конечно, подголограмма, рассматриваемая отдельно, является самостоятельной голограммой. На стадии получения голограммы возможно исчезновение голографической информации, обусловливающее потери голографической информации.

Третьим этапом голографического процесса является восстановление волнового фронта (или для краткости восстановление), обусловливающее формирование с помощью голограммы волнового поля, содержащего объектную волну. Для описания поведения голограммы на стадии восстановления голограмма заменяется ее модельным представлением в виде голограммной структуры. Голограммная структура образуется в носителе или на его поверхности в результате записи голографического интерференционного поля в виде пространственного распределения физических характеристик носителя, функционально связанного с голографической интерференционной структурой. Она лежит в основе описания процесса взаимодействия с голограммой восстанавливающей волны , специально сформированной и направляемой на голограмму при восстановлении. Вид голограммной структуры описывается моделью поведения, используемой для внутреннего описания процесса восстановления волнового фронта. Кроме того, на третьем этапе возможно приложение оптического или неоптического стирающего воздействия , приводящего к частичному или полному уничтожению голографической информации, содержащейся в голограмме.

Восстановленное поле представляет собой волновое поле, полученное в результате дифракционных преобразований восстанавливающей волны на голограммной структуре и содержащее комбинацию преобразованных объектной , опорной и восстанавливающей волн в виде совокупности голограммных дифракционных порядков . Каждый голограммный дифракционный порядок состоит из совокупности плоских волн, соответствующих заданному участку ПЧС восстановленного поля, и определяет волну , распространяющуюся в соответствующем направлении. Рассмотренные три этапа голографического процесса на рис. 2.25 обозначены римскими цифрами I- III и условно отделены друг от друга штриховой линией. Кроме того, там же приведены условные графические обозначения объектной, опорной, восстанавливающей, стирающей и восстановленной характеристических волн.