2.8.1. ВнтрСм типа голограммы.

Трехкаскадная ВнтрСМ голографического процесса отражает его наиболее существенные стороны как системы материальных объектов и существующих между ними связей, которые обусловлены спецификой преобразования голографического интерференционного поля [28,29,31]. Выделение трех основных этапов голографического процесса позволяет ввести понятие типа голограммы <<ТГ>> и построить его ВнтрСМ, состоящую из трех основных подтипов, орцепь которой приведена на рис. 2.26. Если <<ТГ>> представляет собой совокупность голограмм, обладающих полным набором признаков, присущих какой-либо реализации голографического процесса, то подтип голограммы выделяет из всей совокупности некоторое подмножество голограмм с селективным признаком из полного набора, характеризующим свойство какого-либо этапа голографического процесса. В то же время подтип голограммы, рассматриваемый отдельно, является самостоятельным типом.

По определению {(ТГ)} содержит три подтипа

<<ТГ>> = << голографический подтип; регистрационный подтип;

голограммный подтип >>

и в каждом конкретном случае включает в себя совокупность признаков подтипов в различных комбинациях. Таким образом, полная совокупность признаков, характеризующих <<ТГ>>, определяется тремя структурными элементами голографического процесса и складывается из: голографического подтипа, обусловленного сформированным голографическим интерференционным полем и его основными свойствами; регистрационного подтипа, определяемого преобразующими свойствами регистрирующей среды, носителя записи и дополнительной обработкой и характе­ризующего качественно и количественно их основные свойства; голограммного подтипа, связанного с голограммной структурой и обладающего селективным признаком, определяемым восстановлением. Совокупность голограмм, обладающих не полным набором признаков, а только отдельными признаками нескольких подтипов, образует композиционный <<ТГ>>.

Для описания всех параметров <<ТГ>> прежде всего используют характеристические объектную , опорную и восстанавливающую волны в виде плоских волн, распространяющихся в направлении характеристического вектора пространственной частоты (см. П3.19):

где λ, λ' - длина волны соответственно на стадии получения и восстановления; - единичные векторы нормали к плоской волне, которые лежат на прямых линиях, соединяющих соответственно центр объекта Q_S, опорного Q_О и восстанавливающего источников с началом координат 0 (рис. 2.26).

Восстановленное поле , вообще говоря, имеет вид набора голограммных дифракционных порядков. Направление распространения к-го дифракционного порядка задается вектором пространственной частоты характеристической волны дифракционного порядка, представляющей собой плоскую волну , соответствующую центру к-го выделенного участка ПЧС восстановленного поля. Проекции векторов пространственной частоты на оси координат равны средним пространственным частотам объектной, опорной, восстанавливающей и восстановленной волн вдоль этих осей.

В системе координат, связанной с центром 0 носителя записи, голографический подтип определяется голографическим интерференционным полем , которое равно сумме опорной волны (обычно плоской или сферической ) и объектной волны являющейся представителем некоторого множества (подгруппы) дифракционных изображений, геометрооптических теневых S_тн, френелевских S_Фr, фраунгоферовских S_Fr, фурье S_F - и сфокусированных S_сфк. изображений. При этом параметрами служат векторы пространственной частоты объектной и опорной волн и координаты центров Q объекта и опорного источника. В соответствии с этим выделяют тенеграммы, голограммы Френеля, Фраунгофера, Фурье и сфокусированного изображения.

Существуют две основные модификации голографической схемы. Схему, в которой объектная и опорная волны падают на носитель с одной стороны, называют конаправленной голографической схемой. В противном случае, когда объектная и опорная волны падают на носитель с противоположных сторон, говорят о контрнаправленной голографической схеме. При этом все голограммы делятся на два типа: коголограммы и контрголограммы. Обозначение коголографического подтипа показывает, что объектная и опорная А_О волны падают на носитель с одной стороны. В обозначении контрголографического подтипа _ОГ^S расположение индексов отражает падение объектной и опорной волн на носитель с разных сторон. Отличие коголограммы от контрголограммы находит свое выражение также в обозначении коголограммного и контрголограммного _ОM^S подтипов.

Регистрационный подтип определяется ВншМП процесса квадратичного детектирования голографической интерференционной структуры и обладает селективными признаками, определяемыми свойствами регистрирующей среды, носителя и условиями дополнительной обработки. В зависимости от характера модулирующих свойств регистрирующей среды выделяют два основных регистрационных подтипа: амплитудную и фазовую голограмму. Амплитудной (соответственно фазовой) называют голограмму, осуществляющую преимущественно амплитудную (соответственно фазовую) модуляцию восстанавливающей волны. В общем случае можно говорить об амплитудно-фазовой голограмме.

Голограммный подтип характеризуется ВншМП голограммной структуры и обладает селективными признаками, определяемыми спецификой процесса восстановления волнового фронта. Основным параметром голограммной структуры служит вектор пространственной голограммной интерференционной решетки

(2.188)

которая соответствует интерференции характеристических (плоских) объектной и опорной волн. Вектор направлен по нормали к решетке и задает ее пространственную ориентацию. Модуль определяет пространственную частоту решетки и равен величине, обратной пространственному периоду Т_рш. Другим параметром голограммного подтипа является вектор , где - радиус-векторы точек Q_S и Q_О.

На рис. 2.26 даны условные графические обозначения вектора решетки и векторов пространственной частоты характеристических объектной, опорной и восстанав­ливающей волн. В восстановленном поле для простоты показан только один главный голограммный дифракционный порядок , который соответствует первоначальной волне , распространяющейся от объекта, и задает главную восстановленную волну . В дальнейшем удобно векторы пространственной частоты характеристических волн отождествлять с самими волнами и использовать их для обозначения соответствующих объектной , опорной , восстанавливающей и восстановленной волн, как это было сделано на рис. 2.25.

Чем меньше модуль вектора решетки, тем больше пространственный период решетки и тем слабее влияние толщины слоя d. Если Т_рш >> d, а вектор решетки приближенно направлен вдоль слоя, то каждый восстанавливающий луч при прохождении через голограмму взаимодействует только с одной плоскостью решетки. Следовательно, действие голограммы на восстанавливающую волну подобно действию двумерной дифракционной решетки, обусловливающей формирование набора дифракционных порядков. Поэтому в общем случае голограмму, формирующую не менее трех конаправленных по отношению друг к другу дифракционных порядков в восстановленном поле, рассматривают как двумерную голограмму. Обычно в реальной голограмме, которую можно называть двумерной, считается, что голографическое интерференционное поле в основном записано на поверхности слоя регистрирующей среды (вектор примерно параллелен поверхности), а расстояние между плоскостями голограммной структуры, как правило, значительно превышает толщину слоя.

Если голограмма при восстановлении формирует преимущественно один дифракционный порядок, то ее относят к классу трехмерных голограмм. На практике трехмерной считают голограмму, в которой голографическое интерференционное поле записано в объеме слоя регистрирующей среды. При этом вектор голограммной решетки близок к нормали к поверхности слоя, а расстояние между плоскостями решетки, как правило, значительно меньше толщины слоя (Т_рш<< d ).

Ко- и контрнаправленность голограммных дифракционных порядков определяет два других голограммных подтипа - пропускающую и отражательную голограммы. Голограмму, формирующую при восстановлении преимущественно конаправленные (соответственно контрнаправленные дифракционные порядки) относительно восстанавливающей волны называют пропускающей (соответственно отражательной) голограммой.

При любой голографической схеме голографическое интерференционное поле занимает определенную область в пространстве, так что голографическая интерференционная структура может быть охарактеризована некоторой системой поверхностей максимумов и минимумов. Поэтому достаточно наглядное представление о физике процессов получения голограммы и восстановления волнового фронта в случае трехмерной голограммы дает ВншГмоМ, в основе которой лежат типовые голографические интерференционные и голограммные структуры (типовые подголограммы).

Фактически трехмерными свойствами, которые обусловливают предпочтительное формирование определенных голограммных дифракционных порядков на стадии восстановления, в той или иной степени обладает любая реальная голограмма. Однако наиболее полно они проявляются в случае контрголограмм, когда толщина d слоя регистрирующей среды и пространственный период Т_рш голограммной интерференционной решетки связаны соотношением . Так как в трехмерных голограммах голографическое интерференционное поле записано в объеме слоя регистрирующей среды, то они обладают ярко выраженными фокусирующе-отражательными свойствами. При этом именно ГмоМ нагляднее всего описывает формирование контрнаправленных дифракционных порядков с помощью отражательных трехмерных контрголограмм, которые используются преимущественно в изобразительной голографии. В то же время в голографической изображающей системе при формировании и обработке изображения в основном применяются голограммы, близкие по свойствам к двумерным коголограммам.

Несмотря на то, что сама природа голографического процесса приводит к необходимости использования несеребряных регистрирующих сред, как, например, бихромированная желатина, фотохромная, фототермопластическая, электрооптическая и другие среды, в настоящее время на практике наиболее широко применяемой средой остается галогенидосеребряная регистрирующая среда. Поэтому в дальнейшем ограничимся анализом двумерной амплитудной коголограммы, когда голографическое интерференционное поле записывается в галогенидосеребряной регистрирующей среде, осуществляющей преимущественно амплитудную модуляцию восстанавливающей волны.