Уфимский государственный авиационный технический университет

Кафедра вычислительной техники и защиты информации

Реферат

дисциплина: Физические основы защиты информации

тема работы: Принципы голографии

Выполнил: студент группы ЗИ-216

Насыров А.Р.

Проверила: доцент, к.т.н

Машкина И.В.

Уфа 2004

Содержание

1. Введение	3
2. История	4
3. Физическая идея явления голографии	5
4. Физический принцип работы голограмм	7
4.1 Физические принципы оптической голографии	8
4.2 Акустическая голография	11
4.3 Физические принципы динамической голографии	12
5. Основные типы голограмм	14
5.1 Плоские пропускающие голограммы	14
5.2 Объемные диаграммы	15
5.3 Фазовые диаграммы	16
6. Применение голографии	18
7. Заключение	20
8. Список литературы	21

1. Введение

Явление голографии относится к разделу физики – оптике. Интерес к оптическим явлениям понятен. Около 80-85% информации об окружающем мире человек получает через зрение. Оптические явления всегда наглядны и поддаются количественному анализу.

Примерно до середины XX столетия казалось, что оптика как наука закончила развитие. Однако в последние десятилетия в этой области физики произошли революционные изменения, связанные как с открытием новых закономерностей (принципы квантового усиления, лазеры), так и с развитием идей, основанных на классических и хорошо проверенных представлениях. Здесь, прежде всего, имеется в виду голография, которая значительно расширяет область практического использования волновых явлений и дает толчок теоретическим исследованиям.

Голографию проще всего охарактеризовать как объемную фотографию с использованием лазера, т.е голография – это технический метод, позволяющий производить «запись» внешнего вида объекта; она создает трехмерное изображение, которое выглядит столь же материальным, как и реальный предмет.

Хотя голография как средство информации пока еще пребывает в младенческом состоянии, есть основания ожидать, что в будущем она в значительной степени заменит существующие средства связи или по крайней мере расширит сферу их действия.

2. История

Открытие и обоснование англичанином Денисом Габором в 1948 году принципов голографии положило начало развитию совершенно нового и очень перспективного научного направления с широчайшим спектром его применения. Как часто бывает в науке, до появление в 60-х годах первых лазеров голографию всерьез не принимали. Габор тоже ставил перед собой задачу только повысить качество изображений, даваемых электронным микроскопом. Он даже не предполагал, во что все это выльется. Зато потом голография начала развиваться с огромной скоростью и, со временем, превратилась в мощный научный инструмент, обладающий недоступными ранее возможностями

В 1960 году был изготовлен первый лазер. Этот прибор создает свет достаточной когерентности, и американские ученые Иммет Лейт и Юрис Упатниекс смогли использовать для его получения первых голограмм, создававших изображения предметов во всех трех измерениях. Взрывному интересу к голографии в немалой степени способствовал тот факт, что американские физики проявили себя не только умелыми экспериментаторами, но и незаурядными психологами, показав журналистам в качестве своей первой пропускающей голограммы голограмму металлического доллара, как бы висящего в воздухе. Прием сыграл на все 100%. Что такое голография журналисты в 1962 году не знали, но что такое доллар - им было известно прекрасно. Восторженные, захлебывающиеся рассказы об увиденном "чуде", которое можно видеть, но нельзя потрогать, сыграли свою роль. Голографией заинтересовались не только ученые. Нашлись деньги на дальнейшие исследования. Процесс пошел и начал набирать обороты.

В это же время в Ленинграде советский физик Ю. Денисюк записал свою первую зонную пластинку (голограмму линзы). Этот, на первый взгляд незначительный, факт вывел голографию на совершенно новый уровень, поскольку примененный им способ съемки позволял использовать лазер только при записи голограммы, а восстанавливать их можно уже обычными источниками белого света. Именно по такой схеме сейчас и записываются все изобразительные голограммы.

3. Физическая идея явления голографии

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. Для того чтобы эта интерференционная картина была устойчивой какое-то время, и ее можно было записать, эти два пучка должны быть взаимно когерентными. Практически это достигается тем, что два пучка образуются делением пучка одного источника излучения, излучающий строго одну длину волны, и такой источник – лазер.

Рис.1. Схема записи пропускающей голограммы

Самая простая схема съемки голограммы представлена на рис.1. Мы расщепляем лазерный луч на два пучка, расширяем их оптикой, чтобы осветить весь объект целиком, один пучок, который называется "объектным", мы направляем на объект, освещая его так, чтобы отраженное от него излучение попадало на фотопластинку. Второй пучок, который называют "опорным", мы направляем прямо на фотопластинку. Эти два пучка будут интерферировать на поверхности фотопластинки и после проявления мы ничего явного на поверхности этой пластинки не увидим. При рассмотрении под микроскопом поверхность пластинки будет покрыта множеством интерференционных линий, колец. Это и есть запись структуры волнового поля, отраженного объектом.

Рис. 2. Голографическая пластинка после съемки.

Мы описали технологию изготовления так называемой "пропускающей" голограммы. Если теперь эту голограмму осветить пучком лазерного света (напросвет, отсюда и название - пропускающая), то мы сможем увидеть восстановленное изображение, которое будет находиться точно в том месте, где ранее, при съемке, находился объект. При этом, чистый лазерный свет, проходя через фотопластинку с записанной ранее структурой светового поля приобретает все свойства светового потока, который ранее, при записи, отражался объектом. И мы видим этот объект - причем полностью объемным.

Рис.3 Схема восстановления изображения 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.4 Схема записи отражательной голограммы

К сожалению, данная технология имеет ряд серьезных недостатков:

• для просмотра голограммы обязательно нужен лазер.

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

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

Было найдено несколько вариантов решения проблемы изготовления голограмм, видимых в обычном свете. Одно из самых революционных было сделано в академиком Денисюком, и голограммы этого типа называются толстослойными голограммами, или голограммами Денисюка.