2020-04-20
104
Голография обязана своим возникновением основным законам волновой оптики – законам интерференции и дифракции.
2.2.1 Интерференция
Физическая идея состоит в том, что при наложении двух световых пучков, при определенных условиях возникает 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).
Явление интерференции имеет место для всех видов волн, так что интерференционную картину можно получить от любых двух источников колебаний, но наиболее четко выраженные усиления и ослабления результирующих, колебаний наблюдаются в том случае, когда источники обладают своего рода определенной синхронностью излучения, называемой когерентностью. Когерентными считаются колебания одной частоты, разность фаз которых не меняется в течение рассматриваемого промежутка времени.
Если волны встречаются в фазе, то они складываются друг с другом и дают результирующую волну с амплитудой, равной сумме их амплитуд. Если же они встречаются в противофазе, то будут гасить одна другую. Между двумя этими крайними положениями наблюдаются различные ситуации сложения волн. Результирующая сложения двух когерентных волн будет всегда стоячей волной. То есть интерференционная картина будет устойчива во времени. Это явление лежит в основе получения и восстановления голограмм.
|
|
|
Обычные источники света не обладают достаточной степенью когерентности для использования в голографии. Поэтому решающее значение для ее развития имело изобретение в 1960 г. оптического квантового генератора или лазера – удивительного источника излучения, обладающего необходимой степенью когерентности и могущего излучать строго одну длину волны.
2.2.2 Дифракция
Если на пути света оказывается какой-либо предмет, то он отбрасывает тень. Однако свет не распространяется строго по прямой линии, но, огибая предмет, частично заходит в область тени. В общем можно сказать, что этот эффект, называемый дифракцией, обусловлен волновой природой света, хотя его строгое объяснение достаточно сложно.
Когда волновой фронт падает на единичное большое препятствие, соответствующая часть его просто "выпадает". Когда же на пути волнового фронта находится множество мелких препятствий, он в результате дифракции изменяется таким образом, что свет, распространяющийся за препятствием, будет иметь качественно иной волновой фронт. Таким образом, дифракция дает нам в руки способ, позволяющий преобразовать один волновой фронт в другой, совершенно отличный от исходного. Иными словами, дифракция – это механизм, посредством которого мы можем создавать новый волновой фронт света.
|
|
|
Устройство, таким путем формирующее новый волновой фронт, называется дифракционной решеткой. В простейшем виде она представляет собой небольшую пластинку, на которую нанесены параллельные тонкие прямые линии (штрихи), отстоящие друг от друга примерно на сотую и даже тысячную долю миллиметра. Если поставить решетку, состоящую из слегка размытых ярких и темных полос, на пути лазерного луча, то часть его будет проходить через решетку прямо, а часть – загибаться; в результате формируются два новых пучка, выходящих из решетки под некоторым углом к исходному лучу по обе стороны от него. Если первый лазерный пучок имеет, например, плоский волновой фронт, то и два новых пучка, образовавшиеся по бокам от него, также будут обладать плоскими волновыми фронтами. Следовательно, пропуская пучок лазерного излучения через дифракционную решетку, мы создаем два новых плоских волновых фронта. Таким образом, дифракционную решетку можно рассматривать как простейший пример голограммы.
