Что такое голограмма?

Несмотря на то, что в наше время понятие голограммы приобрело оттенок некоего таинственного заклинания, призванного объяснить вся и все, само явление голографии весьма просто.

Для начала следует познакомиться с так называемыми стоячими волнами. Они возникают всякий раз, когда взаимодействуют (интерферируют) бегущие волны, обладающие одинаковой частотой. Это явление легко наблюдается на поверхности воды, возбуждаемой вибратором в нескольких точках. Там появляется рябь с весьма устойчивым узором, образованным областями интенсивных вертикальных движений (пучностями), отделенными друг от друга линиями спокойной воды (узлами). Совпадение частот у бегущих волн нужно как раз для того, чтобы пучности оставались на одном и том же месте. Поэтому они и называются стоячими волнами. Малейшее рассогласование частот приводит к тому, что узор теряет устойчивость.

Поскольку свет обладает волновой природой, ему также присуща интерференция. С изобретением лазеров появились надежные источники монохроматического когерентного излучения, то есть такого, когда свет описывается волной, обладающей четко определенной частотой, причем она сохраняется неизменной достаточно долгое время.

Рис.G.1 Голограмма-1.Для получения голограмм используют множество разных схем, общей чертой которых является единый луч лазера, разделенный надвое. Первая половина, называемая опорным лучом (на рисунке G.1 он обозначен буквой T), беспрепятственно освещает фотопластинку. Вторая половина, называемая предметным лучом (S), освещает объект и только после рассеяния на нем попадает на ту же фотопластинку.

Благодаря интерференции этих двух когерентных лучей, в пространстве между объектом и пластинкой возникает система стоячих электромагнитных волн. Их пучности засвечивают фотоматериал, а узлы оставляют его нетронутым. После проявки такая пластинка и становится голограммой.

Таким образом, условие когерентности необходимо только для того, чтобы за время экспозиции не смазался узор стоячих волн. Если бы экспозицию можно было сделать мгновенно, то не были бы нужны никакие лазеры. Тогда любая засвеченная фотопластинка оказывалась бы голограммой, так как мы живем посреди океана интерферирующих электромагнитных излучений. Только картина этой интерференции крайне изменчива, поэтому не удается получить ее четкий отпечаток на фотоэмульсии.

Рис.G.2 Голограмма-2.На приводимых здесь рисунках G.1 и G.2 показаны два случая.

Первый, когда опорный и предметный лучи остаются идентичными (объект голографирования отсутствует). Тогда фронты световых волн в обоих лучах остаются ненарушенными и их условно можно изобразить параллельными прямыми. При интерференции они дадут систему параллельных черно-белых полос. Как известно из классических опытов Юнга, такую систему полос порождают два точечных источника света.

Во втором случае предметный луч (S) претерпел рассеяние на объекте. Поэтому фронты световых волн в нем искажены. На голограмме возникает нерегулярный узор, не имеющий ничего общего с изображением объекта. Правда, при статистической обработке даже в этом хаосе удается выявить ряд закономерностей.

Самое интересное начинается, когда полученную голограмму вновь облучают опорным лучом (процедура “восстановления”). При этом лазерное излучение нужно только для облучения двумерных голограмм. Трехмерные, у которых толщина эмульсии превышает несколько длин волн излучения, можно облучать обычным белым светом.

Перед наблюдателем в тот же миг возникает объемное изображение объекта. Для двумерных голограмм оно черно-белое, для трехмерных - цветное! Сдвигаясь вправо-влево наблюдатель может в некоторой степени видеть обратную сторону объекта. Одного этого уже было бы достаточно для восторга. Но голограммы обладают многими другими замечательными свойствами.