Реферати українською » Физика » Голографія: основні засади й застосування їх


Реферат Голографія: основні засади й застосування їх

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

ЮЖНО- УРАЛЬСКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ.

Реферат

По курсу “Загальна фізика”

На тему: “Голографія: основні засади й застосування їх”

Выполнил: студент Пінкус К.О.

група ЭиУ-202

Перевірив: Ивашкова З.А.

Челябінськ 2003 р.

СОДЕРЖАНИЕ.

1 ЗАПРОВАДЖЕННЯ.. 3

2 СУТЬ ЯВЛЕНИЯ ГОЛОГРАФИИ. 6

2.1 Голографирование. Відновлення зображення предмета. 8

3 КЛАССИФИКАЦИЯ ГОЛОГРАММ. 9

3.1 Регистрирующие середовища проживання і їх застосування 9

3.1.1 Товщина середовища.. 10

3.1.2 Віддзеркалення і пропускання. 10

3.1.3 Синтез голограм на ЕОМ... 10

3.2 Регистрируемые параметри об'єктної хвилі.. 10

3.3 Модулируемые параметри. 11

3.3.1 Амплитудная модуляція. 12

3.3.2 Фазовая модуляція. 12

3.3.3 Фазовая і амплітуда модуляція. 13

3.4 Конфігурація. 13

3.4.1 Властивості об'єктної хвилі.. 13

3.4.2 Властивості опорною хвилі.. 14

3.5 Реєструючий матеріал і конфігурація. 14

3.6 СВОЙСТВА ИСТОЧНИКОВ. 16

3.6.1 Когерентность. 16

3.6.2 Поляризация. 17

3.6.3 Довжина хвилі світла. 17

3.7 Опис голограми. 18

4 ДЕЯКІ ПЛАНИ ГОЛОГРАММ. 18

4.1 Мультикомплексные голограми. 18

4.1.1 Просторове мультиплексування 18

4.1.2 Складові зображення. 19

4.1.3 Голограми, записані з допомогою сканирующего джерела світла. 19

4.2 Кольорові голограми. 20

4.2.1 Голограми, відновлювані на білому світлі. 20

5 ПРИМЕНЕНИЕ ГОЛОГРАФИИ.. 21

5.1 Голографический портрет. 22

5.1.1 Лазер. 22

5.1.2 Експериментальні установки. 23

5.1.3 Відновлення зображень. 24

6 ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 25

7 Література.. 26


1 ЗАПРОВАДЖЕННЯ

Фотографічний спосіб грунтується у тому, що вона дозволяє отримати зване оптичне зображення, кажуть оптики, сформувати зображення. Роль формує системи у своїй доручається об'єктиву фотоапарата. З її допомогою на світлочутливої поверхні фотопластинки (фотоплівки) створюється сфокусована зображення.

Чим виходить подібність фотографічного зображення з оригіналом? Насамперед завдяки тому, кожна точка предмета передається як деякого гуртка розсіювання. Між усіма точками предмети й зображення зберігається пропорційність. Процес отримання зображення аналогії з процесом спостереження можна так: предмет — хвилеве полі, розпорошеного предметом,— фотооб'єктив — зображення предмета на фотопластинці.

Куди ж пропадає інформація про об'ємності предмета, створює дифракционную картину? Це питання довгий час хвилював оптиків.

Виявилося, що про об'єкт куди зникає, порок у самої фотопластинці, що як приймач світлового випромінювання инерционна. Вона неспроможна дозволити у часі коливання зі світловими частотами. З іншого боку, вона, як та інші фотоматеріали, реагує лише з усреднённую у часі Інтенсивність світлових коливанні, розсіяних предметом. Ця інтенсивність пропорційна квадрату амплітуди світлових коливань. Отже, табличка реєструє лише амплитудную інформацію.

Але пластина цілком нечуттєва до того що, як і фазі наблизилась до ній світлова хвиля. Тому інформацію про фазі розсіяною світловий хвилі безповоротно втрачається. Отже, тарілка реєструє лише половину інформації, принесеною розсіяною світловий хвилею. І це призводить до неповного, позбавленому об'ємності відображенню тривимірного образу. Отже, ми з'ясували, основна причина отримання плоского зображення замість об'ємного при звичайному фотографуванні залежить від неможливості зареєструвати на фотопластинці фазову інформацію про оптичному зображенні, принесену світловий хвилею.

І тепер, нарешті, спосіб, дозволяє фотографічним шляхом зареєструвати фазу світловий, хвилі, знайшли. Виявилося, що задля цього потрібна середовище, у якій має відбуватися незалежний від зареєстрованим хвилі коливальний процес, створює еталонну хвилю, причому частота еталонною хвилі обов'язково має бути однаковою із частотою зареєстрованим хвилі. З іншого боку, має бути відомо розподіл фази еталонною хвилі. Якщо ролі приймача світла взяти фотопластинку, то, на ній можна порівняти фази зареєстрованим хвилі з фазою еталонною хвилі у кожному точці.

Що й казати взяти еталоном? З цією ролі влаштовує тільки світло. У техніці добре відомі методи реєстрації фази електромагнітних хвиль, у яких світло використовують у ролі еталона. Вони грунтуються на явище інтерференції. При еталонному порівнянні двох пучків світла виникає интерференционная картина Важливе умова її нерухомості —застосування когерентного світла. Отже, вирішення завдання реєстрації фазової інформації виявилося зовсім простим. Спосіб реєструвати фазу в світловий хвилі на фотопластинці знайшли. Тепер на фотопластинку можна було записувати як амплитудную, і фазову інформацію, т. е; реєструвати світлову хвилю із її характеристиками. Це цілком розв'язувало проблеми записи хвильового поля просторового предмета. Мали з'явитися нові принципів формування зображення на фотопластинці і наступного його відтворення. Звісно, сам спосіб такого фотографування повинен істотно відрізнятимуться від зазвичайного. Формулюючи свою роботу, Габор розмірковував приблизно таке. Щоб отримати якісне зображення просторового предмета, треба максимально точно відтворити розпорошеного їм хвилеве полі. Чим ви з великими подробицями він буде відтворено, то більше вписувалося гарантія, що око спостерігача побачить зображення предмета, нічим не відмінне від оригіналу. Треба лише якимось чином записати хвилеве полі, освічене світловими хвилями, розсіяними освітленим чи світловим предметом, та був потрібно відтворити зображення предмета з допомогою звичайного видимого світла.

Замість зображень просторового предмета Габор запропонував реєструвати просторову структуру світловий хвилі. Складний візерунок хвильового фронту, який утримує усю інформацію про об'єкт, треба було якось записати, т. е. «заморозити», і потім, коли захочеш знову побачити предмет, «розморозити» світлову хвилю, 'відновити хвильової фронт.

Свій метод Габор і назвав методом відновлення хвильового фронту. Практичне втілення він отримав лише у 1964 р

2 СУТЬ ЯВЛЕНИЯ ГОЛОГРАФИИ.

Відповідно до принципу Гюйгенса — Френеля, можна відновити картину хвильового поля, освіченого електромагнітної хвилею, будь-якої миті часу й у будь-якій точці простору. І тому треба записати розподіл амплітуд і фаз хвиль (у разі світлових) на довільній поверхні чи її частини, що охоплює джерело хвиль. Інакше кажучи, щоб «заморозити» електромагнітні хвилі в усьому просторі, досить «заморозити» їхньому народові тільки на деякою поверхні.

Як відновити у просторі світлову хвилю, т. е. «розморозити» її? І тому треба поставити параметри, що характеризують середу. Припустимо, потрібно відновити пласку хвилю. І тому ми повинні поставити для будь-який площині рівномірно розподілені джерела коливань з певною початковій фазою. Елементарні джерела коливань має перебувати лежить на поверхні, перпендикулярній напрямку поширення хвиль. Але це обов'язково. Усі залежатиме від типу хвиль. Візьмемо приміром сферичні хвилі, випромінювані точковим джерелом. Поставимо як поверхні, де «заморожуються» хвилі, сферу з центром в джерелі. Амплитуды і фази елементарних джерел хвиль будуть однаковими для всієї поверхні. Що стосується круговими хвилями при «заморожуванні» світлових хвиль треба розмістити елементарні джерела коливань з однаковим фазою і амплітудою на концентричних кіл.

Інакше кажучи, ми повинні зареєструвати на деякою поверхні миттєві картини ліній постійної фази як які чергуються прозорих та непрозорих областей. У цьому вся нам допомагає інтерференція: ми маємо интерференционную картину, що складається з світлих, (прозорих) і темних (непрозорих) смуг. Інтерференція це і є спосіб порівняння просторової структури двох пучків світла. Спочатку відбувається їх порівняння, та був — реєстрація їх у фотопластинку.

Звідки виникли обидві ці пучка що вони собою представляли в дослідах Габора? Один пучок відбивався від освітленого предмети й падав на фотопластинку. Він являв з себе певну комбінацію хвиль, конфігурація яких від форми предмета. Воно цілком могло бути як дуже проста, і дуже складної. Інший пучок мав просту конфігурацію. Найчастіше він з пласких хвиль. Створили його когерентним джерелом світла, і називався опорною хвилею. Другий пучок служив у ролі еталона. Він також падав на фотопластинку.

Обидва світлових пучка перетиналися поблизу цієї платівки. При перетині вони интерферировали між собою, створюючи області посилення чи ослаблення, що чергуються за певним закону в часі та просторі. Через війну інтерференції виходила интерферограмма як які чергуються світлих і темних смуг— нерухома интерференционная картина.

Нерухомість интерференционной картини просторі забезпечувалася опорною (еталонною) хвилею. Це «зупиняла» («замораживала») світлову хвилю.

Щоб відновити зображення предмета, досить висвітлити голограму лише опорним пучком, що використовуються під час запису. Такий спосіб реєстрації хвильового поля цінний тим, що допускає просте поновлення вихідної хвилі. Щойно направляємо на голограму опорну хвилю, використану під час запису, за голограмою відновлюється («розморожується») вихідне хвилеве полі предмета. Відповідно до принципу Гюйгенса — Френеля, відновленням ми маємо еквівалентним джерелам, освіченим світлими місцями интерференционной картини. Через це хвилі «размораживаются», і спостерігач бачить просторове зображення предмета.

Отже, можна дійти невтішного висновку у тому, що голографія— це фотографічний метод. Але він істотно відрізняється від методу класичної фотографії. Це радикально інший, двоступінчастий метод. На відміну від звичної фотографії зображення, які виходять за відновлення записаного на голограмі, повністю не відрізнити зображень реального предмета. Голографія дозволяє відтворити у просторі справжню картину електромагнітних хвиль, т. е. хвилясту картину предмета тоді, коли .самого предмета ми маємо.

2.1 Голографирование. Відновлення зображення предмета.

Уширенный з допомогою простого оптичного устрою пучок лазера (мал.1) одночасно іде на досліджуваний об'єкт і дзеркало. Отраженная від дзеркала опорна хвиля і розсіяна об'єктом світлова хвиля падають на звичайну фотопластинку, де відбувається реєстрація посталої складної интерференционной картини. Після відповідної експозиції фотопластинку виявляють, у результаті виходить так звана голограма — зареєстрована на фотопластинці интерференционная картина, отримана при накладення опорною і предметної хвиль. Голограма зовні справляє враження рівномірно засвічену платівку, а то й зважати деякі кільця і плями, що виникли внаслідок дифракції світла на пылинках і яким немає ставлення до інформацію про об'єкті.

Для відновлення хвильового поля предмета, цим щоб одержати його об'ємного зображення, голограму вміщують у те місце, де була розташована тарілка при фотографуванні, і далі висвітлюють голограму світловим пучком тієї самої лазера під такою самою кутом, під яким завжди було здійснено експонування. У цьому відбувається дифракція опорною хвилі на голограмі і бачимо об'ємне з усіма властивими самому об'єкту властивостями (у ньому зберігається також розподіл освітленості, як й у об'єкті) «нещире» зображення. Воно здається нам настільки реальним, що й іноді хочеш помацати предмет. Зрозуміло, це пояснити неможливо, позаяк у тому випадку зображення створено голографічної копією хвилі, розсіяною предметом під час записи голограми.

Від голограми око потрапляє така ж сама хвиля, яка потрапила від самого предмета. Крім мнимого зображення також дійсне зображення об'єкта, має рельєф, протилежний рельєфу самого об'єкта, (рис. 1, а), якщо спостереження ведеться праворуч від голограми, як показано на рис. 1, б. І тут важко спостерігати дійсне зображення неозброєним оком. Якщо висвітлити голограму зі зворотного боку зверненим опорним пучком те щоб все промені пучка були спрямовані протилежно променям початкового опорного пучка, то місці початкового розташування предмета виникає дійсне зображення, доступне спостереженню неозброєним оком. Його можна зареєструвати на фотопластинку не залучаючи лінз.

Мал.1

3 КЛАССИФИКАЦИЯ ГОЛОГРАММ.

3.1 Регистрирующие середовища проживання і їх застосування

У розділі ми розглянемо загальні характеристики матеріалів, застосовні до майже будь-якому іншому середовищі, а чи не конкретні голографічні середовища По-перше, ми відзначимо значної ролі, яку відіграє в голографічної середовищі, глибина записи. По-друге, розглянемо два класу голограм, куди вони діляться за способу висвітлення обробленою голограми, відбивні і пропускають. І, насамкінець, відзначимо те що, деякі голограми не реєструються а синтезуються з допомогою ЕОМ.

3.1.1 Товщина середовища

Якщо за реєстрації інтерференційних смуг використовується лише поверхню яка реєструє середовища, то виходять тонкі плоскі чи поверхневі голограми Важливим моментом не сама величина товщини яка реєструє середовища, а вплив, який вона здійснює; навіть якщо середовище товста, але запис за глибиною немає, результат виявляється настільки ж, як від тонкої середовища. Ми маємо товсту, чи об'ємну, голограму у разі, коли тривимірна интерференционная картина реєструється і використовують за всієї глибині шару середовища. Саме використання обсягу яка реєструє середовища дозволяє нам відновлювати лише одна зображення замість основного і сполученого йому зображень.

3.1.2 Віддзеркалення і пропускання

Між відбитком і пропусканием є щодо просте відмінність. У випадку світло, використовуваний висвітленню голограми за відновлення хвильового фронту, відбивається від середовища як хвильового фронту зображення, а іншому світло проходить через голограму. Що стосується роботи з відбиток втрачається зазвичай менше світла

3.1.3 Синтез голограм на ЕОМ

І тут в ЕОМ вводяться параметри, описують об'єкт, і її обчислює об'єктну хвилю. Опорная хвиля може складатися з об'єктної математично, і результати, отримуваний на графопостроителе, може бути аналогом оптичної записи. У випадку цього робиться, але голограма, синтезована на ЕОМ, будучи відтвореного на графопостроителе, є систему прозорих апертур, закодовану в такий спосіб, щоб дати потрібну хвилю зображення.

3.2 Регистрируемые параметри об'єктної хвилі

Амплітуда і відносна фаза світловий хвилі, яка від об'єкта, змінюються належним чином. Цю хвилю можна записати як:

Де функція а(х, у) описує зміни амплітуди у площині голограми, а

Схожі реферати:

Навігація