Holografia este o metodă de înregistrare și reconstrucție a unui câmp de undă, bazată pe interferența și difracția undelor.
Ideea holografiei a fost prima dată exprimată de D. Tabor în 1948. Cu toate acestea, utilizarea sa practică sa dovedit a fi posibilă după apariția laserelor.
Este oportună începerea discuției despre elementele de bază ale holografiei în comparație cu fotografia. Când fotografiați pe un film fotografic, intensitatea undelor luminoase reflectate de obiect este fixă. Imaginea în acest caz este o colecție de puncte întunecate și luminoase. Fazele undelor împrăștiate nu sunt înregistrate și astfel o parte semnificativă a informațiilor despre obiect dispare.
Holografie vă permite să înregistrați și să redați mai multe informații complete despre obiect bazat pe amplitudinile și fazele undelor împrăștiate de obiect. Înregistrarea pe fază este posibilă din cauza interferențelor valurilor. În acest scop, suprafața svetofiksiruyuschuyu trimite două valuri coerente: un suport care se extinde de la sursa de lumină direct sau oglinzile care sunt utilizate ca dispozitiv auxiliar, și un semnal care apare în scattering (reflectarea) a suportului și unda obiect conține informații relevante cu privire la aceasta.
Modelul de interferență format prin adăugarea undelor de semnal și de referință și fixat pe placa fotosensibilă se numește o hologramă. Pentru a restabili imaginea, holograma este iluminată cu același val de referință.
Să prezentăm câteva exemple despre cum se obține holograma și imaginea este restaurată.
Holograma unui val de avion. În acest caz, pe hologramă este fixată o undă de undă plată I, care cade sub un unghi a1 față de placa fotografică Φ (figura 19.23, a).
Valul de referință II scade în mod normal, prin urmare în toate punctele de pe placa fotografică, faza sa este identică în același timp. Fazele undei de semnal datorită incidenței lor oblice sunt diferite în diferite puncte ale stratului fotosensibil. Din aceasta rezultă că diferența de fază dintre undele grinzi de referință și de semnal depinde de locul de desfășurare a acestor fascicule pe o placă fotografică și, în condițiile maxime interferență și minimele, holograma rezultată va consta din benzi întunecate și luminoase.
Lăsați AB (Figura 19.23, b) să corespundă distanței dintre centrele celor mai apropiate tangențe de interferență întunecată sau luminoasă. Aceasta înseamnă că fazele punctelor A și B ale valului de semnal diferă cu 2p. Construim curentul normal la razele sale (frontul undei). Este evident că fazele punctelor A și C sunt aceleași. Diferența dintre fazele punctelor B și C prin 2p înseamnă că | BC | = l. De la un D ABC dreptunghiular avem
Deoarece unda de semnal este formată în porțiunea de reflexie a suportului de la subiect, este clar că, în acest caz, obiectul este o oglindă plană sau prismă, t. E., Astfel de dispozitive, care transformă un val de referință plană într-un semnal plat (detaliile tehnice din Fig. 19.23 și nu este prezentat).
Prin trimiterea unui val de referință II la hologramă (Figura 19.24), efectuăm difracția (vezi § 19.6). Conform (19.29), primele maxime principale (k = 1) corespund direcțiilor
Înlocuind AB în această expresie din (19.43) în loc de c, avem
Se observă din (19.46) că direcția valului I (Fig.19.24), difuzată la un unghi a1. corespunde semnalului 1: astfel se reconstruiește valul reflectat de obiectul împrăștiat. Valul I ¢¢ și valurile celorlalte maxime majore (nereprezentate în figură) reproduc, de asemenea, informațiile înregistrate în hologramă.
Punct de hologramă. O parte a undei de referință II lovește punctul obiectul A (fig. 19.25, a) și disipează-l sub forma unui semnal de undă sferic I. altă parte a oglinzii plat 3 este îndreptată spre placa P fotografică, și în cazul în care aceste valuri interferează. Sursa de radiație este laserul A. În Fig. 19.25, b prezintă schematic holograma rezultată.
Deși în acest exemplu valul de semnal este sferic, putem aplica formula (19.43) cu aproximație și observăm că, pe măsură ce crește unghiul a1 (vezi figura 19.23, a), distanța AB între benzile vecine scade. Arcurile inferioare de pe hologramă (figura 19.25, b) sunt situate mai îndeaproape.
Dacă scoatem din hologramă o bandă îngustă arătată cu linii punctate în Fig. 19.25, b, va fi ca o constantă grilaj îngust care descrește în direcția axei X. Într-o astfel de deviere latice undelor secundare corespunzătoare primului maxim principal, crește cu decalaj X coordonatele [vezi. (19.29)]: c devine mai mic, | sin sin | - Mai mult.
Astfel, atunci când imaginea este reconstruită de un val plat de referință, undele diffractate nu vor mai fi plane. În Fig. 19.26 arată valul care formează imaginea imaginară A 'a punctului A, iar valul I ¢¢, creând o imagine reală a A ¢ ?.
Orice obiect este o colecție de puncte, deci raționamentul dat pentru un punct poate fi generalizat la holografia oricărui obiect. imagini holografice sunt voluminoase, și percepția lor vizuală nu este diferită de percepția obiectelor relevante: viziune clară puncte diferite ale imaginii purtat de cazare a ochiului (vezi § 21.4.); Atunci când punctul de vedere se schimbă, perspectiva se schimbă, unele detalii ale imaginii pot observa celelalte.
Când restaurați o imagine, puteți schimba lungimea valului de referință. De exemplu, o hologramă formată de unde electromagnetice invizibile (ultraviolete, infraroșii și raze X) poate fi restaurată de lumină vizibilă. Deoarece condițiile de reflexie și absorbție a undelor electromagnetice ale corpurilor depind, în special, pe lungimea de undă, această caracteristică permite utilizarea holografie ea ca metodă de viziune interioară sau imagistică.
Se deschid perspective deosebit de interesante și importante în legătură cu holografia cu ultrasunete. După ce a primit o hologramă în unde mecanice ultrasonice, este posibil să-l restabilească prin lumină vizibilă. Holografia cu ultrasunete în viitor poate fi utilizată în medicină pentru a examina organele interne ale unei persoane cu scop diagnostic. Având în vedere marele informativ al acestei metode și prejudiciul mult mai mic al ultrasunetelor în comparație cu radiațiile cu raze X, se poate aștepta ca în viitor, introscopia holografică ultrasonică să înlocuiască diagnosticul tradițional de raze X.
O altă aplicație medicală și biologică a holografiei este asociată cu un microscop holografic. Unul dintre primele moduri de a construi un microscop holografic se bazează pe faptul că imaginea obiectului este obținută mărită dacă o hologramă înregistrată cu un val de referință plat este iluminată de un val sferic divergent.
Fizicianul sovietic Yu N. Denisyuk, care a dezvoltat metoda holografiei color, a contribuit la dezvoltarea holografiei.
Acum este dificil de evaluat toate posibilitățile de utilizare a holografiei: cinema, televiziune, dispozitive de memorie etc. Este incontestabil că holografia este una dintre cele mai mari invenții ale secolului XX.