Чтение онлайн

На чем основан принцип голограммы, понятно. Но остановимся подробнее на вопросах, касающихся природы света и его свойств. Это позволит ответить на вопрос, каким же образом волна может нести в себе информацию о предмете.

Процесс видения окружающих нас предметов осуществляется с помощью физического носителя, именуемого светом. По определению, слово светозначает оптическое излучение, видимое человеческим глазом. Свет представляет собой психофизическое понятие. Физическая природа света та же, что и радиоволн, — это распространяющиеся в пространстве электромагнитные колебания, разница в частотном диапазоне колебаний. Если в радиотехнике частотный диапазон простирается приблизительно до 100 миллионов герц (колебаний в секунду), то частотный диапазон световых волн примерно в 10 миллионов раз выше.

Изменение частоты световых колебаний воспринимается нашим глазом как изменение цвета. Так, наиболее медленно изменяющиеся из видимых глазом световых волн соответствуют красному цвету. Наиболее быстро изменяющиеся световые волны имеют примерно в 1,5 раза большую частоту и соответствуют фиолетовому цвету.

Как принято в современной физической картине мира, свет распространяется в пространстве с наивысшей возможной скоростью (с =300 тыс. км/с). Быстрее света ничто не может двигаться. За время одного периода световых колебаний, соответствующих красному цвету, световая волна проходит путь от 770 до 620 нанометров. Этот путь представляет собой длину световой волны — расстояние в пространстве, на котором повторяются одинаковые фазы колебаний электромагнитного поля, например максимумы электрического поля.

Технические средства не в состоянии прямым путем измерить фазу столь высокочастотных колебаний, какими являются световые сигналы, поскольку реакция любого приемника света (фотоумножителя, фотодиода, фототранзистора и даже человеческого глаза) определяется значением средней интенсивности света. Однако решение этой задачи оказалось неожиданно очень простым. Д. Габор предложил использовать для получения голограммы интерференцию двух когерентных пучков света, называемых обычно объектным и опорным, а для восстановления изображения с голограммы — явление дифракции света.

Отсюда более развернутым и полным представляется следующее определение голографии. Голография — направление в физике, в основе которого лежат специальные методы получения, восстановления и преобразования волн.Совокупность таких методов называется голографическим процессом.

Голография обязана своим возникновением основным законам волновой оптики — законам интерференции и дифракции. Для понимания принципов голографии рассмотрим взаимодействие двух волновых фронтов.

Предположим теперь, что на некотором расстоянии друг от друга находятся два источника, испускающие сферические волны одинаковой частоты и амплитуды. В этом случае волны от двух источников в любой точке пространства будут накладываться друг на друга, причем в некоторых местах, где фазы волн совпадают, произойдет удвоение амплитуд, а в некоторых, где фазы волн противоположны, амплитуда окажется равной нулю.

Интерференцией называется явление наложения волн, в результате которого образуются устойчивые области усиления и ослабления амплитуды колебаний. 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.

В основном различают два типа когерентности — пространственную и временную. Чтобы свет обладал временной когерентностью, он должен состоять из волн одной строго определенной длины. Иными словами, это должен быть строго монохроматический свет. Пространственная когерентность характеризует регулярность фазы световой волны по ее фронту. Временная когерентность связана с регулярностью фазы световой волны вдоль направления ее распространения.

Все эти сложности можно трансформировать в простые примеры из привычной физической картины. Так, свет с высокой степенью временной когерентности можно описать, считая, что все гребни волн должны распространяться в пространстве на строго определенных, одинаковых друг от друга расстояниях. Если гребни какой-либо плоской световой волны неожиданно «собьются с шага» так, что интервал между последующими гребнями увеличится, это будет равносильно внезапному изменению разности фаз между этой и другой, интерферирующей с ней, волной. В таком случае интерференционная картина смещается на экране влево или вправо.

В излучении, не обладающем временной когерентностью, интервалы между гребнями волн случайны и нерегулярны, поэтому интерференционная картина смещается очень быстро и хаотично. В результате мы видим равномерно освещенный экран.

Среднее расстояние, в пределах которого гребни волны сохраняют «шаг», определяется длиной когерентности источника, излучающего эту волну. Чем больше длина когерентности, тем монохроматичнее источник света и тем легче получить интерференционную картину с помощью излучаемых им волн. Источник света с большой длиной когерентности обладает высокой степенью временной когерентности. Самые совершенные источники монохроматического света (нелазерного типа) обычно имеют длину когерентности менее одного миллиметра, тогда как длина когерентности лазера может достигать одного километра.

Из архива событий

А. Я. Письменный (г. Симферополь):

«В конце июля 1977 года я с женой отдыхал в Карелии на северном побережье Ладоги, в 30 километрах от Питкяранты. Палатку мы установили в сосновом лесу. Примерно в 700 м от нашего лагеря протекала маленькая речка, где мы брали воду и ловили рыбу. Места эти сравнительно безлюдные. На речке изредка встречали забредших сюда рыбаков.

В тот памятный вечер жена осталась у палатки, а я ушел ловить рыбу. Было семь часов вечера, слегка пасмурно, тихо. Клевало неплохо, и я увлекся рыбалкой, забыв обо всем.

Внезапно я почувствовал, что рядом, за моей спиной кто-то стоит. Резко обернувшись, я увидел в полутора метрах от себя что-то напоминающее человеческую фигуру. Высота и пропорции этой «фигуры» примерно соответствовали таковым для человека среднего роста. Шея и руки не просматривались, ноги были довольно широко расставлены. Фигура стояла на земле, так как ноги были закрыты травой.

Вся фигура была как бы составлена из горизонтальных линий шириной 1–2 см глубокого синего цвета, а между этими линиями — такие же по ширине линии, но серовато-голубые. Таким образом, создавалось впечатление, что фигура полосатая. Линии слегка просвечивали на небольшую глубину, но в целом фигура была непрозрачная. Толщину определить было трудно, так как фигура стояла анфас. Еще она мне показалась спереди плоской.

Через несколько мгновений фигура начала таять (растворяться) от краев к центральной вертикальной оси и постепенно исчезла. Этот процесс происходил довольно медленно, поэтому запомнилась такая деталь: по мере исчезновения фигуры закрываемое ею облачко (фигура просматривалась на фоне неба) начинало проявляться все ясней и ясней.