Зоны Френеля. Зонная пластинка. Растровая фокусирующая оптика.

A1 > A2 > A3 > ... > A1,

ЗОННАЯ ПЛАСТИНКА (пластинка Соре) - экран (в простейшем случае - стеклянная пластинка), состоящий из системы чередующихся прозрачных и непрозрачных концентрич. колец, ширина к-рых подобрана так, чтобы расстояние от краёв соседних прозрачного и непрозрачного колец (рис.) до точки наблюдения F, называемой фокусом 3. п., изменялось на длину полуволны; NF-MF=l/2, где l - длина волны. Т. о., 3. п. делит падающую на неё волну на кольцевые Френеля зоны .Фазы волн, излучаемых соответствующими точками N и М каждых двух соседних зон, противоположны. Если между точечным источником и точкой наблюдения расположить 3. п. с  kпрозрачными кольцами, соответствующими нечётным зонам

Френеля (чётные зоны - непрозрачные), то действие всех выделенных (прозрачных) зон сложится и амплитуда колебаний в точке наблюдения возрастёт в 2k раз; то же получится, если прозрачными будут чётные зоны, но фаза суммарной волны будет иметь противоположный знак. Если на стеклянную пластинку вместо непрозрачного слоя нанести прозрачный слой, вызывающий сдвиг фазы на l/2, то интенсивность света в точке наблюдения возрастёт в 4k раз. Т. о., 3. п. увеличивает освещённость в точке наблюдения подобно собирательной (положительной) линзе. Но хроматич. аберрация такой системы приблизительно в 20 раз больше, чем у линз из стекла типа "крон". Примером 3. п. может служить голограмма точечного источника; особенностью голограммы как 3. п. является то, что переход от тёмного поля к светлому осуществляется не скачком, а плавно, приблизительно по синусоидальному закону. Аналогичные устройства могут быть созданы и в диапазоне радиоволн, где благодаря значительно большим длинам волн реализация описанного принципа упрощается и оказывается возможным создание направленных излучателей типа зонных антенн.

Растровые оптические системы, класс оптических систем, включающих растр, т. е. совокупность большого числа мелких оптических элементов (малых отверстий, линзочек, решёток, призм, зеркал и пр.), расположенных на общей поверхности и действующих как единое оптическое устройство. Каждый малый элемент Р. о. с. участвует в создании лишь одного элемента, формируемого системой изображения. Р. о. с. отличаются друг от друга параметрами элементов, способом их укладки на общей поверхности и формой этой поверхности, которая может быть плоской, конической, цилиндрической, сферической и т.д. Применяются также многоплоскостные Р. о. с. и пространственные Р. о. с. (их элементы сложно размещены в пространстве).

По типу растра различают нерегулярные и регулярные Р. о. с. Последние могут быть: линейными, с элементами растра в виде параллельных линий; радиальными, элементы которых лучами расходятся из общего центра; кольцевыми. в которых элементы расположены в виде концентрических зон; сотовыми; рядовыми, элементы которых размещены в шахматном порядке.

На практике чаще всего используют Р. о. с. с постоянным периодом следования элементов на общей плоскости (т. н. растры постоянного шага).

К основным свойствам Р. о. с. относятся: фокусирующее (свет от точечного источника собирается растром в точку, линию или некоторую пространственную зону); множащее, которое позволяет осуществить многократное повторение одних и тех же изображений; анализирующее, которое заключается в разложении изображения на отдельные изображения (рис. 1); интегрирующее, которое обеспечивает восстановление целостного (часто — объёмного) изображения объекта из его элементарных изображений (рис. 2). Нормальное воспроизведение оптического изображения с помощью Р. о. с. возможно путём его двукратного преобразования — анализирования с последующим синтезированием (интегрированием) из полученных элементов. Это можно, например, осуществить в простейшей Р. о. с.: сочетании растра с диффузно отражающим экраном, которое обеспечивает вначале прямое, а затем обратное прохождение лучей (анализ, а затем синтез пространственного изображения). От свойств экрана, помещенного в фокальной плоскости растра, в значительной мере зависят особенности Р. о. с. Комбинируя различные типы растров и экранов, можно получить огромное разнообразие Р. о. с.

26. Дифракция плоской волны на щели. Условия максимумов и минимумов дифракционно-интерференционной картины.

Немецкий физик И. Фраунгофер (1787-1826) рассмотрел дифракцию плюсках световых волн, или дифракцию в параллельных лучах. Дифракция Фраунгофера, имеющая большое практическое значение, наблюдается в том случае, когда источник света и точка наблюдения бесконечно удалены от препятствия, вызвавшего дифракцию. Чтобы этот тип дифракции осуществить, достаточно точечный источник света поместить в фокусе собирающей линзы, а дифракционную картину исследовать в фокальной плоскости второй собирающей линзы, установленной за препятствием.

Р ассмотрим дифракцию Фраунгофера от бесконечно длинной щели (для этого практически достаточно, чтобы длина щели была значительно больше ее ширины). Пусть плоская монохроматическая световая волна падает нормально плоскости узкой щели шириной а (рис. 261, а). Оптическая разность хода между крайними лучами МС и ND, идущими от щели в произвольном направлении j,

(179.1)

где  F- основание перпендикуляра, опущенного из точки М на луч ND.

Рис. 261

Разобьем открытую часть волновой поверхности в плоскости щели MN на зоны Френеля, имеющие вид полос, параллельных ребру М щели. Ширина каждой зоны выбирается так, чтобы разность хода от краев этих зон была равна l/2, т. е. всего на ширине щели уместится D:l/2 зон. Так как свет на щель падает нормально, то плоскость щели совпадает с волновым фронтом; следовательно, все точки волнового фронта в плоскости щели будут колебаться в одинаковой фазе. Амплитуды вторичных волн в плоскости щели будут равны, так как выбранные зоны Френеля имеют одинаковые площади и одинаково наклонены к направлению наблюдения.

Из выражения (179.1) вытекает, что число зон Френеля, укладывающихся на ширине щели, зависит от угла j. От числа зон Френеля, в свою очередь, зависит результат наложения всех вторичных волн. Из приведенного построения следует, что при интерференции света от каждой пары соседних зон Френеля амплитуда результирующих колебаний равна нулю, так как колебания от каждой пары соседних зон взаимно гасят друг друга. Следовательно, если число зон Френеля четное,то

(179.2)

и в точке В наблюдается дифракционный минимум (полная темнота), если же число зон Френеля нечетное, то

(179.3)

и наблюдается дифракционный максимум, соответствующий действию одной нескомпенсированной зоны Френеля. Отметим, что в направлении j = 0 щель действует как одна зона Френеля, и в этом направлении свет распространяется с наибольшей интенсивностью, т. е. в точке В₀ наблюдается центральный дифракционный максимум.

Из условий (179.2) и (179.3) можно найти направления на точки экрана, в которых амплитуда (а следовательно, и интенсивность) равна нулю (sinj_min = ±ml/a) или максимальна  sinj_min = ± (2m + 1) l/(2a).Распределение интенсивности на экране, получаемое вследствие дифракции (дифракционный спектр),приведено на рис. 261, б. Расчеты показывают, что интенсивности в центральном и последующих максимумах относятся как 1 : 0,047 : 0,017 : 0,0083 : ..., т. е. основная часть световой энергии сосредоточена в центральном максимуме. Из опыта и соответствующих расчетов следует, что сужение щели приводит к тому, что центральный максимум расплывается, а интенсивность уменьшается (это, естественно, относится и к другим максимумам). Наоборот, чем щель шире (а > l),тем картина ярче, но дифракционные полосы уже, а число самих полос больше. При а ≫l в центре получается резкое изображение источника света, т. е. имеет место прямолинейное распространение света.

Положение дифракционных максимумов зависит от длины волны l, поэтому рассмотренная выше дифракционная картина имеет место лишь для монохроматического света. При освещении щели белым светом центральный максимум наблюдается в виде белой полоски; он общий для всех длин волн (при j = 0 разность хода равна нулю для всех l). Боковые максимумы радужно окрашены, так как условие максимума при любых m различно для разных l. Таким образом, справа и слева от центрального максимума наблюдаются максимумы первого (m = 1), второго (m = 2) и других порядков, обращенные фиолетовым краем к центру дифракционной картины. Однако они настолько расплывчаты, что отчетливого разделения различных длин волн с помощью дифракции на одной щели получить невозможно.

27.Дифракционная решётка. Уравнение дифракционной решётки. Порядки дифракции. Условие наблюдения дифракционной картины.

Дифракционная решётка — оптический прибор, работающий по принципу дифракции света, представляет собой совокупность большого числа регулярно расположенных штрихов (щелей, выступов), нанесённых на некоторую поверхность.

Виды решёток

• Отражательные: Штрихи нанесены на зеркальную (металлическую) поверхность, и наблюдение ведется в отражённом свете

• Прозрачные: Штрихи нанесены на прозрачную поверхность (или вырезаются в виде щелей на непрозрачном экране), наблюдение ведется в проходящем свете.

Формулы

Расстояние, через которое повторяются штрихи на решётке, называют периодом дифракционной решётки. Обозначают буквой d.

Если известно число штрихов (N), приходящихся на 1 мм решётки, то период решётки находят по формуле: d = 1 / N мм.

Условия интерференционных максимумов дифракционной решётки, наблюдаемых под определёнными углами, имеют вид:

где

d — период решётки,

α — угол максимума данного цвета,

k — порядок максимума, то есть порядковый номер максимума, отсчитанный от центра картинки,

λ — длина волны.

Дифракционная решетка

Д ифракция на решетке происходит аналогично дифракции на ще­ли. Однако при большом числе близко расположенных параллель­ных щелей дифракционные максимумы значительно сужаются. Рас­стояние между соответствующими точками соседних щелей (или сумма ширины щели и промежутка между щелями) называется постоянной, или периодом g дифракционной решетки. У хороших дифракционных решеток число ще­лей на 1 мм достигает 1700.'

Если

α макс — угол, определяющий направ­ление на дифракционный ' максимум,

g — постоянная решетки, — длина волны,

/ — расстояние от решетки до экрана,

а — расстояние до максимума к-го порядка,

то в соответствии с рисунком

где а определяется из условия tg а = а/1. Обратите внимание:

1Синус дифракционного угла пропорционален длине волны. По­этому решетка в отличие от призмы преломляет красный свет сильнее всего.

2 чем меньше постоянная решетки тем больше угол дифракции при фиксированной длинны волны

3 если постоянная дифракционной решетки известна то по положению дифракционных максимумов можно определить длину волны света.

Уравнение, описывающее дифракцию на решетке, можно записать в виде:

m = d ( sin ф  )

m-порядок спектра

d-период решётки

Для того, чтобы в точке наблюдался интерференционный максимум, разность хода Δ между волнами, испущенными соседними щелями, должна быть равна целому числу длин волн:

Здесь d – период решетки, m – целое число, которое называется порядком дифракционного максимума. В тех точках экрана, для которых это условие выполнено, располагаются так называемые главные максимумы дифракционной картины.

В фокальной плоскости линзы расстояние y_m от максимума нулевого порядка (m = 0) до максимума m-го порядка при малых углах дифракции равно

где F – фокусное расстояние.

В оптическом диапазоне вследствие малости длины волны размер зон Френеля оказывается достаточно малым. Дифракционные явления проявляются наиболее отчетливо, когда на препятствии укладывается лишь небольшое число зон:

Это соотношение можно рассматривать как критерий наблюдения дифракции. Если число зон Френеля, укладывающихся на препятствии, становится очень большим, дифракционные явления практически незаметны:

Это сильное неравенство определяет границу применимости геометрической оптики. Узкий пучок света, который в геометрической оптике называется лучом, может быть сформирован только при выполнении этого условия. Таким образом, геометрическая оптика является предельным случаем волновой оптики.

28.Дифракционная решётка как спектральный прибор. Дифракционный спектр немонохроматического света.

В состав видимого света входят монохроматические волны с различными значениями длин. В излучении нагретых тел (нить лампы накаливания) длины волн непрерывно заполняют весь диапазон видимого света. Такое излучение называется белым светом. Свет, испускаемый, например, газоразрядными лампами и многими другими источниками, содержит в своем составе отдельные монохроматические составляющие с некоторыми выделенными значениями длин волн. Совокупность монохроматических компонент в излучении называется спектром. Белый свет имеет непрерывный спектр, излучение источников, в которых свет испускается атомами вещества, имеет дискретный спектр. Приборы, с помощью которых исследуются спектры излучения источников, называются спектральными приборами.

Для разложения излучения в спектр в простейшем спектральном приборе используется призма . Действие призмы основано на явлении дисперсии, то есть зависимости показателя преломления n вещества от длины волны света λ.

Щель , на которую падает исследуемое излучение, находится в фокальной плоскости линзы Л₁. Эта часть прибора называется коллиматором. Выходящий из линзы параллельный пучок света падает на призму P. Вследствие дисперсии свет разных длин волн выходит из призмы под разными углами. В фокальной плоскости линзы Л₂располагается экран или фотопластинка, на которой фокусируется излучение. В результате в разных местах экрана возникает изображение входной щели S в свете разных длин волн. У всех прозрачных твердых веществ (стекло, кварц), из которых изготовляются призмы, показатель преломления n в диапазоне видимого света убывает с увеличением длины волны λ, поэтому призма наиболее сильно отклоняет от первоначального направления синие и фиолетовые лучи и наименее – красные. Монотонно убывающая зависимость n (λ) называется нормальной дисперсией.

При наблюдении дифракции в немонохроматическом (белом) свете все главные максимумы, кроме нулевого центрального максимума, окрашены. Это объясняется тем, что, как видно из формулы   различным длинам волн соответствуют различные углы, на которых наблюдаются интерференционные максимумы. Радужная полоска, содержащая в общем случае семь цветов — от фиолетового до красного (считается от центрального максимума), называется дифракционным спектром.

Ширина спектра зависит от постоянной решетки и увеличивается при уменьшении d. Максимальный порядок спектра определяется из условия   т.е. 

29.Фотография и голография — различные способы фиксации изображения. Схема записи голограммы.

Свойства фотографии

Техника фотографирования достигла высокого уровня, и научное и практическое значение фотографии в настоящее время огромно. Нет сомнения в том, что она сохранит свое значение и в будущем как превосходное и простое средство регистрации важнейшей информации, доступной оптическим методам наблюдения.

Для получения фотографии какого-либо несамосветящегося объекта его освещают и, используя оптическую систему (объектив, сферическое зеркало), формируют действительное изображение предмета на фотопластинке (пленке), которую затем проявляют и фиксируют.

Однако, несмотря на высокое развитие инструментальной оптики и фотографической техники, возможности фотографии в некоторых отношениях ограничены. Рассмотрим вкратце ограничения, присущие этому традиционному методу записи оптической информации:

1.  Для получения изображения объекта на экране или на фотопластинке необходима оптическая система.

2.  Оптическая система формирует изображение трехмерного объекта на плоском экране или фотопластинке, причем в оптимальных условиях при этом находятся только те точки объекта, которые лежат в одной определённой плоскости, перпендикулярной к оптической оси системы.

3.  Полученное на экране или фотопластинке изображение не дает возможности обозреть объект с различных сторон, как это происходит при непосредственном его наблюдении. Другими словами, при фотографической регистрации утрачивается объемность объекта.

4.  На каждом участке поверхности фотопластинки фиксируется информация лишь об определенной детали объекта, поэтому с помощью части негатива нельзя наблюдать полное изображение предмета.

5.  На этом негативе нецелесообразно фиксировать изображения нескольких объектов, если эти изображения перекрываются: информация об одном объекте помешает восприятию информации о другом объекте.

Свойства голограмм

Голографическое изображение отличается от фотографии не только своей объемностью, но и еще несколькими важными свойствами.

1.  Полнота записи информации. На носителе в принципе записывается вся информация о пространственной структуре объекта, его спектральных (цветовых) свойствах и о временной динамике изменения объекта. Таким образом, голограмма позволяет теоретически записать всю информацию, которой пользуется зрительный анализатор человека для ориентации в окружающей среде.

2.  Голографическое изображение можно увеличить на стадии восстановления. Когда голограмму записывают параллельным световым пучком, а восстанавливают расходящимся, изображение увеличивается пропорционально углу расхождения (геометрический коэффициент увеличения k_г). Если запись ведется излучением длиной волны λ₁, а восстановление – кратной ему λ₂ > λ₁, изображение станет больше в k = λ₂/λ₁ раз (волновой коэффициент увеличения k_в). Полное увеличение равно произведению обоих коэффициентов; например, для рентгеновского микроскопа (λ₁ = 10^–2 мкм, λ₂ = 0,5 мкм) с k_г = 200 полное увеличение k = 10⁶.

3.  Если на одну пластинку записать несколько голограмм, используя разные, но не кратные, длины волн, все они могут быть считаны независимо при помощи лазеров с соответствующим излучением. Таким же образом можно записать и полноцветное изображение.

4.  Голограмму можно рассчитать и нарисовать при помощи компьютера и даже вручную. Так, зонную пластинку Френеля нетрудно начертить, получив простейшую голограмму одной точки, но чем сложнее объект, тем более запутанной становится такая искусственная голограмма.

5.  Распределенность записи. В любую точку плоской голограммы «по Габору» попадает свет, отраженный от всех точек предмета. Голограмму можно разбить на несколько кусков, и каждый будет полностью воспроизводить первоначальное изображение. Каждая малая часть голограммы содержит информацию о комплексе пространственно - цветовых параметров всего объекта. При этом, чем большая часть голограммы используется для реконструкции объекта, тем точнее (детальнее) он восстанавливается. Следовательно, каждый малый кусочек голограммы содержит нечеткое представление обо всем объекте в целом.Отпечаток голограммы, где черные полосы стали прозрачными и наоборот, дает то же изображение, что исходная голограмма. Ни фотография, ни голограмма «по Денисюку» таким свойством не обладает.

6.  Эквивалентность голограммы и объекта. Согласно современному естествознанию объекты проявляются в мире через их взаимодействие в виде различных полей. Если воспроизвести в динамике весь комплекс полей, рассеянных объектом, то для стороннего наблюдателя возникший образ будет неотличим от самого объекта, то есть возникает как бы материальная копия объекта. Это копия будет тем более точна, чем полнее записывается и используется при воспроизведении голограммы весь объем рассеянного объектом излучения. Принцип, что голограмма в пределе эквивалентна или является материальной копией объекта, был сформулирован в первых работах Ю.Н. Денисюка [1963 г.].

В отличие от фотографий и стереограмм голограмма способна воспроизвести абсолютно точную копию волны, рассеянной объектом, за счет чего и достигается стопроцентная сохранность информации. Ф отография, как известно, создает лишь плоское, двухмерное изображение, голограмма же может воспроизводить точную трехмерную копию изображаемого. Исключением являются разве что источники света, например, электрическая лампа: ее на голограмме не видно — а все потому, что снимаемый объект должен быть освещен лазерным светом, ибо только он один и фиксируется на голограмме.

В результате амплитудно-фазовое распределение на голограмме будет тем же, что и в плоскости объекта (рис. 13, а). Рис. 13. Схемы получения голограмм! различных типов: а — голограмма сфокусированного изображения; б — голограмма фраунгофера; I в — голограмма Фурье; г — безлинзовая голограмма Фурье; д — голограмма Френеля; 1 — объект (транспарант); 2 — линза; 3 —Л фотопластинка; / — фокусное расстояние линзы   Опорный источник S)  Собирательная линза дает действительное перевернутое изображение объекта, которое регистрируется на фотопластинку. | Фотопластинку во время записи можно поместить даже в плоскости центрального сечения изображения, сформированного линзой. На стадии восстановления с исходной опорной волной часть \' изображения, восстановленного с помощью голограммы, будет : мнимой, а часть—действительной. Наблюдатель же не заметит суественного различия между этими изображениями. |  Необычные свойства этих голограмм обусловлены тем, что в противоположность обычным голограммам здесь осуществляется строгое соответствие между точками голограммы и точками объекта. Каждой точке голограммы соответствует своя, определенная точка объекта и наоборот.  Благодаря локальной записи голограмма сфокусированного изображения всегда восстанавливает изображение в своей собственной плоскости, которое не меняет размеров, формы и области локализации при изменении длины волны и положения восстанавливающего источника или при изменении положения опорного источника, служащего для получения голограммы. Поэтому требования к пространст  венной и временной когерентности света, служащего для восстановления изображения, могут быть значительно снижены. Высококачественное изображение можно получать при восстановлении голограммы даже протяженным источником белого света. При этом под разными углами наблюдается неодинаковая окраска восстановленного изображения. По этой же причине нет необходимости поддерживать тождественность формы опорной и восстанавливающей волн.

30.Что записано в голограмме? Схема восстановления голографического изображения.

Применения.

Записанные на голограмме световые волны при их восстановлении создают полную иллюзию существования объекта, неотличимого от оригинала. В пределах телесного угла, охватываемого голограммой, изображение объекта можно осматривать с разных направлений, т. е. оно явл. трёхмерным. Эти св-ва Г. используются в лекционных демонстрациях, при создании объёмных копий произведений искусства, голографич. портретов (изобразительная Г.). Трёхмерные св-ва голографич. изображений используются для исследования движущихся ч-ц, капель дождя или тумана, треков яд. ч-ц в пузырьковых камерах и искровых камерах. При этом голограмму создают с помощью импульсного лазера, а изображения восстанавливают в непрерывном излучении.

Объёмность изображения делает перспективным создание голографич. кино и телевидения. Гл. трудность — создание огромных голограмм, через к-рые как через окно одновременно могло бы наблюдать изображение большое число зрителей. Эти голограммы должны быть динамическими, т. е. меняться во времени в соответствии с изменениями, происходящими с объектом. Пока голографич. кино используется только в физ. эксперименте для исследования быстропротекающих процессов. Голографич. телевидение также встретилось с трудностями создания динамич. сред в передающей и приёмной частях телевиз. системы. Другая трудность состоит в недостаточно большой полосе пропускания телевиз. канала, к-рую необходимо увеличить на неск. порядков для передачи трёхмерных движущихся сцен.

С помощью голограммы можно восстановить интерференц. картины световых волн, рассеянных объектом в разных направлениях. Это позволяет изучать пространств. неоднородности показателя преломления. Одним из первых применений голографич. интерферометрии было исследование механич. деформаций.

Схема записи Лейта-Упатниекса

В этой схеме записи ^[6] луч лазера делится специальным устройством, делителем (в простейшем случае в роли делителя может выступать любой кусок стекла), на два. После этого лучи с помощью линз расширяются и с помощью зеркал направляются на объект и регистрирующую среду (например, фотопластинку). Обе волны (объектная и опорная) падают на пластинку с одной стороны. При такой схеме записи формируется пропускающая голограмма, требующая для своего восстановления источника света с той же длиной волны, на которой производилась запись, в идеале — лазера.

Схема записи Денисюка

В 1962 г. советский физик Юрий Николаевич Денисюк предложил перспективный метод голографии с записью в трехмерной среде. ^[7] В этой схеме луч лазера расширяется линзой и направляется зеркалом на фотопластинку. Часть луча, прошедшая через неё, освещает объект. Отраженный от объекта свет формирует объектную волну. Как видно, объектная и опорная волны падают на пластинку с разных сторон (т. н. схема на встречных пучках). В этой схеме записывается отражающая голограмма, которая самостоятельно вырезает из сплошного спектра узкий участок (участки) и отражает только его (т.о. выполняя роль светофильтра). Благодаря этому изображение голограммы видно в обычном белом свете солнца или лампы (см. иллюстрацию в начале статьи). Изначально голограмма вырезает ту длину волны, на которой её записывали (однако в процессе обработки и при хранении голограммы эмульсия может менять свою толщину, при этом меняется и длина волны), что позволяет записать на одну пластинку три голограммы одного объекта красным, зелёным и синимлазерами, получив в итоге одну цветную голограмму, которую практически невозможно отличить от самого объекта.

Эта схема отличается предельной простотой и в случае применения полупроводникового лазера(имеющего крайне малые размеры и дающего расходящийся пучок без применения линз) сводится к одному лишь лазеру и некоторой основы, на которой закрепляется лазер, пластинка и объект. Именно такие схемы применяются при записи любительских голограмм.

31.Физические явления, «работающие» при записи и при восстановлении голограммы. Два главных свойства голограмм. Типы голограмм. Применения голографии.

Физические принципы

Рассеянные объектом волны характеризуются амплитудой и фазой. Регистрация амплитуды волн не представляет затруднений; обычная фотографическая пленка регистрирует амплитуду, преобразуя ее значения в соответствующее почернение фотографической эмульсии. Фазовые соотношения становятся доступными для регистрации с помощью интерференции, преобразующей фазовые соотношения в соответствующие амплитудные. Интерференция возникает, когда в некоторой области пространства складываются несколько электромагнитных волн, частоты которых с очень высокой степенью точности совпадают. Когда записывают голограмму, в определённой области пространства складывают две волны: одна из них идёт непосредственно от источника (опорная волна), а другая отражается от объекта записи (объектная волна). В этой же области размещают фотопластинку (или иной регистрирующий материал), в результате на этой пластинке возникает сложная картина полос потемнения, которые соответствуют распределению электромагнитной энергии (картине интерференции) в этой области пространства. Если теперь эту пластинку осветить волной, близкой к опорной, то она преобразует эту волну в волну, близкую к объектной. Таким образом, мы будем видеть (с той или иной степенью точности) такой же свет, какой отражался бы от объекта записи.

Основное свойство отражательных голограмм - это возможность восстановления записанного изображения с помощью источника белого света, например, лампы накаливания или солнца. Не менее важным свойством является цветовая избирательность голограммы. Это значит, что при восстановлении изображения белым светом, оно восстановится в том цвете, в каком было записано. Если для записи был использован, например, рубиновый лазер, то восстановленное изображение объекта будет красным.

В соответствии со свойством цветовой избирательности можно получить цветную голограмму объекта, в точности передающую его естественный цвет. Для этого необходимо при записи голограммы смешать три цвета: красный, зеленый и синий либо провести последовательное экспонирование фотопластинки этими цветами. Правда, технология записи цветных голограмм находится еще в экспериментальной стадии и потребует еще значительных усилий и экспериментов. Примечательно при этом, что многие, посетившие выставки голограмм, уходили оттуда в полной уверенности, что видели цветные объемные изображения!

Виды голограмм по технологии записи:

• 2D-3D голограммы

Многоплановое голографическое изображение, где каждый из элементов (планов) находится на некотором расстоянии друг от друга. Название 2D-3D эти голограммы получили за то, что на разной визуальной глубине (3D) располагаются плоские изображения(2D) Если учесть, что визуальных планов может быть много, то это можно использовать для разработки интересных дизайнов голограммы.Такие голограммы чаще используются для идентификации товаров, документов и ценных бумаг.

• 3D голограммы

3D-голограммы создаются с реального объекта и являются его точной пространственной копией. Широко используются в рекламных целях, для создания имиджа торговых марок и в комплексных задачах идентификации.

• Комбинированная голограмма

Комбинированная голограмма – голограмма, состоящая из элементов, записанных различными голографическими методами, цифровым и аналоговым, и совмещённых с высокой точностью.

Комбинирование различных изображений и голографических эффектов  является очень чувствительным к любым микроскопическим изменениям в данных структурах, что влечёт за собой искажение закодированной информации. Эти особенности практически исключают подделку голограммы. Описанные элементы идентифицируются при помощи специальных устройств, изготовленных в соответствии с требованиями раскодировки этих защитных структур.

• Юниграмма

• Юниграмма представляет собой отражающий слой с нанесенным на него латентным изображением, которое можно увидеть только.при помощи специального прибора (идентификатора). Контроль подлинности: -визуальный невооруженным глазом; -визуальный при помощи идентификатора латентного изображения (поляроида); -лабораторные методы оценки подлинности при помощи специального оборудования.

Виды голограмм в зависимости от свойств фольги:

1) неразрушающиеся наклейки. При попытке переклеить такую наклейку изображение сохранится на ее основе. Эти наклейки можно перенести (переклеить) на другой объект;

2) частично разрушающиеся. При попытке переклеить такую наклейку часть изображения остается на основе, часть на изделии. Эти наклейки невозможно перенести (переклеить) на другой объект;

3) полностью разрушающиеся. При попытке переклеить такую наклейку изображение остается на объекте, а основа отделяется полностью. Эти наклейки невозможно перенести (переклеить) на другой объект.

Применение голографии в технологии и оптотехнике.

В ряде технологических процессов можно использовать образуемые голограммами действительные изображения. При просвечивании голограмм мощным лазером можно наносить на обрабатываемые поверхности сложные узоры. В частности, голограммы уже применялись для бесконтактного нанесения микроэлектронных схем. Основные преимущества голографических методов перед обычными – контактными или проекционными – достижение практически безаберрационного изображения на большом поле. Предел разрешения голограммы может достигать долей длины световой волны. На изображение практически не влияют пылинки, осевшие на голограмму, царапины и другие дефекты, в то время как для контактных или проекционных фотошаблонов это приводит к браку.

Другое применение голограммы в технологии – использование ее в качестве линзы. Фокусирующие свойства зонных решеток известны давно. Однако применение решеток ограничивалось трудностями их изготовления. Голографические зонные решетки – голограммы точечного источника – просты в изготовлении и несомненно будут полезны в лазерной технологии. Например, с помощью голографических линз получали отверстия диаметром до 14 мкм в танталовой пленке, нанесенной на стекло. Голографические решетки совсем не имеют ошибок, свойственных обычным решеткам, нарезанным на делительной машине.

32.Поляризация света как свойство световых волн. Линейно поляризованный свет.

Свойство поперечных волн – поляризация. Поляризованной волной называется такая  поперечная волна, в которой колебания всех частиц происходят в одной плоскости.  Такую волну можно получить с помощью резинового шнура, если на его пути поставить преграду с тонкой щелью. Щель пропустит только те колебания, которые происходят вдоль нее.

Применение поляризованного света: -  плавная регулировка освещенности с помощью двух поляроидов -  для гашения бликов при фотографировании (блики гасят, поместив  междуисточником света и отражающей поверхностью поляроид) -   для устранения слепящего действия фар встречных машин.

Поляризованной называется волна, в которой существует предпоч­тительное направление колебаний. Различают следующие виды по­ляризации:

• линейная (плоская) поляризация,

• круговая (циркулярная) поляризация,

• эллиптическая поляризация.-

Поляризация возможна только у поперечных волн. Волну с кру­говой или эллиптической поляризацией можно разложить на две линейно-поляризованные волны.

Свет называется линейно-по­ляризованным, если в нем происходят колебания только в одном направлении, перпенди­кулярном направлению распро­странения. Поляризованными могут быть только поперечные волны.

Естественный свет неполяризован, так как он излучается ато­мами с совершенно произвольной ориентацией в пространстве. За направление колебаний в линейно-поляризованной световой волне

принимают направление колебаний вектора напряженности элек­трического поля Е. Направлением поляризации- волны называют направление вектора напряженности магнитного поля Н .

С уществуют различные способы получения поляризованного света. Свет представляет собой поперечные волны. Устройства, с помощью которых из естественного получают поляризованный свет, называются поляризато­рами. Для обнаружения поляризации служат анализаторы, которые по своему принципу действия идентичны поляризаторам.

Поляризатор пропускает только компо­ненту с определенным направлением колеба­ний, выделяя ее из естественного света. В за­висимости от ориентации анализатора поляризованная компонента либо проходит, либо не проходит через него. При скрещенном по­ложений поляризатора и анализатора, когда они повернуты друг относительно друга на 90°, световые волны сквозь них не проходят.

Закон Брюстера:

Если угол падения светового луча на границу раздела равен поляризационному углу (углу Брюстера), то отраженный луч полностью линейно поляризован. В этом случае отраженный и преломленный лучи образуют прямой угол.

Е сли

п — показатель преломления,

— угол Брюстера, т. е. угол падения, при котором происходит полная поляри­зация, то в соответствии с рисунком

Согласно закону преломления,

откуда и, наконец

Д ля стекла угол Брюстера₌₅₇₀