Голография

Кадр 1

Свет — это электромагнитная волна. Всякая волна, в том числе и световая, характеризуется тремя параметрами: амплитудой, частотой и фазой колебаний.

Кадр 2

От амплитуды световой волны зависит энергия, переносимая световой волной (её яркость), и тем самым — освещённость предмета, на который падает свет.

Кадр 3

От частоты волны ν или от длины волны λ=c/ν зависит цвет света.

Кадр 4

Фаза световой волны определяет величину, направление и характер изменения векторов поля в каждой точке пространства в каждый момент времени. Так, в точках A₁ и A₂ фазы различны, ибо векторы поля E₁ и E₂ различаются по величине.

Кадр 5

В точках А₁ и А₄ фазы различны потому, что векторы поля Е₁ и Е₄ имеют разные направления.

Кадр 6

Замечен, в точках A₁ и A₃ векторы поля E₁ и E₃ в данный момент равны и по величине, и по направлению. Но фазы в этих точках разные, поскольку при распространении волны векторы поля меняются по-разному: в точке A₁ убывают, а в A₃ — возрастают.

Кадр 7

Чёрно-белая фотография основана на принципе регистрации только амплитудных (энергетических) соотношений в разных участках волны. Частотные и фазовые характеристики волны при этом теряются.

Кадр 8

Друг – болельщику! Цветная фотография богаче – она несёт и амплитуду, и частотную информацию, передавая характер распределения яркости и цвета. Но любая фотография имеет серьёзный недостаток – она плоская.

Кадр 9

II. ПОЛУЧЕНИЕ ГОЛОГРАММ В 1971 г. Деннис Габор был удостоен Нобелевской премии за новый способ получения изображений, который он предложил ещё в 1948 г. Этот метод Габор назвал ГОЛОГРАФИЕЙ (от греческого holos—полный и gramma—запись). Смысл названия заключается в том, что голограмма несёт полную информацию о волне: её амплитуде, частоте и фазе.

Кадр 10

Для получения голограммы ис пользуется явление интерференции. Пучок света разделяют с помощью полупрозрачного зеркала на два пучка — предметный и опорный. Опорный пучок падает на фотопластинку.

Кадр 11

Предметный пучок падает на изображаемый объект. Часть рассеянного предметом света попадает на фотопластинку и интерферирует с опорным пучком.

Кадр 12

От точечного объекта рассеивается сферическая волна. Складываясь с плоской опорной волной, она даёт интерференционную картину в виде системы концентрических колец.

Кадр 13

Эта интерференционная картина и есть голограмма точечного объекта.

Кадр 14

Голограмма двух близко расположенных точечных объектов имеет более сложную структуру.

Кадр 15

Обычная фотография Голограмма Как видно, в отличие от фотографии, голограмма совершенно не похожа на изображаемый объект.

Кадр 16

Для восстановления изображения на голограмму следует направить пучок света под тем же углом, под которым опорный пучок падал на фотопластинку.

Кадр 17

Восстанавливающий пучок РасходЯщийся пучок Голограмма Сходящийся пучок Рассеиваясь на интерференционных максимумах и минимумах как на дифракционной решётке, свет преобразуется в два пучка—сходящийся и расходЯщийся.

Кадр 18

Сходящийся пучок даёт действительное изображение предмета, с которого снималась голограмма. Этим изображением неудобно пользоваться, т. к. оно симметрично объекту.

Кадр 19

Рассеявшийся пучок, рассеянный голограммой, ничем не отличается от пучка, рассеянного предметом,—в нём точно такое же распределение амплитуд, частот и фаз.

Кадр 20

Глядя сквозь голограмму, как сквозь окно, и воспринимая расходящийся пучок, мы увидим мнимое изображение в том месте, где располагался предмет. Оно ничем не отличается от предмета, т. е. оно стереоскопическое (объемное). Этим голограмма принципиально отличается от плоской фотографии.

Кадр 21

Посмотрим на голограмму и фотографию с разных точек. На голограмме видно параллактическое смещение фигур, как и при наблюдении самого объекта.

Кадр 22

На фотографии же параллактическое смещение фигур, естественно, не наблюдается.

Кадр 23

Хотя голографический принцип был известен с 1948 года, только после создания лазеров удалось получить голограммы на практике.

Кадр 24

Дело в том, что свет от обычных источников представляет собой набор коротких волновых цугов–обрывков синусоид, которые сменяют друг друга каждые 10⁻⁸–10⁻⁹ секунды. Такой свет называется НЕКОГЕРЕНТНЫМ.

Кадр 25

Опорный и предметный пучки состоят из одинаковых цугов. Однако на фотопластинке из-за большой разности хода встречаются разные цуги, и в обычном свете интерференция не возникает.

Кадр 26

Длина цуга у света, излучаемого лазером, в десятки тысяч раз больше, чем у света от обычного источника. Поэтому здесь при встрече опорного и предметного пучков происходит интерференция и возникает голограмма.

Кадр 27

С помощью двух лазеров — гелий-неонового и аргонового — можно получить трёхцветные голограммы. Первый излучает красный свет (λкр -6328 Å), второй — зелёный (λзел -5145 Å) и синий цвет (λсин -4880 Å). Их смесь даёт белый свет.

Кадр 28

Метод получения трёхцветных голограмм предложил Ю.А.Денисюк, удостоенный за это Ленинской премии в 1970 г. По его методу опорный и предметный пучки падают с двух сторон на толстослойную фотоэмульсию.

Кадр 29

Интерференция сводится к возникновению в эмульсии стоячих волн. Пучности и узлы, образованные волнами разной длины, располагаются в разных слоях.

Кадр 30

Восстановление изображения в голограммах Денискока производится обычным белым светом.

Кадр 31

Белый свет содержит волны разной частоты. От разных участков стоячей волны будут отражаться волны только той частоты, которые соответствуют цвету, послужавшему основой для голограммы в данном участке, другие волны пройдут без рассеяния.

Кадр 32

В расходящемся пучке мы увидим мнимое изображение, объёмное и цветное, которое ничем не отличается от предмета.

Кадр 33

Каждый участок обычной фотографии изображает какую-то часть предмета. Разрушение участка фотографии означает потерю части информации.

Кадр 34

В голограмме каждый участок содержит полную информацию о всей картине. Поэтому даже малый участок голограммы даёт правильное, хотя и менее чёткое, изображение всего предмета. Итак, голограмма — более надёжный хранитель информации.

Кадр 35

На фотоснимке 6 мм х 9 мм можно поместить одну страницу печатного текста. На голограмме той же площади можно записать от 100 до 300 страниц. Итак, голограмма — более ёмкий хранитель информации.

Кадр 36

С помощью голографии можно решить проблему создания стереоскопического цветного кино

Кадр 37

и телевидения.

Кадр 38

С помощью голографии можно исследовать характер колебания тел, например, деки гитары

Кадр 39

или мембраны громкоговорителя;

Кадр 40

обнаружить внутренние дефекты в непрозрачных телах, не нарушая их целостности;

Кадр 41

исследовать ударные волны, возникающие при движении тел со скоростью, превосходящей скорость звука в воздухе.

Кадр 42

Практической голографии ещё нет и 10 лет, но уже за это время получено много очень важных и интересных результатов. Огромные перспективы открываются перед этим методом в будущем.

Кадр 43

Диафильм по физике для 10 класса сделан по заказу Министерства просвещения СССР Кандидат педагогических наук Автор А. Пинский Художник С. Волков Редактор В. Чернина Художественный редактор В. Иванов Студия «Диафильм» Госкино СССР, 1974 г. 101000, Москва, Центр, Старосадский пер., д. № 7 Д-168-74 Цветной 0-30