Ирина Радунская - Крушение парадоксов
При использовании объемных голограмм Денисюка тоже можно получить действительное изображение. Нужно только направить на нее опорный пучок света в противоположном, чем раньше, направлении. Пустив дым туда, где раньше сквозь голограмму мы видели мнимое изображение, мы увидим теперь действительное. Видеть их одновременно, конечно, нельзя.
Несмотря на существенные преимущества объемных голограмм — возможность восстановления изображения в белом свете без использования лазеров и получения лишь одного изображения, а не нескольких, как в случае плоских голограмм, — плоские голограммы сейчас имеют более широкое применение. Это связано с чисто техническими причинами. Современные толстослойные фотоэмульсии заметно поглощают свет. Поэтому чем глубже слой эмульсии, тем меньше информации он получает, особенно о тех деталях объекта, которые освещены слабее или хуже отражают свет.
Для плоских голограмм применяются эмульсии, толщина которых меньше половины длины волны используемого лазера. Здесь поглощение, конечно, не играет существенной роли.
Потенциальные преимущества объемных голограмм, в особенности возможность концентрации огромных количеств информации в элементах малых размеров, стимулируют усилия с целью создания новых специальных фотоэмульсий и поиска новых процессов, позволяющих фиксировать информацию, содержащуюся в стоячих волнах.
Один из таких процессов — образование окрашенных центров в некоторых прозрачных кристаллах. Такие центры возникают в кристаллах под действием электронов или фотонов, обладающих достаточно большой энергией. Вероятность образования окрашенных центров при фиксированной энергии возбуждающего излучения пропорциональна плотности энергии излучения. В случае стоячих волн она больше в пучностях и меньше в узлах. Поэтому интенсивность окраски, как и интенсивность почернения фотоэмульсии, оказывается пропорциональной интенсивности стоячей волны. Важным преимуществом такого метода является принципиальная возможность стирания полученной голограммы и многократного повторного использования кристалла. В некоторых кристаллах это достигается путем простого нагревания. К сожалению, такие кристаллы еще не нашли применения в практической голографии.
В глубину веществ
Современной голографии, основанной на применении лазеров, неизмеримо превосходящих по когерентности все другие источники света, всего восемь лет. Что же она уже может и что обещает в будущем?
Удивительно, но голография может успешно соревноваться с обычной фотографией, применяющей объективы, даже в ее коронной области — получении плоских черно-белых изображений. Возможности обычной фотографии ограничены в двух отношениях. Разрешающая способность, то есть способность воспроизвести раздельно две мелкие детали изображения, ограничивается и качеством объектива, и качеством фотоэмульсии. В лучшем случае изображение может содержать детали размером около сотой доли миллиметра. Иногда существенна и способность эмульсии воспроизводить градацию яркости объекта. Лучшие фотоматериалы позволяют воспроизводить не более ста ступеней между наиболее белым и наиболее темным участком изображения.
Разрешающая способность голограммы зависит главным образом от ее размера, который, в свою очередь, может быть ограничен свойствами источника света. Однако в настоящее время предел разрешающей способности голограммы определяется не этим, а свойствами фотоэмульсии, на которых фиксируется голограмма. Сейчас существуют фотоэмульсии с разрешающей способностью до 10 тысяч линий на один миллиметр. Их чувствительность очень мала, так что приемлемые длительности экспозиции могут быть достигнуты только при применении лазеров.
Для многих применений чрезвычайно важно, что при голографической записи каждая точка голограммы получает информацию одновременно о всех точках объекта. Затем при восстановлении изображения каждая точка голограммы участвует в формировании каждой точки изображения, а значит, любая точка изображения синтезируется при помощи всей голограммы. Именно благодаря этому голография может реализовать рекордную разрешающую способность и передать в сто раз более подробную градацию тонов, чем это возможно для двух соседних точек фотоэмульсии. Конечно, для того чтобы воспользоваться всем богатством полутонов, записанных на голограмме, не стоит и пытаться воссоздать изображение на фотобумаге. Мы уже знаем, что фотобумага не способна к этому, и весь выигрыш будет потерян. К сожалению, впредь до разработки новых фотоматериалов богатство полутонов, записанных на голограмме, может быть реализовано лишь в научных целях, когда изображение исследуется при помощи соответствующих фотоприемников.
Чем меньший кусок голограммы используется для восстановления изображения, тем беднее гамма яркости, тем меньше разрешающая способность. Однако даже очень малая часть голограммы способна образовать изображения всего объекта целиком, хотя эти изображения содержат все меньше деталей и становятся все более однотонными по мере уменьшения площади использованной голограммы.
Естественно считать, что ближе всего к фотографии примыкает кино и телевидение, и попытаться применить к ним методы голографии. Голографическое кино уже существует, правда, оно применяется пока лишь в исследовательской работе. Малая длительность вспышек лазеров, дающих гигантские импульсы, — несколько стомиллионных долей секунды — позволяет фиксировать мгновенное распределение и движение пылинок, капелек дождя и тумана в воздухе, твердых частичек в струе газов ракетных двигателей, пузырьков и мелких организмов в потоках воды. Прокручивая кадры голограммы в медленном темпе или даже останавливая их, можно подробно изучать объемное распределение важнейших деталей, производить точные измерения или другие наблюдения, недоступные в естественных быстротечных процессах.
На пути к созданию художественных голографических кинофильмов стоят чисто технические трудности, связанные с необходимостью применения сверхъярких лазеров и созданием специальных кинопленок. Преодоление их — вопрос времени.
Огромный объем информации, записанной на голограмме, сильно затрудняет ее передачу по телевизионному каналу. Расчет показывает, что для этого нужно увеличить полосу телевизионного канала в сотни раз. Такое возможно лишь при переходе телевидения по крайней мере в диапазон миллиметровых радиоволн, Но и в этом случае необходимо радикально уменьшить диаметр электронного пучка в приемных и передающих телевизионных трубках и усовершенствовать покрытие экранов трубок.
Однако уже зарубежные опыты передачи отдельного неподвижного голографического изображения показали необычайную помехоустойчивость системы. Изображение воспроизводилось с минимальными искажениями даже тогда, когда связь не нарушалась помехами лишь 10 процентов полного времени передачи!
Первые шаги голографии были связаны с микроскопом. Электронная микроскопия достигла высокого совершенства и без применения голографии. Это отчасти лишало голографию одного из стимулов развития в первые годы ее существования. Однако возможности реализации объемного изображения вновь привлекли лазерную голографию к задачам электронной микроскопии.
По-видимому, наибольшие перспективы голографического микроскопа лежат в области ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, где невозможно применение линзовой техники. Ведь большинство материалов непрозрачны для коротких ультрафиолетовых лучей и практически не искривляют пути распространения рентгеновских лучей. Но пока не существует рентгеновского лазера. Нет достаточно мощных лазеров в диапазоне коротких ультрафиолетовых лучей. Поэтому реализация потенциальных преимуществ голографического микроскопа — дело будущего.
Наибольшее практическое применение голография получила в технике и в исследовательской работе. Например, при изготовлении точных деталей сложной формы — лопаток турбин, корабельных винтов и т.п. — контроль изделий занимает значительную часть времени, требует сложных приспособлений и высокой квалификации. Если лазерный свет, отраженный от изделия, пропустить через голограмму, полученную при помощи шаблона, то отступление размеров изделий на долю длины волны от размеров шаблона приведет к появлению на экране интерференционных полос. Число и расположение этих полос характеризуют отступление размеров изделий от расчетной величины. Особенно удобна возможность непрерывного визуального контроля для процесса окончательной доводки размеров изделия. Поверхность изделия вовсе не должна быть полированной, как при прежних методах оптического контроля.
Во многих случаях нет необходимости даже в изготовлении шаблона. Голограмму можно сделать просто по чертежу изделия или даже на основе математической формулы, описывающей форму поверхности изделия.
