Понятие о голографии

Голография – переводится «полна запись» - это система методов записи и воспроизведения структуры световой волны, отраженной предметом на фотопластинке. При освещении голограммы пучком света зафиксированная на ней волна восстанавливается почти в первоначальном виде (зрительное впечатление такое же, как и от реального предмета).

Идея голографии принадлежит Габоргу (1947 г). Первая голограмма была получена в 1963 году американцами Лейтом и Упатнисксом. Денисюк предложил метод, позволяющий на толстослойной эмульсии зафиксировать цветную голограмму.

Основное требование при голографии – высокая когерентность световых лучей, которая достигается при использовании лазерных лучей. На тонкослойной эмульсии получение голограмм заключается в разделении расширенного лазерного пучка с помощью линз на две части: одна часть, отразившись от зеркала 3 образует опорный пучок 1, падающий на фотопластинку, другая часть образует предметный пучок 2, отразившись от предмета. Их интерференционная картина фиксируется фотопластиной. После восстановления голограмма освещается опорным пучком 1, который дифрагирует на голограмме, создавая световую волну, с такой же структурой, как и отраженный от предмета, и создает мнимое изображение. (Оно является объемным, нужно по разному аккумулировать глаз). Действительное изображение псевдоскопично.

П рименение: голографическое кино, телевидение, микроскоп, контроль качества обработки изделий.

5. Дисперсия света

Явление зависимости показателя преломления вещества от длины волны называют дисперсией света

- длина световой волны в вакууме.

Дисперсией вещества называют производную n по : D = .

Для всех прозрачных сред для видимого света с увеличением длины волны показатель преломления n уменьшается, откуда следует

(5.0)

Это нормальная дисперсия.

Если >0, то дисперсия является аномальной. Среды, в которых скорость световой волны зависит от , называются диспергирующими.

Элементы Фурье-оптики. Групповая скорость

В большинстве случаев свет распространяется не в виде плоской монохромной волны вида

(5.1)

где - фазовая скорость,

а в виде суперпозиции волн, которые мало отличаются друг от друга по частоте. Такая суперпозиция волн называется волновым пакетом или группой волн.

Согласно теореме Фурье световой импульс, используемый для передачи сигнала, можно представить как наложение волн виды (5.1), частоты которых заключены в некотором интервале . Уравнение волнового пакета имеет вид

(5.2)

В фиксированный момент времени пакет имеет длину . В пределах длины пакета волны в различной степени усиливают друг друга, а вовне – гасят.

Расчет показал, что чем меньше ширина пакета, тем больший интервал частот требуется для описания его плоскими волнами. Имеет место соотношение .

В диспергирующей среде, в отличие от недиспергирующей, пакет с течением времени расплывается, ширина его увеличивается из-за разных фазовых скоростей, составляющих его волн. Если дисперсия невелика, то пакет расплывается медленно и пакету можно приписать скорость, с которой перемещается центр пакета, точка с максимальным значением E. Эту скорость называют групповой скоростью.

Рассмотрим суперпозицию двух волн, близких по частоте, одна волна имеет частоту , другая - .( ) и одинаковыми амплитудами. Уравнения плоских волн имеет вид

где ,

Получим (с учетом и ): результирующее колебание

Выражение в квадратных скобках представляет собой амплитуду результирующей плоской волны. (Так как и малы, то амплитуда меняется очень медленно.) Амплитуда имеет ряд максимумов, определенных соотношением

,

Откуда

Величина есть групповая скорость для двух волн, то есть скорость перемещения максимумов. Можно доказать, что центр группы волн (5.2) перемещается с групповой скоростью

(5.3)

Из этого, так как , получим:

;

Так как k – функция , то . Учитывая, что ,

, поэтому . Следовательно, групповая скорость может быть записана:

(5.4)

Э то соотношение связывает групповую и фазовую скорости. При , то есть скорость с увеличением длины волны растет, групповая скорость меньше, чем фазовая скорость. Так как соответствует - нормальная дисперсия. При аномальной групповая скорость больше фазовой. Скорость распространения энергии пакетом волн равна групповой скорости. В сильно поглощающих средах понятие групповой скорости теряет смысл.

Д ля двух волн связь и можно рассмотреть наглядно. Когда волна 1 имеет фазовую скорость , то место А, где волны усиливают друг друга, будет относительно волн перемещаться влево . Для пакета волн его центр будет перемещаться с меньшей скоростью, чем горбы и впадины. Они будут рождаться вначале пакета.