Радужная голография
Радужная
голография
Содержание
Введение
. Физические принципы
голографии
. Метод записи радужных
голограмм
. Цветные радужные голограммы
. Тиражирование радужных
голограмм
Вывод
Список литературы
Введение
В оптической голографии убедительным образом
проявляются волновые свойства света. Этот метод базируется на двух
фундаментальных явлениях физической оптики - интерференции и дифракции световых
волн. Поэтому в современном курсе оптики голографии уделяется особое внимание,
которое еще обусловлено и методологической значимостью этого метода, его
широким практическим использованием как принципиально нового изобразительного
средства, способа хранения, обработки и представления информации. В учебных и
методических пособиях по оптике и голографии основное внимание уделяется
голограммам в сходящихся (попутных) пучках (голограммам Лейта и Упатниекса) и
объемным голограммам во встречных пучках (голограммам Денисюка). В тоже время в
учебной литературе отсутствует описание методик получения голограмм Бентона,
или как их по другому называют, радужных голограмм, с которыми в настоящее
время приходится наиболее часто встречаться в повседневной жизни.
Оптическая голография имеет разнообразные
научные и технические приложения, наиболее яркое из которых связано с ее
изобразительными возможностями записи и восстановления объемных изображений
трехмерных объектов. Широкое использование оптической голографии в
изобразительных целях определяется, с одной стороны, возможностью записи
голограмм и восстановления с них изображений в свете обычных тепловых
источников белого света с протяженным телом светимости, с другой стороны -
возможностью технически достаточно простого и относительно дешевого
тиражирования голограмм. Запись художественных изобразительных голограмм в
некогерентном свете до сих пор нерешенная проблема, хотя отдельные достижения в
этом направлении имеются. А вот с возможностью восстановления объемных
изображений с голограмм в белом свете дело обстоит гораздо лучше.
Голограммы, записываемые в лазерном свете по
оптической схеме Ю.Н. Денисюка с использованием встречных объектного и опорного
пучков, можно рассматривать в белом свете источников с относительно малым телом
светимости.
Такие голограммы “помнят” не только амплитудно
фазовые распределения в объектном поле, но и обладают так называемыми
спектральными селективными свойствами, присущими объемным дифракционным
решеткам. Благодаря этим свойствам из всей совокупности различных спектральных
составляющих белого света, направленного на голограмму, формируется
дифрагированная квазимонохроматическая волна. Голограммы Денисюка обладают
непревзойденными художественными качествами, их успешно используют для
демонстрации изображений уникальных объектов и музейных ценностей. Однако
тиражирование толстослойных голограмм Денисюка по своей технологической
сложности и материальным затратам мало отличается от записи основной
голограммы. Поэтому их использование в полиграфии, где требуется большое число
копий, десятки тысяч и более, имеет ограниченный характер.
Тонкослойные голограммы, получаемые по так
называемой схеме в попутных (сходящихся) пучках, предложенной американскими
физиками Е. Лейтом и Ю. Упатниексом, допускают технологически простое и
относительно дешевое копирование. Однако голограммы Лейта и Упатниекса, записанные
в тонких фоточувствительных слоях, не обладают спектральной селективностью.
Поэтому в белом свете с таких голограмм восстанавливается множество объемных
изображений во всех спектральных составляющих. Эти изображения пространственно
смещены друг относительно друга, в результате чего вместо четкого изображения
наблюдается расплывчатое световое пятно со спектральной окраской по краям.
Исключить этот недостаток удалось американскому ученому С. Бентону, который,
работая над проблемой создания голографического дисплея, предложил оригинальный
способ уменьшения информационной емкости голограмм, фактически, без потерь
объемности воспринимаемого изображения. В схеме Бентона реализуется
пространственная селекция различных спектральных составляющих восстановленных с
голограммы световых волн и обеспечивается возможность наблюдения
восстановленных голографических изображений во всех цветах радуги. Поэтому
такие голограммы стали называть радужными.
.
. Физические принципы голографии
Голография - метод получения объемного
изображения объекта, путем регистрации и последующего восстановления, волн
изобретенный английским физиком венгерского происхождения Д. Габором в 1948 г.
Волны могут быть при этом любые - световые,
рентгеновские, корпускулярные, акустические и т.д.
Слово «голография» происходит от греческого όλοτ,
что
означает «весь», «целый». Этим изобретатель хотел подчеркнуть, что в голографии
регистрируется полная информация о волне - как амплитудная, так и фазовая.
В обычной фотографии регистрируется лишь распределение
амплитуды (точнее ее квадрата) в двумерной проекции объекта на плоскость
фотоснимка. Поэтому, рассматривая фотографию под разными углами, мы не получаем
новых ракурсов, не можем, например, увидеть, что делается за предметами,
расположенных на переднем плане.
Голограмма же восстанавливает не двумерное
изображение предмета, а после рассеянной им волны. Смещая точку наблюдения в
пределах этого волнового поля, мы видим предмет под разными углами, ощущая его
объемность и реальность.
Физическая основа голографии - учение о волнах,
их интерференции и дифракции, зародившееся еще в XVII веке при Гюйгенсе. Уже в
начале XIX века Юнг, Френель и Фраунгофер располагали достаточными познаниями,
чтобы сформулировать основные принципы голографии. Этого, однако, не случилось
вплоть до работ Габора, хотя многие ученые во второй половине XIX и начале XX
века - Кирхгоф, Рэлей, Аббе, Вольфке, Бе6рш, и Брэгг - подходили к принципам
голографии достаточно близко. Можно было объяснить это тем что они не имели
технических средств для реализации голографии. Однако это не так: Габор в 1947
году также не имел лазера и делал свои первые опыты со ртутной лампой в
качестве источника света. Габор смог сформулировать идею восстановления
волнового фронта и указать метод ее осуществления. Не смотря на это, трудности
связанные с получением голограмм, оставались существенными. В 1963 году
американцы Э. Лейт и Ю. Упатниекс впервые получили лазерные голограммы. За год
до этого они предложили свою «двулучевую схему», значительно усовершенствовав
исходную схему Габора.
В соответствии с принципом Гюйгенса-Френеля
действие исходной, первичной, волны в произвольной точке А можно заменить
действием виртуальных источников, расположенных на достаточно обширной,
удаленной от точки А поверхности. Эти источники должны колебаться с той же
амплитудой рассеянной каким-либо предметом, и той фазой, которые заданы
дошедшей до них первичной волной, рассеянной каким-либо предметом (Рис.1.).
Рис.1. Принцип формирования изображения
Элементарные сферические волны, испускаемые
вторичными источниками, интерферируя, восстановят за поверхностью копию
первичного волнового поля. Глаз или любой другой приемник не сможет отличить
эту копию от поля волны, рассеянной самим предметом, и наблюдатель, таким
образом, увидит мнимое изображение этого предмета, хотя он уже убран.
2. Метод записи радужных
голограмм
Оптическая голограмма представляет собой
фотографическую запись интерференционной структуры, образующейся при наложении
на объектную световую волну некоторой когерентной ей опорной волны (рис.1, а).
Рис. 1. Оптические схемы записи голограммы в
попутных пучках - схема Лейта и Упатниекса (а), и восстановления изображений с
голограммы в белом свете (б)
По своей физической сути оптическая голограмма -
это сложная, нерегулярная дифракционная решетка, которая может быть объемной
(трехмерной) или поверхностной (двумерной). При записи интерференционной
структуры в толстой регистрирующей среде, когда пространственный период
интерференционных полос Λ существенно
меньше толщины регистрирующего слоя, d << Λ,
записывается объемная голограмма. Такая голограмма обладает спектрально
селективными свойствами и позволяет восстанавливать одноцветное изображение в
белом свете. Длина волны и направление распространения дифрагировавшего на
объемной голограмме света определяется известным уравнением Брэггов-Вульфа, 2dsin
q=nl,
где q
- угол между опорной и предметной волнами при записи голограммы. Наилучший
вариант объемных голограмм - это голограммы Денисюка. Однако, их тиражирование,
как уже отмечалось, достаточно трудоемкий процесс.
Период интерференционных полос Λ
зависит от угла между лучами света объектной и опорной волн. Поэтому в
относительно тонком фоточувствительном слое записывается объемная дифракционная
решетка-голограмма.
При записи голограммы по схеме Лейта и
Упатниекса (рис. 1,а), в тонком светочувствительном слое, получают фактически
поверхностную двумерную дифракционную решетку, которая уже не обладает
спектрально селективными свойствами. При освещении такой голограммы пучком
белого света формируется множество дифрагированных волн с различными длинами и
формирующих множество взаимносмещенных голографических изображений (рис. 1,б).
Наблюдатель в области локализации мнимого голографического изображения видит
расплывчатое пятно.
При уменьшении расстояния между объектом и
голограммой сдвиг восстановленных голографических изображений в разных цветах
становится меньше. Поэтому на голограмме сфокусированного изображения можно
наблюдать в белом свете достаточно четкое изображение объекта с небольшой
глубиной рельефа. Не трудно видеть, что если наблюдатель удаляется от
голограммы, то в зрачок его глаза попадает все меньше дифрагировавших
спектральных составляющих, число воспринимаемых смещенных изображений
уменьшается и при достаточном удалении наблюдается относительно четкое
изображение в том или ином цвете в зависимости от угла наблюдения. Эта идея
пространственной селекции спектральных составляющих, дифрагировавших на
голограмме световых волн, но в более удобной для практики форме, заложена в
Бентона записи радужных голограмм.
Метод Бентона включает два последовательных
этапа записи 2-х голограмм по схеме Лейта и Упатниекса. Сначала записывается
обычная голограмма, например по схеме, приведенной на рис.1,а. При этом объект
располагают от голограммы на расстоянии наилучшего зрения 25 - 30 см. Затем с
этой первичной голограммы восстанавливают действительное псевдоскопическое
объемное голографическое изображение. Для этого используют восстанавливающий
пучок лазерного света, сопряженный опорному пучку (рис.2, а).
голография радужный изображение
Рис.2. Оптические схемы записи радужной
голограммы (а) и восстановления с нее в белом свете разноцветных изображений
(б)
При этом голограмму прикрывают горизонтальной
узкой и длинной щелью так, что восстановление действительного изображения
происходит только с узкой горизонтальной полоски на голограмме. В область
действительного изображения помещают фоточувствительный слой, и для записи
второй голограммы направляют опорный пучок, когерентный световому пучку,
восстанавливающему действительное изображение с первой голограммы. Таким
образом записывается основная радужная голограмма.
Если теперь полученную голограмму осветить
пучком белого света, сопряженным опорному, то одновременно с ортоскопическим
изображением объекта будет восстанавливаться и изображение горизонтальной
полоски - щели, прикрывавшей первичную голограмму. Изображения щели в разных
цветах в силу зависимости угла дифракции от длины волны λ
будут занимать разное пространственное положение, и поэтому в этой области
наблюдается цветная полоса с чередованием всех цветов радуги (рис.2, б). Зрачок
глаза наблюдателя, помещенный в эту область, выделит из всего спектра одну
цветовую составляющую, в свете которой и будет воспринимать восстановленное
голографическое изображение. Каждое изображение щели выполняет роль окна
наблюдения восстановленного голографического изображения в соответствующем
цвете. Вертикальное перемещение глаз наблюдателя по радужной полосе, или наклон
голограммы будет сопровождаться изменением цвета воспринимаемого изображения.
При горизонтальном смещении головы наблюдателя в пределах одной цветовой
полоски, как и для обычной голограммы, наблюдается параллакс восстановленного
объемного голографического изображения. В вертикальном направлении параллакс
изображения отсутствует, но это практически не влияет на объемность
воспринимаемого изображения, поскольку глаза наблюдателя располагаются
горизонтально. Для широкого горизонтального угла наблюдения изображения объекта
длина каждой полоски (ширина радуги) должна быть достаточно большой, что
обеспечивается соответственно большой шириной первичной голограммы.
Глубина сцены восстанавливаемого с радужной
голограммы изображения определяется в основном угловыми размерами
восстанавливающего источника света. От каждой точки протяженного источника
восстанавливается свое изображение, смещенное в поперечном направлении
относительно изображений, восстановленных другими точками источника. Это
смещение тем больше, чем дальше от голограммы изображение объекта и чем больше
угловое расстояние между точками источника. Можно привести следующие оценки:
для рассеянного света облачного неба или больших люминесцентных ламп глубина
восстановленной сцены составляет несколько миллиметров, для обычных ламп
накаливания - несколько сантиметров, для галогеновых ламп и солнечного
освещения - она порядка 10 см.
Отвлекаясь от изобразительных свойств, радужные
голограммы можно рассматривать в качестве дифракционного спектрографа. В самом
деле, в классической схеме спектрографа на выходе наблюдают (регистрируют)
спектральные линии - изображения входной щели прибора в разных длинах волн
анализируемого излучения. Радужная голограмма интегрирует в себе и свойства
диспергирующей дифракционной решетки, и свойства фокусирующей оптики. Схему на
рис.2,б, включая оптическую систему глаза, можно рассматривать как схему
классического монохроматора. Поэтому радужные голограммы с записью на них
простых плоских изображений используют в цветовых измерениях.
3. Цветные радужные голограммы
На радужной голограмме можно получить и цветное
изображение, если на этапе записи использовать лазеры с красным, синим и
зеленым светом. При восстановлении с таких голограмм изображений в белом свете
первоначальное распределение цвета по изображению наблюдается только при одном
направлении взгляда на голограмму. В других вертикальных положениях головы
наблюдателя непрерывно изменяются все цвета восстановленного изображения. При
этом возникают весьма необычные цветовые соотношения и цветовая гамма
восстановленного изображения оказывается более разнообразной, чем объекта -
оригинала.
Радужные голограммы обеспечивают и более простой
метод получения цветных голографических изображений. Действительно, поскольку
радужная голограмма, записанная в монохроматическом свете, восстанавливает
изображение во всех цветах радуги, то простое наложение двух или трех
изображений в основных цветах обеспечит получение многоцветного изображения.
Синтез цветного изображения, восстанавливаемого
радужной голограммой, полученной с помощью одноцветного лазера и монохромной
регистрирующей среды, чувствительной в узком спектральном диапазоне, основан на
следующих свойствах голограмм. Если изменить угол падения на голограмму
восстанавливающего светового пучка, то радужная полоса в области локализации
изображения щели сместится. Следовательно, записывая цветоразделенные
изображения (с использованием цветных фильтров) или различные фрагменты объекта
на радужную голограмму при соответствующим образом рассчитанных углах падения
опорного пучка, при восстановлении голографического изображения получим набор
пространственно смещенных радужных полосок для соответствующих изображений.
Глаз наблюдателя, помещенный в той или иной части наложенных радуг, увидит
восстановленное многоцветное изображение, цветовая гамма которого будет
меняться при вертикальном смещении головы наблюдателя или наклоне голограммы. Этот
метод синтеза цветного изображения применим в основном для двумерных объектов,
поскольку накладываемые изображения в разных цветах отличаются поперечным и
продольным масштабами.
Свет - это тоже волна, только электромагнитная.
И здесь будет аналогичная картина. Допустим, что световая волна прошла сквозь
прозрачную фотоэмульсию, затем отразилась от некоторой точки объекта и
направилась обратно. Должна возникнуть та же картина, что и в бассейне. Там,
где расположены неподвижные узлы возникшей стоячей волны, будет всегда темнота,
а там, где «эфир» колеблется, будет свет. И самое главное, эта «зебра» остается
неподвижной в пространстве.
Картину из света и темноты мы научились
фиксировать фотографическими методами. В объеме фотоэмульсии можно записать
картину стоячих световых волн. Это и будет голограмма. Но представьте себе, что
фотопластинка или объект во время экспозиции немного двигались (на величину
полуволны). Картина интерференции будет смазана, а это значит, что голограммы
мы просто не получим.
Для экспозиций порядка минуты мы должны
обеспечить высокую стабильность схемы. Это первейшее условие получения
голограмм с помощью маломощных лазеров.
Второй не менее важный момент. Частота световой
волны (как и волны в бассейне) должна оставаться постоянной, иначе мы получим
не стоячие, а бегущие волны интерференции. Картинку в этом случае зафиксировать
так же не удастся. Вот почему для записи голограмм нужны лазеры - источники
излучения стабильной частоты. Физики называют их источниками высоко
когерентного излучения.
Каждая точка фотоэмульсии будет фиксировать
сложнейшую паутину интерференционной картины. Если осветить проявленную
эмульсию светом того же источника, голограмма восстановит причудливую форму
светового фронта, который при записи голограммы отражался от реального объекта.
Зрительное восприятие восстановленной световой волны неотличимо от наблюдения
реального объекта.
Но самое удивительное, что голограммы,
записанные по этой схеме можно восстанавливать источником белого света. Дело в
том, что пространственные дифракционные структуры избирательны к спектру
излучения. Картинка будет восстановлена только теми частотами волн, которые
использовались при записи, а остальные лучи поглотятся голограммой.
Итак, мы выяснили, что для успешной записи
отражательной голограммы по схеме Денисюка требуется лазер, например гелий
неоновый мощностью от 10 до 25 миливат. Платформа, защищенная от вибраций,
линза для расширения лазерного пучка, держатель фотопластины, зеркала с
наружным отражающим покрытием (иначе отражение луча от двух отражающих
поверхностей зеркала вызовет низкочастотную интерференцию, которая будет
выглядеть ввиде полос на голограмме). И конечно же нужны фотопластины для
записи голограмм.
Обычные фотоматериалы для этого не годятся, т.к.
частота интерференционной картины соизмерима с длиной световой волны, поэтому
разрешающая способность фотоматериала должна быть не менее 6000 линий на
милиметр (фототехническая пленка «микрат» имеет разрешение не более 300 линий
на миллиметр, а обычная фотопленка не более 75).
Сегодня Переславское объединение «СЛАВИЧ»
выпускает фотопластины для голографии, чувствительные к излучению
гелий-неонового лазера (623 нанометра) марки ПФГ-03М. Фотоматериалы
поставляются вместе с набором химикатов для их обработки. Для любительской голографии
лучше использовать небольшие форматы (102х127 мм, 127х127 мм, 130х180 мм).
Фотопластинку такого формата легко закрепить.
Экспозиции при использовании маломощного лазера составят от 15 до 45 секунд.
Чем короче экспозиция, тем меньше вероятность смещения интерференционной
картины при записи голограммы, а вероятность успеха выше.
Опыт работы в области голографии доказал, что
самое чувствительное к вибрациям звено включает в себя объект и фотопластину.
Следовательно, крепление этих элементов друг относительно друга должно быть
особенно надежным. Второе по чувствительности к смещениям звено - линза для
расширения лазерного пучка, третье значительно менее чувствительное - сам
лазер.
Рис.3.1. Принципиальная схема установки
Установка будет состоять из жесткой платформы
(1), опирающейся на пневматические опоры (2) для гашения внешних вибраций,
регистрируемого предмета (6), держателя фотоплатины (4) в виде трех точек опоры
(3), экрана (5) для защиты торца фотопластины от попадания на него лазерного
излучения, лазера, зеркала с наружным отражающим покрытием (7) и
короткофокусной линзы (8) для формирования когерентного пучка.
Исходя из этого будем строить оптическую схему.
Самая простая и надежная схема - вертикальная, когда предмет и фотопластина
фиксируются силой собственной тяжести, а их неподвижность во время съемки
обеспечиваются хорошей виброизоляцией.
Создание радужной голограммы происходит в две
ступени:
запись мастер - голограммы;
регистрация радужной копии (мастер при этом
следует развернуть так, что бы получить действительное изображение в плоскости
цилиндрической линзы).
Рис.3.2. Схема записи мастер-голограммы
- лазер, 2 - цилиндрическая линза (стеклянная
палочка), 3 и 5 - зеркала, 4 - светоделитель в виде дифракционной решетки,
который можно синтезировать голографическим способом (при этом требуется
максимально снизить шумы), 6 - диффузор в виде матового стекла, 7 -
фотопластинка, 8 - регистрируемая сцена
Сперва перечислю преимущества, которые дает
приведенная схема записи исходной голограммы в виде узкой горизонтальной
полосы:
получать рассеянное освещение для более
эффектной регистрации зеркальных и сильно бликующих поверхностей;
записывать псевдоцветные композиции;
значительно снизить контраст интерференционных
полос при записи лазерными диодами (этому способствует протяженность освещающей
поверхности диффузора);
приведенная схема имеет меньшее количество
элементов по сравнению с классической схемой записи по Бентону.
Рис.3.3. Схема записи радужной копии
- лазер, 2 - цилиндрическая линза, 3 и 5 зеркала,
4 - дифракционная решетка, 6 - сферическая линза, 7 - мастер-голограмма, 8 -
большая цилиндрическая линза с фокусом в плоскости мастер - голограммы, 9 -
фотопластинка для записи радужной копии
Качественную радужную голограмму на толстой
эмульсии (так называемую 3D голограмму) можно записать только с использованием
большой цилиндрической линзы, которая позволяет восстанавливать действительное
изображение апертуры одного цвета без неприятного изменения яркости изображения
по всей апертуре (имеется в виду эффект Брегга в толстой эмульсии). Большую
цилиндрическую линзу найти не просто, а заказать - дорого. Лучше ее сделать
самому в виде жидкостной линзы, вроде той, что использовалась в первых
телевизорах. Для этого можно изогнуть лист органического стекла, обрезать его
так, что бы можно было вставить в прямоугольный черный каркас и
загерметизировать. Переднюю плоскую поверхность линзы можно сделать из отмытой
от эмульсии голографической пластины. Заливать в полученную из прозрачных
стенок оптическую емкость лучше дистиллированную воду. Крепить фотопластинку
для регистрации радужной копии можно прямо к плоскому стеклу, смоченному
прозрачной жидкостью. Капиллярный эффект сможет фиксировать фотоматериал лучше
любой пружины.
Приведенная схема допускает использование самых
простых оптических элементов, так как после отбеливания дифракционный шум от
пылинок практически не виден, а яркость изображения будет отменной.
Запись одной радужной копии с двух и более
мастер - полосок, смещенных по вертикали (рассматриваем их положение в
координатах схемы), создает эффект разноцветных элементов синтезированной
сцены.
Восстанавливать такие радужные голограммы можно
обычной лампой накаливания как отражательные, прижав сзади обычное зеркало.
Предлагаемая схема записи радужных голограмм
прекрасно работает с твердотельным зеленым лазером с диодной накачкой (20 мВт
при длине когерентности около 10 метров). Использование отечественных
фотопластинок ВРП или ФПР (чувствительность 0,5 Дж/м2) более чем достаточно для
профессиональной работы художника-голографиста.
4.
. Тиражирование радужных голограмм
Уточним сначала, каким образом записывается на
голограмме и затем восстанавливается информация о световой волне и,
следовательно, об объемном изображении, переносимым этой волной. На голограмме
регистрируется интерференционная картина, создаваемая объектной и опорной
волнами. Эта картина представляет собой достаточно сложную систему светлых и
темных интерференционных полос, формирующихся в пределах отдельных пятен
(спеклов) объектного поля. Увеличенный фрагмент такой картины, получаемый при
записи обычной, не радужной, голограммы диффузно отражающего объекта,
представлен на рис. 4,а.
В этом случае угловые размеры голографируемого
объекта θs
, как правило, сравнимы с углом падения α0
опорного пучка на голограмму. Поэтому период интерференционных полос 
оказывается
всего в несколько раз меньше поперечных размеров спеклов на голограмме 
,
что хорошо видно на рис. 4,а.
Рис. 4. Увеличенные фрагменты голограммных
интерференционных структур, получаемых при записи обычных голограмм Лейта и
Упатниекса (а) и радужной голограммы Бетона (б). Вертикальные сечения
амлитудной (в) и рельефно-фазовой (г) голограмм
При записи радужной голограммы угловой размер
щели в плоскости падения опорного пучка значительно меньше его угла падения.
Поэтому спеклы объектного поля имеют сильно вытянутую в вертикальном
направлении форму и пересечены множеством горизонтальных интерференционных
полос (рис. 4,б). Можно сделать следующие оценки. Ширина щели, используемой при
записи радужной голограммы (рис. 2,а), должна быть приблизительно равной
диаметру зрачка глаза и располагаться на расстоянии наилучшего зрения от голограммы
(рис. 2,а). При получении картины, представленной на рис. 4,б, для разрешения
структуры полос на фотоснимке угол α0
был значительно меньше, чем в вышеприведенных оценках.
Контраст (четкость) интерференционных полос
голограммной структуры определяется отношением амплитуд объектной и опорной
волн на данном участке голограммы. Именно в значении контраста полос
фиксируется информация об амплитуде объектной волны. Пространственные фазовые
распределения в этой волне влияют на положение полос в каждом участке
голограммы. Поперечный сдвиг полос на полпериода соответствует отличию фазы
объектной волны на π радиан.
Таким образом, фотографическая запись системы
интерференционных полос, в какой бы форме она не происходила, будет нести
информацию о световой волне. Там, где четкость полос выше, голограмма обладает
более высокой дифракционной эффективностью и восстановленная волна имеет
большую амплитуду. Фазовые пространственные распределения в восстановленной
волне определяются относительным положением структуры полос на голограмме. При
записи на галоидосеребряный материал образуется голограмма - дифракционная
решетка, в виде системы полос различной прозрачности. Такую голограмму называют
амплитудной (рис. 4,в), поскольку она модулирует амплитуду восстанавливающей
световой волны. Если амплитудную голограмму отбелить, преобразовав ее темные
участки в прозрачные, но с измененным показателем преломления, то получим
фазовую голограмму, которая модулирует фазу восстанавливающего пучка света за
счет пространственных вариаций показателя преломления голограммы. Фазовая
голограмма получается и в том случае, когда записываемая на нее
интерференционная структура преобразуется в соответствующий поверхностный
микрорельеф (рис. 4,г). Такие рельефно-фазовые голограммы работают как на
просвет, так и на отражение. Именно рельефно-фазовые голограммы технологически
просто тиражировать в больших количествах.
Рельефно-фазовые радужные голограммы записывают
на различных фоточувствительных слоях. Наиболее эффективным для этих целей
служит фоторезист, на котором после экспонирования голограммы и соответствующей
процедуры химического травления образуется поверхностный микрорельеф,
отражающий структуру интерференционной картины, образованной объектной и
опорной волнами. Далее с этой голограммы гальваническим способом получают
металлическую реплику, чаще всего никелевую, копирующую поверхностный
микрорельеф голограммы. Эта металлическая реплика в дальнейшем процессе служит
штампом для тиснения копий голограмм на полимерных пленках. Полимерные голограммы-копии
покрывают тонким слоем алюминия для повышения их отражающих способностей и
наносят защитный полимерный слой. Таким образом получают до сотни тысяч копий
рельефных радужных голограмм.
Вывод
В настоящее время радужная голография составляет
новое научное и техническое направление в современной когерентной оптике и ее
приложениях. Радужные голограммы используют в голографической интерферометрии,
в исследованиях быстропротекающих процессов, в технике цветовых измерений и
синтезе образцов цвета с заданными характеристиками. Технологически простое
тиражирование радужных голограмм и возможность восстановления с них изображений
в белом свете определили их широкое использование в полиграфии, в рекламе в
качестве фирменных значков различной продукции. Выпускаются специальные
полимерные пленки (фольга) с переливающимся радужным рисунком, изготовленные по
технологии радужных голограмм. Они используются в полиграфии для цветового
оформления различной печатной продукции. Особой областью применения радужных
голограмм является защита различных изделий, ответственных документов и ценных
бумаг от подделок. Радужная голограмма может содержать ряд специальных световых
меток, подвижных элементов изображения, индивидуальных знаков-сигналов,
считываемых специальными устройствами. Эти качества голограммы в сочетании с
наукоемкой и тонкой технологией изготовления голограммы-оригинала и ее
полимерных копий делают подделку голографических знаков трудноразрешимой
проблемой.
Список литературы
1. Кольер Р., Беркхарт К., Лин Л.
Оптическая голография. Пер. с англ. /Под ред. Ю.И. Островского- М.: Мир, 1973.
- 688 с.
. Оптическая голография. Под ред. Г.
Колфилда. / Пер. с англ. - М.: Мир, 1982 - Т. 1. - 380 с.; - Т. 2. -736 с.
. Островский Ю.И. Голография и ее
применения. Л.: Наука, 1973. - 180 с.
. Комар В.Г., Серов О.Б.
Изобразительная голография и голографический кинематограф. - М.: Искусство,
1987. - 286 с.
. Гальперн А.Д., Смаев В.П. Методы
регистрации и тиражирования изобразительных рельефно-фазовых голограмм. // Оптико-механическая
промышленность, 1988, № 11. С. 49-57.
. Власов Н.Г. Радужная голография.
// Природа, 1993, № 8. С.74-80.