§ 140. Запись голограммы с помощью плоской опорной волны

Как было указано выше, прямая регистрация фазы оптических колебаний методами, фиксирующими лишь среднюю по времени интенсивность света, невозможна. Однако известно, что в явлениях интерференции света распределение его интенсивности в интерференционном поле определяется как амплитудами, так и фазами интерферирующих волн.

Следовательно, для регистрации всех характеристик волнового поля, идущего от объекта наблюдения, можно использовать интерференцию света, создав условия, необходимые для ее возникновения.

Стационарная во времени интерференционная картина получается при интерференции когерентных световых волн. Таким образом, для регистрации фазовых соотношений в волновом поле, которое получается в присутствии объекта наблюдения, необходимо прежде всего, чтобы объект был освещен монохроматическим и когерентным в пространстве излучением. Тогда и поле, рассеянное объектом, будет обладать этими свойствами.

Если теперь добавить к исследуемому полю, создаваемому объектом, вспомогательное монохроматическое поле той же частоты, например, плоскую волну (так называемую опорную волну), то во всем пространстве, где обе волны (рассеянная объектом и опорная) перекрываются, возникает сложное, но не меняющееся со временем распределение областей взаимного усиления и ослабления обеих волн, т. е. стационарная интерференционная картина. А такое неизменное распределение интенсивности суммарного поля уже можно зафиксировать на фотопластинке. Разумеется, на пластинке будут при этом фиксированы интенсивности только в тех точках пространства, которые лежат в плоскости пластинки.

Принципиальная схема установки для голографирования непрозрачного объекта наблюдения 1 в отраженном от него свете представлена на рис. 283.

Рис. 283. Схема записи голограммы непрозрачного предмета

Здесь 2 — фронт плоской световой волны, созданной с помощью лазерного светового пучка и расширенного до необходимого поперечного сечения специальной оптической системой.

Зеркало 3 направляет плоскую опорную волну на фотопластинку 4, куда приходят и волны, отраженные от объекта 1.

Существенно, что на каждую точку освещенной части фотопластинки наряду с опорной волной падают световые волны, рассеянные всеми участками объекта наблюдения. Поэтому любой участок голограммы содержит полную информацию о всем объекте наблюдения.

Запись голограмм по приведенной выше схеме выдвигает определенные требования к спектральному составу используемого при этом излучения. Действительно, для возникновения интерференционных картин как результата суперпозиции волнового поля, распространяющегося от объекта наблюдения, и поля опорной волны необходимо обеспечить когерентность этих полей при всех разностях хода. Эти разности неизбежно создаются макрорельефом отражающего свет предмета и могут быть значительными.

Если, например, считать, что разность хода достигает , то, как показывает расчет, ширина спектральной линии используемого излучения должна быть порядка . Между тем ширина спектральной линии ртутной лампы, даже с невысоким давлением паров, составляет десятки ангстрем. Следовательно, источники света так называемого долазерного периода развития оптики малопригодны для голографии. С помощью же лазеров сравнительно легко удовлетворить требования голографии к монохроматичности света. Этим и объясняется бурное развитие голографии в последнее время, когда лазеры стали доступны многим лабораториям.

Необходимо обратить внимание еще на одну деталь. При записи голограмм протяженных объектов углы между интерферирующими световыми волнами, падающими на фотопластинку, могут достигать существенных величин. Поэтому интерференционная картина, образованная на фотопластинке, оказывается весьма мелкой и для ее фиксации требуются фотоматериалы с высокой разрешающей способностью. Современные голографические фотопластинки имеют разрешающую способность более  штрихов на.

Чтобы иллюстрировать первый этап голографирования, приведем две фотографии. На первой из них (рис. 284) показано изображение объектов, полученное методом обычной фотографии, на второй (рис. 285) — при большом увеличении фотозапись интерференционной картины — голограмма этих объектов, зафиксированная с помощью плоской опорной волны. Как видим, никакого сходства между ними нет.

Рис. 284. Изображение объекта получено методом обычной фотографии

Рис. 285. Увеличенное изображение участка голограммы