Приоритетный национальный проект «Образование» ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики Кафедра Компьютерной фотоники ПРЕЗЕНТАЦИЯ 6 по дисциплине ЕН.Ф.06 - ОСНОВЫ ОПТИКИ Доцент, к.т.н. - Е.В. Жукова 1

МОДУЛЬ 3 ФОТОМЕТРИЯ И ВОЛНОВАЯ ОПТИКА ТЕМА ТЕМА ПРЕЗЕНТАЦИИ: ГОЛОГРАФИЯ Лекция 4

Рис. 1. Схема записи голограммы точечного объекта ЗАПИСЬ И ВОССТАНОВЛЕНИЕ ГОЛОГРАФИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ Запись голограммы точечного объекта М - точечный объект; W - плоский фронт падающей волны; W 1 - опорная волна; 1 - фотоэмульсионный слой на фотопластинке; l - расстояние между объектом и пластинкой 3

Рис. 2 Схема восстановления поля световой волны точечного объекта Восстановление голограммы точечного объекта W 1 - плоский фронтт опорной волны; О - действительное изображение; О` - мнимое изображение; r m - радиус интерференционного кольца для порядка интерференции m; m - угол дифракции; l=x - расстояние от мнимого и действительного изображений до фотопластинки 4

УРАВНЕНИЕ ГОЛОГРАММЫ Предметная волна Опорная волна амплитуды опорной и предметной волн фазы опорной и предметной волн (1) (2) (3) (4) результат интерференции предметной и опорной волн (5) 5

Рис. 3. Характеристическая кривая (а) и амплитудное пропускание (б) фотоэмульсии Характеристики фотографического процесса (7) (9) обозначим t(x,y)=T a '- пропускание голограммы по амплитуде (6) (8) H - экспозиция; D - оптическая плотность почернения фотоэмульсии; - коэффициент контрастности, I - интенсивность излучения, T=t(x,y) 2 - пропускание фотоэмульсии (10) 6

Пропускание голограммы по амплитуде равно учтем, что тогда (11) (12) (13)(14) (15) (16) 7

Восстановление голограммы после прохождения голограммы результирующая волна учитывая, что волна после прохождения голограммы дифракционная эффективность (16) (17) (18) (19) (20) 8

Рис. 4. Геометрическая иллюстрация волновых полей за голограммой при восстановлении поля световой волны, рассеянной объектом 9

Рис. 5. Оптические схемы, поясняющие классификацию голограмм: а) - голограмма сфокусированных изображений; б) - голограмма Фраунгофера; в) - голограмма Френеля; г) - Фурье-голограмма; д) - безлинзовая Фурье-голограмма 10

Голограмма Фраунгофера получается при освещении параллельным пучком. Предмет находится в бесконечности, тогда наблюдается результат дифракции в дальней зоне. Рис. 6. Схемы получения (а) и восстановления (б) голограммы Фраунгофера 11

Рис. 7. Получение (а) и восстановление (б) Фурье- голограммы Фурье-голограмма получается от точечного объекта, если источник располагается в плоскости самого объекта параллельной плоскости голограммы. 12

Рис. 8. Пояснение к пониманию структуры голограммы: W 1, W 2 - плоские волновые фронтты; 1-1, 2-2…, 1'-1', 2'-2', … - следы максимумов амплитуд соответствующих волновых фронттов; h - толщина слоя фотоэмульсии; d - период голограммы 13

Рис. 9. Прохождение излучения через двумерную (а) и трехмерную голограммы (б, в, г). W 0 -опорная плоская волна; а) - толщина слоя эмульсии h сравнима с периодом d голограммы; б) - h>>d; в) - положение пучностей при перпендикулярном падении лучей; г) положение пучностей при наклонном падении лучей 14

Рис. 10. Расположение фотопластинки при записи голограмм: W 1 - плоская опрнпая волна; А - точечный объект; N - нормаль к опорной волне; 1 - расположение фотопластинки при записи голограммы методом Габора; 2 и 3 - расположение фотопластинки при записи голограммы методом Лейта и Упатниекса; 4 - расположение фотопластинки при записи голограммы методом Ю.Н. Денисюка 15

Рис. 11. Пояснение к получению голограммы и к образования изображения по схеме Габора (а) и Лейта и Упатниекса (б, в). W 1 - опорная волна; А - действительное изображение; А' - мнимое изображение; О'' - действительное изображение объекта; О' - мнимое изображение объекта 16

Рис. 12. Образование структуры голограммы по схеме Ю.Н. Денисюка. Голограмма образуется в толстом слое фотоэмульсии в результате интерференции встречных пучков W 1 - плоской опорной волны и отраженной от объекта Рис. 13. Узлы и пучности при перпендикулярном и наклонном падении пучка. W 1 - плоская опорная волна; М - поверхность объекта; А 1, А 2, …А N - точки, в которых оптическая разность хода соответствует максимумам интерференционной картины 17

Рис. 14. Схема образования опорной W 1 и предметной W 2 волны делением световой волны по амплитуде: О - объект; F - фотоэмульсия; M 1 - полупрозрачное зеркало; M 2 - зеркало Рис. 15. Схема образования опорной W 1 и предметной W 2 волны делением световой волны по фронтту: О - объект; F - фотоэмульсия; P - бипризма 18

Рис. 16. Оптическая схема для записи голографического изображения: 1 - лазер; 2 - полупрозрачное зеркало; 3 - линзовая система для расширения пучка; 4 - зеркало; 5 - зеркало; 6 - линзовая система для расширения пучка; 7 - объект; 8 - фотопластинка 19

Рис. 17. Оптическая схема для восстановления голографического изображения: 1 - лазер; 2 - линзовая система; 3 - зеркало; 4 - голограмма; 5 - наблюдатель; 6 - мнимое изображение объекта Рис. 18. Оптическая схема расширения лазерного пучка 20

Рис. 19. Оптические схемы для записи (а) и восстановления (б) объемной голограммы: а): 1 - лазер; линзовая система; 4 - полупрозрачная пластинка; 5 - зеркало; 6 - регистрирующая среда; 7 - предмет; б): 1 - лампа накаливая; 2 - объектив; 3 - голограмма; 4 - восстановленное объемное изображение 21

Рис. 20. Оптическая схема голографического интерферометра для исследования прозрачных объектов: 1 - лазер; 2 - зеркало; 3 - затвор; 4 - светоделитель; 5 - зеркало; 6 - светофильтры; 7 - микрообъектив с диафрагмой; 8 - линза; 9 - объект; 10 - нейтральный фильтр; 11 - микрообъектив с диафрагмой; 12 - зеркало; 13 - фотопластинка 22

Рис. 21. Оптическая схема голографического интерферометра для исследования отражающих объектов: 1 - лазер; 2 - зеркало; 3 - фотозатвор; 4 - зеркало; 5 - светоделитель; 6 - нейтральный фильтр; 7 - микрообъектив с диафрагмой; 8 - зеркало; 9 - объект; 10 - зеркало; 11 - микрообъектив с диафрагмой; 12 - голограмма; 13 - нейтральный фильтр 23

Рис. 22. Схема получения плоских голографических решеток: 1 - зеркало; 2 - полупрозрачное зеркало; 3, 4, 5 - зеркала; 6 - микрообъектив с диафрагмой; 7, 8 - зеркала; 9 - микрообъектив с диафрагмой; 10, 11 - коллимирующие объективы; О - светочувствительный слой 24

ДЕННИС ГАБОР (Dennis Gabor) Работая над проблемой улучшения разрешения микроскопа, Деннис Габор в 1947 году разработал теорию голографии. Рис. 23. Д. Габор ( ) на фоне своего голографического портрета в 1971 году, когда ему была присуждена Нобелевская премия 25

Рис. 24. Фотография первой голограммы. Голограмма «Поезд и птицы» была получена в 1964 году Э. Лейтом и Ю.Упатниексом 26

Рис. 25. Э.Лейт и Ю.Упатниекс предложили схемы записи внеосевых голограмм год 27

В 1962 году Денисюк Ю.Н. разработал теорию записи объемных голограмм, которые можно рассматривать при помощи обычной лампы накаливания. ДЕНИСЮК ЮРИЙ НИКОЛАЕВИЧ Рис. 26. Ю.Н. Денисюк со своим голографических портретом 28

ИЗОБРАЗИТЕЛЬНЫЕ ГОЛОГРАММЫ Рис. 27. Фотографии голографических изображений

ИЗОБРАЗИТЕЛЬНЫЕ ГОЛОГРАММЫ Рис. 28. Голографические изображения объектов - экспонаты в музейных экспозициях 30

ГОЛОГРАФИЧЕСКАЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ Рис. 29. Фотография голографической интерферограммы колбы лампы накаливания. Исследование фазовых объектов Рис. 30. Фотография голографической интерферограммы - «Святая Катерина» - (Пьер Франческо Фиорентино, дерево, 1450 г.). Диагностика предметов искусства

ГОЛОГРФИЧЕСКАЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ Рис. 31. Фотография голографической интерферограммы яйца. Скорлупа испытывает механическую нагрузку 32

ГОЛОГРАФИЧЕСКИЕ НАКЛЕЙКИ Голографический защитный знак предназначен для маркировки товаров, сопроводительной документации, ценных бумаг, торговых марок, авторских прав. Обеспечивает возможность визуального контроля продукции. Подлинная защитная голограмма разрушается при попытки ее снять. Псевдоголограмма - наклейка, выполнная способом тиснения голографической фольгой горячим тиснением. Внешний вид псевдоголограммы как у голографической наклейки, но защитных функций не выполнят. 33

34 Использованы электронные ресурсы: Список использованной литературы: 1. Нагибина, И.М. Прикладная физическая оптика : учеб пособие для студентов вузов / И.М. Нагибина, В.А. Москалев, Н.А. Полушкина, В.Л. Рудин. – 2-е изд. - М.: Высш. шк., – 565 с. 2. Ландсберг, Г.С. Оптика: учеб.пособие для студентов физических специальностей вузов / Г.С. Ландсберг. – 6-е изд. - М.: ФИЗМАТЛИТ, с. 3 Нагибина, И.М. Интерференция и дифракция света: учеб пособие для студентов оптических специальностей вузов / И.М. Нагибина.- 2-е изд. Л.: Машиностроение, – 332 с