ПРИКЛАДНАЯ ГОЛОГРАФИЯ

1. ПРИКЛАДНАЯ ГОЛОГРАФИЯ Лекция 2 лектор: О.В. Андреева

2. Термины, понятия, определенияОбязательный минимум • Д.Габор, Ю.Н.Денисюк – вклад в науку. • Голография • Голограмма • Условие Вульфа-Брэггов и его применение в голографии • Двумерные и трехмерные голограммы • Пропускающие и отражательные голограммы • Амплитудные и фазовые голограммы • Основные свойства голограмм • Фотоотклик регистрирующих сред . • Основные характеристики регистрирующих сред для голографии.

3. Голографический методзаписи и воспроизведения информации – двухэтапный Носитель информации – голограмма 1-й этап: Запись информации – регистрация голограммы 2-й этап: Воспроизведение (получение) информации – считывание голограммы

4. Носитель информации – голограмма Этап записи волнового поля обеспечивают следующие процессы: • формирование интерференционной картины с заданной объектной волной; • регистрация интерференционной картины. Этап воспроизведения волнового поля включает следующие процессы: • формирование опорной волны и считывание голограммы; • детектирование объектной волны, формирование изображения объекта. Носителем информации служит голограмма, процесс получения которой происходит на этапе записи и начинается с формирования интерференционной картины.

5. Что такое голограмма? Голограмма – зарегистрированный результат взаимодействия двух или более когерентных волн Объектная (предметная) волнаО– одна из волн, образующих интерференционную картину при регистрации голограммы, в которой содержится информация, предназначенная для воспроизведения или преобразования. Опорная (референтная) волнаР – одна из волн, образующих интерференционную картину при регистрации голограммы, которая обычно используется для восстановления объектной волны.

6. Голограмма: интерференционная картина и регистрирующая среда • Образование интерференционной картины, предназначенной для записи голограмм. • Роль регистрирующей среды в формировании свойств голограммы. • Дифракция излучения на голограмме (зарегистрированной интерференционной картине).

7. Формирование интерференционной картины, предназначенной для записи голограмм

8. Электромагнитная волна Скалярное рассмотрение – распространение волны вдоль оси z E – напряженность электромагнитного поля (E – вектор напряженности) E = E0Cos(wt - 2πz/uT) = E0 Cos(wt - 2πz/λ) = E0 Cos(wt - kz) E = ReE0 exp {i(wt - kz)} = ReE0 exp {iw(t – z/u)} E0 – амплитуда волны; w – круговая частота T – период колебаний; T = λ/u u – скорость распространения волны (вдоль оси z); u = c/√εμ = c/n λ – длина волны k – волновое число; k = 2π/λ n – показатель преломления; n = √εμ

9. Напряженность результирующего поля при наложении в пространстве двух волн Принцип суперпозиции E = E1 + E2 Энергетическое описание I – интенсивность излучения; I =EЕ EЕ = (E1 + E2)(E1 + E2) = E1 E1 + E2 E2 + 2 E1E2 Для сравнения с результатами эксперимента необходимо EЕ усреднить по времени Вариант 1: E1E2 = 0 Вариант 2: E1E2 ≠ 0

10. Интерференция двух монохроматических волн, излучаемых точечными источниками

11. Картина интерференции • Условие максимума Δ = mλ = 2mλ/2, т.е. разность хода Δ равна четному числу полуволн. • Условие минимума Δ = (2m + 1)λ/2, т.е. разность хода Δ равна нечетному числу полуволн. • I = 2(Е0)2 [1 + cos (4πlh/Dλ)]

12. Образование голограмм-решеток (пространственная интерференционная картина)

13. S1 S2 a y b′ a′ b q q F1 F2 c x I O′ O x d Взаимодействие двух плоских волн – условие образования изофазных поверхностей с максимальной интенсивностью – максимальная интенсивность

14. q q Картина взаимодействия двух плоских волн

15. Терминология • Голограмма • Интерференционная картина • Объектная волна • Опорная волна • Волновой фронт • Оптическая длина пути • Оптическая разность хода • Оптический диапазон

16. видимый УФ ИК , нм Оптический диапазон электро-магнитного излучения

17. Образование голограмм-решеток (сечение пространственной интерференционной картины) q q d d

18. При определенной длине волны период ИК определяется углом между интерферирующими пучками

19. При фиксированном угле между пучками период определяется длиной волны

20. Таким образом, при образовании интерференционной картины • Период ИК определяется длиной волны излучения и углом между интерферирующими пучками • При фиксированном угле между пучками период ИК определяется длиной волны: при уменьшении – уменьшается, при увеличении – увеличивается. • Минимальный период ИК при использовании излучения данной длины волны может быть получен при встречном направлении интерферирующих пучков

21. Роль регистрирующей среды в жизни голограммы

22. y x а) I1 I2 q q y б) T x d I в) x Элементарная голограмма а) – направление распространения интерферирующих пучков б) – одномерная решетка с периодом d, полученная в регистрирующей среде с толщиной Т в) - распределение интенсивности излучения в интерференционной картине по оси «х» (в направлении вектора решетки)

23. Запись голограммы Регистрирующая среда Факторы, связанные с регистрирующей средой, которые определяют тип голограммы: • Форма образца • Толщина образца • Расположение образца относительно интерферирующих пучков

24. q q T d Пространственная частота, период и толщина голограммы Пространственная частота голограммы – величина, обратно пропорциональная пространственному периоду изменения оптических параметров голограммы. голограмма: d<<T – трехмерная d>>T – двумерная

25. T < d Влияние толщины регистрирующей среды на свойства голограмм селективность количество порядков

26. Голограмма пропускающая – голограмма, при регистрации которой объектная и опорная волны падают на регистрирующую среду (РС) с одной стороны.

27. Голограмма отражательная – голограмма, при регистрации которой объектная и опорная волны падают на регистрирующую среду (РС) с противоположных сторон.

28. Терминология • Регистрирующая среда • Период голограммы • Толщина голограммы • Пропускающая голограмма • Отражательная голограмма • Симметричная схема записи • Несимметричная схема записи • Соосное направление пучков

29. Типы регистрирующих сред кристалл фототермопленка фотопластинка a b T регистрирующая среда: объемная плоская имеющая определенные геометрические размеры

30. Положение РС относительно ИК

31. Положение РС относительно ИК я

32. Регистрация пропускающих голограмм

33. Регистрация отражательных голограмм

34. Голограммы с максимальным периодом

35. Голограммы с минимальным периодом

36. Соосное направление интерферирующих пучков

37. Внимание важным параметрам:период и толщина голограммы • Свойства голограммы определяются соотношением между периодом голограммы и ее толщиной • В зависимости от толщины регистрирующей среды голограммы с одинаковым периодом могут быть и двумерными и трехмерными