Применение голографии в технологии и оптотехнике

  Голография (от  греч. holos - весь и grapho – пишу, т.е. «полная запись») – особый способ записи и последующего восстановления волнового поля, основанный на регистрации интерференционной картины. Она обязана своим возникновением законам волновой оптики – законам интерференции и дифракции.  Этот принципиально новый способ фиксирования и воспроизведения пространственного изображения предметов изобретен английским физиком Д.Габортом (1900-1979) в 1947г. (Нобелевская премия 1971г.). экспериментальное воплощение и дальнейшая разработка этого способа (советским ученым Ю.Н.Денисюком в 1962г. и  американскими физиками Э.Лейтом и Ю.Упатниексом в 1963г. стали возможными после появления в 1960г. источников света высокой степени когерентности – лазеров. 

            Методы голографии (запись голограммы  в трехмерных средах, цветное  и панорамное голографирование  и т.д.) находят все большее  развитие. Она может применяться  в  ЭВМ с голографической  памятью, голографическом электронном  микроскопе, голографическом кино  и телевидении, голографической  интерферометрии и т.д. 

Применение голографии в технологии и оптотехнике. 
 

            В ряде технологических процессов  можно использовать образуемые  голограммами действительные изображения.  При просвечивании голограмм  мощным лазером можно наносить  на обрабатываемые поверхности  сложные узоры. В частности,  голограммы уже применялись для  бесконтактного нанесения микроэлектронных  схем. Основные преимущества голографических  методов перед обычными – контактными или проекционными – достижение практически безаберрационного изображения на большом поле. Предел разрешения голограммы может достигать долей длины световой волны. На изображение практически не влияют пылинки, осевшие на голограмму, царапины и другие дефекты, в то время как для контактных или проекционных фотошаблонов это приводит к браку. 

            Другое применение голограммы  в технологии – использование  ее в качестве линзы. Фокусирующие  свойства зонных решеток известны  давно. Однако применение решеток  ограничивалось трудностями их  изготовления. Голографические зонные  решетки – голограммы точечного  источника – просты в изготовлении  и несомненно будут полезны в лазерной технологии. Например, с помощью голографических линз получали отверстия диаметром до 14 мкм в танталовой пленке, нанесенной на стекло. Голографические решетки совсем не имеют ошибок, свойственных обычным решеткам, нарезанным на делительной машине. 
 

Изобразительная голография. 

Технология получения  изобразительных голограмм, восстанавливаемых  в белом свете, разработана в  середине 60-х годов, однако до настоящего времени голография по масштабам  распространенности и объемам производства не приблизилась к традиционной фотографии (за исключением тисненных радужных голограмм). Это обусловлено целым  рядом технических сложностей, присущих современной технологии съемки и  тиражирования изобразительных  голограмм. В частности, в настоящее  время при записи мастер-голограмм в подавляющем большинстве случаев используются лазеры непрерывного излучения, что накладывает жесткие ограничения на условия съемки (необходимость повышенной виброизоляции, стабильность температуры и других параметров окружающей среды). Указанные сложности многократно возрастают при увеличении формата голограмм. Поэтому отражательные голограммы, особенно большого формата, до сих пор остаются уникальными изделиями и изготавливаются лишь в условиях специализированных лабораторий при участии специалистов высшей квалификации.

            Кроме того, при использовании  лазеров непрерывного излучения  оказывается принципиально невозможной  голографическая съемка живых  объектов, например, портретов человека. Для съемки мастер-голограмм живых объектов в настоящее время используются импульсные лазеры на рубине или неодимовом стекле с последующим интерференционным копированием. Однако монохроматичность таких голографических изображений при полной реалистичности деталей делает их "неживыми", "замороженными", что зачастую производит отталкивающее впечатление.

            При копировании таких голограмм  с помощью лазеров непрерывного  излучения возникают искажения  масштаба, связанные с разницей  длин волн лазеров, используемых  при съемке оригиналов и их  копировании. 
 
 
 
 

Неоптическая голография. 
 

            С помощью голографии успешно  решается проблема визуализации  акустических полей. Это имеет  большое прикладное значение. Возможные  применения звуковой голографии  – дефектоскопия, изучение рельефа  морского дня, звуколокация, звуконавигация, поиск полезных ископаемых, исследование структуры земной коры и т.д. 

            Особе значение имеет ультразвуковая  голография для медицинской диагностики. 

            Регистрация звуковых голограмм  производится таким образом, чтобы  запись допускала оптическое  восстановление. Для этого используются  следующие методы: 
 

1)      Сканирование  звукового поля. Сигнал от приемника  ультразвука (микрофона, пьезоэлемента и т.д.) модулирует световой поток, образующий оптическую голограмму. Возможны различные модификации такой схемы. На рисунке изображен вариант такой схемы, в которой сигнал сканирующего приемника управляет яркостью укрепленной на нем точечной лампочки. В других схемах сигнал с приемника подается на электроннолучевую трубку. Развертка производится синхронно с перемещением датчика и голограмма фотографируется с экрана трубки. Возможны как однолучевые, так и двулучевые варианты звуковой голографии. Впрочем, роль опорного звукового луча может играть электрический сигнал с генератора звука, добавляемый к сигналу датчика. 
 

РИС 74(119) 

2)      Фотография. Ультразвуковое полк можно непосредственно   зарегистрировать на фотопластинку,  используя то обстоятельство, что  ультразвук интенсифицирует химические  реакции, происходящие при проявлении  или фиксации фотослоя. Предварительно  равномерно засвеченная, но не  проявленная фотопластинка помещалась  в ванну со слабым раствором гипосульфита. В ней создавалось ультразвуковое поле, и в пучностях звуковых волн происходило быстрое растворение галоидного серебра. После 20-30 секундного «озвучивания» пластинка проявлялась на свету. Полученная таким образом звукоголограмма восстанавливала изображение в световом пучке. Точно так же можно экспонировать фотопластинку ультразвуком в слабом проявляющем растворе. Пластинка должна быть предварительно засвечена. Проявление в пучностях звуковых волн идет намного быстрее, чем в узлах. 
 

3)      Деформация  поверхности жидкости под действием  звукового давления. Этот способ  обладает тем преимуществом, что  позволяет производить оптическое  восстановление полученной отражательной  голограммы одновременно с ее  образованием и наблюдать, таким  образом, за процессом в реальном  времени. Поверхность жидкости  покрывалась термопластической  пленкой, которая деформировалась  ультразвуковой волной, затем охлаждалась  и использовалась в дальнейшем  как фазовая оптическая голограмма. 
 

РИС 76(121) 

4)      В  качестве объемной голограммы  можно использовать саму ультразвуковую  волну в жидкости, бегущую или  стоячую. Уплотнения и разрежения  жидкости сопровождаются изменениями  ее показателя преломления. Таким  образом, звуковая волна представляет  собой трехмерную фазовую голограмму. В результате на такой голограмме  можно получить в реальном  времени световую копию ультразвуковой  волны.