Χρονική συνοχή του φωτός. Φωτεινή παρεμβολή. Προϋποθέσεις για την παρατήρηση του σχεδίου παρεμβολών. Χωρική και χρονική συνοχή

1. Η ηλεκτρομαγνητική φύση του φωτός. Προσθήκη κραδασμών, η έννοια της συνοχής. Παρεμβολή φωτεινών κυμάτων. Υπολογισμός του μοτίβου παρεμβολής από δύο πηγές. Χωρική και χρονική συνοχή. Μήκος οπτικής διαδρομής. Μέθοδοι για τη λήψη μοτίβων παρεμβολών. Παρεμβολή σε λεπτές μεμβράνες. Ρίγες ίσου πάχους και ίσης κλίσης. Τα δαχτυλίδια του Νεύτωνα. Παρεμβολή πολλαπλών διαδρομών. Πρακτική εφαρμογή του φαινομένου της παρεμβολής. Συμβολόμετρα.

Να αποκωδικοποιήσει τις πληροφορίες που είναι αποθηκευμένες στο ολόγραμμα και έτσι να ανακατασκευάσει ένα ακριβές αντίγραφο του αρχικού κύματος αντικειμένου στη φάση ανακατασκευής του ολογράμματος με στόχο παρόμοιο με το κύμα αναφοράς που χρησιμοποιείται στη φάση εγγραφής κυματομορφής φωτός. Αυτό το κύμα διαθλάται από το πολύπλοκο σχέδιο των κροσσών που είναι αποθηκευμένα στο ολόγραμμα, παράγοντας ένα χαρακτηριστικό κύμα εικόνας παρόμοιο με το αρχικό κύμα αντικειμένου. Έτσι, εάν βλέπετε ένα ολόγραμμα, θα δείτε μια τρισδιάστατη εικόνα ενός αντικειμένου, ακόμα κι αν δεν υπάρχει πλέον, επειδή το κύμά του είναι διαθέσιμο και φτάνει στα μάτια μας.

ηλεκτρομαγνητική φύση του φωτός.

Επειδή Δεδομένου ότι το φως είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα, τότε η οπτική των κυμάτων βασίζεται στις εξισώσεις του Maxwell και στις σχέσεις για τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που προκύπτουν από αυτές. Σύμφωνα με την ηλεκτρομαγνητική θεωρία του Maxwell, όπου c και v, αντίστοιχα, είναι οι ταχύτητες διάδοσης του φωτός σε ένα μέσο με διαπερατότητα και μαγνητική διαπερατότητα μ και στο κενό. Αυτή η αναλογία συνδέει τις οπτικές, ηλεκτρικές και μαγνητικές σταθερές των πραγμάτων. Σύμφωνα με τον Maxwell, και μ είναι μεγέθη που δεν εξαρτώνται από το μήκος κύματος του φωτός, επομένως η ηλεκτρομαγνητική θεωρία δεν μπορούσε να εξηγήσει το φαινόμενο της διασποράς (η εξάρτηση του δείκτη διάθλασης από το μήκος κύματος). Οι τιμές του δείκτη διάθλασης χαρακτηρίζουν την οπτική πυκνότητα του μέσου (οπτικά όλο και λιγότερο πυκνά μέσα). Το μήκος κύματος του φωτός σε ένα μέσο με εκθέτη n σχετίζεται με το μήκος κύματος στο κενό: .

Αυτό το ανακατασκευασμένο μέτωπο κύματος εικόνας ουσιαστικά δεν διακρίνεται από το αρχικό κύμα που προέρχεται από το αντικείμενο και μπορεί να δημιουργήσει όλα τα οπτικά εφέ μιας πρωτόγονης δέσμης. Διάφορες «προέλευση» ολογραφίας. Υπάρχει μια ψευδής λαϊκή πεποίθηση ότι η επιστήμη είναι μια απρόσωπη, αμερόληπτη και απολύτως αντικειμενική επιχείρηση. Ενώ οι περισσότερες άλλες ανθρώπινες δραστηριότητες κυριαρχούνται από ιδιορρυθμίες και ιδιοτροπίες, η επιστήμη πρέπει να τηρεί τους καθιερωμένους κανόνες διαδικασίας και τις αυστηρές δοκιμές.

Αυτό που θεωρείται αποτέλεσμα, όχι οι άνθρωποι που τα λαμβάνουν. Τίποτα πιο μακριά από την πραγματικότητα. Η επιστήμη, όπως κάθε ανθρώπινη επιχείρηση, είναι μια δραστηριότητα που διευθύνεται από ανθρώπους και υπόκειται εξίσου σε ιδιοτροπίες και ιδιοτροπίες, πάθη και θυσίες, αποτυχίες και επιτυχίες. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα αυτού είναι η αρχή της ολογραφίας. Ο πρώτος ήταν ο Dennis Gabor, ένας Ούγγρος μηχανικός από την Αγγλία, ο εφευρέτης της ολογραφικής τεχνολογίας, την οποία ονόμασε και κέρδισε το Νόμπελ Φυσικής. Υπήρχαν επίσης τρία -και πολύ διαφορετικά- μέρη όπου η ολογραφία έκανε τα πρώτα της βήματα: το βιομηχανικό εργαστήριο μιας εταιρείας ηλεκτρολόγων μηχανικών στο Ράγκμπι της Αγγλίας. ένα κρατικό επιστημονικό ινστιτούτο στο Λένινγκραντ, στην πρώην Σοβιετική Ένωση· και το Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν ταξινομημένο ερευνητικό εργαστήριο που εργάζεται σε έργα για τον Στρατό των Ηνωμένων Πολιτειών στο Willow Run, κοντά στο Ann Arbor.

Προσθήκη κραδασμών, η έννοια της συνοχής.

Στην κλασική κυματική οπτική θεωρούνται μέσα που είναι γραμμικά στις οπτικές τους ιδιότητες, δηλαδή εκείνα των οποίων η διηλεκτρική και μαγνητική διαπερατότητα είναι n.c. από την ένταση του φωτός. Επομένως, η αρχή της υπέρθεσης κυμάτων ισχύει στην κυματική οπτική. Τα φαινόμενα που παρατηρούνται κατά τη διάδοση του φωτός σε οπτικά μη γραμμικά μέσα μελετώνται στη μη γραμμική οπτική. Τα μη γραμμικά οπτικά εφέ γίνονται σημαντικά σε πολύ υψηλές εντάσεις φωτός που εκπέμπεται από ισχυρά λέιζερ. Αφήστε δύο κύματα της ίδιας συχνότητας, υπερτιθέμενα το ένα πάνω στο άλλο, να διεγείρουν ταλαντώσεις ίδιας κατεύθυνσης σε κάποιο σημείο του χώρου:

Λίγο αργότερα, ο Mainman είχε ένα λέιζερ ρουμπίνι. Ωστόσο, το λέιζερ έχει αλλάξει ριζικά αυτή την αντίληψη. Μαζί με την αναβίωση της ολογραφίας, το λέιζερ οδήγησε σε νέες και έντονες εξελίξεις στην οπτική σε πεδία όπως η οπτοηλεκτρονική, η μη γραμμική οπτική ή οι οπτικές επικοινωνίες που συνεχίζονται σήμερα. "Ανοικοδόμηση μέτωπο κύματος» Γκαμπόρ.

Ήταν ο Ιούλιος Βερν και, ίσως ο μεγαλύτερος από όλους τους εφευρέτες, ο Τόμας Έντισον, τα παιδικά είδωλα. Επιπλέον, οι Gabor, von Karman, von Neumann, Szilard, Teller και Wigner γεννήθηκαν στην ίδια περιοχή της Βουδαπέστης. Κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου, η εταιρεία του ήταν αφοσιωμένη στην ανάπτυξη διαφόρων συσκευών για τον βρετανικό στρατό, που σχετίζονται κυρίως με ραντάρ, αλλά ο Gabor αποκλείστηκε από αυτές τις μελέτες, αν και θα μπορούσε να συνεχίσει να εργάζεται εκτός της ασφάλειας της εταιρείας για τη βελτίωση του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου.

Το πλάτος της ταλάντωσης που προκύπτει σε ένα δεδομένο σημείο θα είναι: όπου. Αν η διαφορά φάσης δ των ταλαντώσεων που διεγείρονται από τα κύματα παραμένει σταθερή στο χρόνο, τότε τα κύματα ονομάζονται συνεκτικά.

Παρεμβολή φωτεινών κυμάτων.

Το φαινόμενο της παρεμβολής φωτός συνίσταται στην απουσία άθροισης των εντάσεων

κύματα φωτός όταν υπερτίθενται, δηλ. στην αμοιβαία ενίσχυση αυτών των κυμάτων σε ορισμένα σημεία του χώρου και την εξασθένηση σε άλλα. Απαραίτητη προϋπόθεση για την παρεμβολή των κυμάτων είναι η συνοχή τους. Αυτή η συνθήκη ικανοποιείται από μονοχρωματικά κύματα της ίδιας συχνότητας (κύματα μιας ορισμένης και αυστηρά σταθερής συχνότητας, απεριόριστα στο χώρο). Δεδομένου ότι καμία πραγματική πηγή δεν δίνει αυστηρά μονοχρωματικό φως, τα κύματα που εκπέμπονται από οποιαδήποτε ανεξάρτητη πηγή φωτός είναι πάντα

Με αυτό το όργανο, η ισχύς ανάλυσης των καλύτερων οπτικών μικροσκοπίων αυξήθηκε εκατό φορές, και αυτό ήταν πολύ κοντά στην ανάλυση των ατομικών δομών. Το μήκος κύματος De Broglie που σχετίζεται με γρήγορα ηλεκτρόνια, περίπου το ένα δέκατο του angstrom, ήταν αρκετά μικρό, αλλά τα συστήματα δεν ήταν αρκετά καλά. Ο περιορισμός του οφειλόταν στη σφαιρική εκτροπή των μαγνητικών φακών του μικροσκοπίου. Για να λύσει αυτό το πρόβλημα, ο Gabor έθεσε την ακόλουθη ερώτηση: Γιατί να μην τραβήξετε μια κακή ηλεκτρονική εικόνα, αλλά να περιλάβετε τις πληροφορίες του "όλα", να επαναφέρετε το κύμα και να το διορθώσετε με οπτικές μεθόδους;

ασυνάρτητη (για παράδειγμα, δύο λαμπτήρες). Ωστόσο, λόγω της εγκάρσιας φύσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, οι συνθήκες για τη συνοχή τους δεν είναι ακόμη επαρκείς για να ληφθεί ένα σχέδιο παρεμβολής. Είναι επίσης απαραίτητο ότι οι διακυμάνσεις

Τα διανύσματα Ε των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων των κυμάτων παρεμβολής έγιναν κατά μήκος

ίδιες ή παρόμοιες κατευθύνσεις. Η διάρκεια της διαδικασίας εκπομπής φωτός από ένα άτομο είναι t~10-8 s. Κατά τη διάρκεια αυτής της χρονικής περιόδου, το διεγερμένο άτομο, έχοντας ξοδέψει την περίσσεια ενέργειά του στην ακτινοβολία, επιστρέφει στο

Στο πρώτο βήμα, η εγγραφή με τη δέσμη ηλεκτρονίων ενός ηλεκτρονικού μικροσκοπίου θα δημιουργούσε μια εικόνα παρεμβολής μεταξύ της δέσμης του αντικειμένου και του συνεκτικού φόντου, μια εικόνα που θα καταγραφόταν σε μια φωτογραφική πλάκα. Στο δεύτερο στάδιο, η ανακατασκευή θα φωτιστεί με ορατό φως, το οποίο, με τη διάθλαση του ολογράμματος, θα αποκαταστήσει το αρχικό μέτωπο του κύματος και μπορεί να διορθωθεί για να ληφθεί μια καλή εικόνα. Όπως σημειώθηκε προηγουμένως, για να ληφθούν αντιπαραβαλλόμενες ζώνες παρεμβολής, ήταν απαραίτητο να υπάρχει μια πολύ συνεκτική πηγή φωτός, η οποία δεν ήταν διαθέσιμη εκείνα τα χρόνια.

κανονική (μη διέγερση) κατάσταση και η εκπομπή φωτός από αυτό παύει. Στη συνέχεια, μετά από ένα ορισμένο χρονικό διάστημα, το άτομο μπορεί να διεγερθεί ξανά και να αρχίσει να εκπέμπει φως. Τέτοια ασυνεχής εκπομπή φωτός από άτομα στη μορφή

μεμονωμένοι βραχυπρόθεσμοι παλμοί - συρμοί κυμάτων - είναι χαρακτηριστικός κάθε πηγής φωτός, ανεξάρτητα από τα ειδικά χαρακτηριστικά των διεργασιών που συμβαίνουν στην πηγή και προκαλούν τη διέγερση του ατόμου της.

Το αντικείμενο που χρησιμοποίησε ο Gabor για να εκτελέσει το πρώτο ολόγραμμα ήταν μια διαφανής κυκλική διαφάνεια διαμέτρου μόλις 1,4 mm και περιείχε τα ονόματα τριών φυσικών τους οποίους ο Gabor θεωρούσε σημαντικούς για τη θέσπιση των φυσικών θεμελίων της τεχνικής ανακατασκευής του μετώπου κύματος: Huygens, Young και Fresnel. Ωστόσο, όλοι έχασαν το ενδιαφέρον τους για την ολογραφία κυρίως για δύο λόγους: ο ένας οφείλεται στην αδυναμία επίτευξης βέλτιστων αποτελεσμάτων κατά την εφαρμογή της μεθόδου σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο και ο δεύτερος με το δεύτερο στάδιο της διαδικασίας - την οπτική ανακατασκευή του ολογράμματος. που είναι σαφώς ατελές.

Υπολογισμός του μοτίβου παρεμβολής από δύο πηγές.

Ο υπολογισμός του σχεδίου παρεμβολής για δύο πηγές μπορεί να πραγματοποιηθεί χρησιμοποιώντας δύο στενές παράλληλες σχισμές που βρίσκονται αρκετά κοντά η μία στην άλλη.

Οι ρωγμές είναι σε απόσταση ρεμεταξύ τους και είναι συνεκτικές πηγές φωτός. Παρατηρείται παρεμβολή σε ένα αυθαίρετο σημείο Α της οθόνης παράλληλο και στις δύο σχισμές και βρίσκεται σε απόσταση l από αυτές, με l>>d. Το σημείο αναφοράς επιλέγεται στο σημείο Ο, το οποίο είναι συμμετρικό ως προς τις υποδοχές. Η ένταση σε οποιοδήποτε σημείο Α της οθόνης, που βρίσκεται σε απόσταση x από το Ο, καθορίζεται από τη διαφορά οπτικής διαδρομής (η διαφορά στα οπτικά μήκη των μονοπατιών που διανύουν τα κύματα).

Η μέθοδος Gabor παρήγαγε ένα ολόγραμμα επί άξονα γνωστό ως ολόγραμμα Gabor του οποίου η ποιότητα εικόνας ήταν αρκετά κακή, καθώς το κύριο πρόβλημα είναι ότι όταν το ολόγραμμα ανακατασκευάζεται, παράγονται δύο κύματα, που αποκλίνουν, παρόμοια με το κύμα αντικειμένου, σχηματίζοντας μια εικονική εικόνα πίσω. το ολόγραμμα και η σύγκλιση, που σχηματίζει την πραγματική εικόνα μπροστά από το ολόγραμμα, ονομάζεται συζευγμένη εικόνα. Μπορείτε να δείτε μια εικονική εικόνα ή μια πραγματική, αλλά πάντα με την άλλη χωρίς εστίαση ως φόντο.

Μερικοί από τους συν-συγγραφείς του Gabor έχουν περιγράψει την τεχνική ανακατασκευής μετώπου κύματος ως λευκό ελέφαντα χωρίς, όπως μερικές από τις προηγούμενες εφευρέσεις τους, μια εμπορική προοπτική. Στην αυτοβιογραφία του, ο Gabor επισημαίνει ότι η εφεύρεσή του για την ολογραφία ήταν μια άσκηση ασυνειδησίας, «το δώρο να ανακαλύπτεις πράγματα ακούσια», μια τυχαία και απροσδόκητη επιστημονική ανακάλυψη. Ωστόσο, μετά την εφεύρεση του λέιζερ, η αρχική του ιδέα γέννησε αμέτρητες επιστημονικές και τεχνολογικές εφαρμογές σε μια μεγάλη ποικιλία πεδίων, όλα αδιανόητα για τον Gabor, εκτός από τη δημιουργία ενός νέου μέσου για την τέχνη.

Από το σχήμα έχουμε: που ή . Από τη συνθήκη l>>d προκύπτει ότι επομένως . Αντικατάσταση της ευρεθείσας τιμής Δ στις συνθήκες του μέγιστου και του ελάχιστου συμβολισμού: και

, λαμβάνουμε ότι τα μέγιστα έντασης θα παρατηρηθούν στο , και τα ελάχιστα, στο . Η απόσταση μεταξύ δύο γειτονικών μέγιστων (ή ελάχιστων), που ονομάζεται πλάτος της παρυφής παρεμβολής, είναι ίση με:. Δ Χδεν εξαρτάται από τη σειρά παρεμβολής (τιμή m) και είναι σταθερή για . Δ Χαντιστρόφως ανάλογο του d, ίχνος. με μεγάλη απόσταση μεταξύ των πηγών, για παράδειγμα, ρε≈ μεγάλο, τα μεμονωμένα συγκροτήματα γίνονται δυσδιάκριτα. Από τους δύο προτελευταίους τύπους προκύπτει επίσης ότι το μοτίβο παρεμβολής που δημιουργείται στην οθόνη από δύο συνεκτικές πηγές φωτός είναι μια εναλλαγή φωτεινών και σκούρων λωρίδων παράλληλων μεταξύ τους. Το κύριο μέγιστο που αντιστοιχεί στο m=0 διέρχεται από το σημείο Ο. Πάνω και κάτω από αυτό, σε ίσες αποστάσεις, υπάρχουν μέγιστα (ελάχιστα) της πρώτης (m=1) και άλλες τάξεις. Η περιγραφόμενη εικόνα ισχύει μόνο όταν φωτίζεται με μονόχρωμο φως. Εάν χρησιμοποιείται λευκό φως, τότε τα μέγιστα παρεμβολών για κάθε μήκος κύματος θα μετατοπιστούν μεταξύ τους και θα μοιάζουν με κρόσσια ουράνιου τόξου. Μόνο για m=0, τα μέγιστα όλων των μηκών κύματος συμπίπτουν και θα παρατηρηθεί μια λευκή ζώνη στη μέση της οθόνης.

«Φωτογραφία κυμάτων» του Ντενισιούκ. Αν και ο Gabor ήταν ήδη καθηγητής στο Imperial College του Λονδίνου και σπούδαζε προβλήματα σχετικά με την πυρηνική σύντηξη, γράφοντας για τη σχέση μεταξύ επιστήμης και κοινωνίας, η ομάδα του στη βρετανική εταιρεία ηλεκτρισμού επικεντρώνεται επί του παρόντος στη βελτίωση του σχεδιασμού των εμπορικών ηλεκτρονικών μικροσκοπίων της.

Elkin, ο οποίος του παρείχε ορισμένα υλικά για να συνεχίσει να κατανοεί τα εργαστηριακά πειράματα που ανέπτυξε ο δικός του Denisyuk. Στην πρώιμη έρευνά του για την ολογραφία, ο Ντενισιούκ εμπνεύστηκε διαβάζοντας τη ρωσική επιστημονική φαντασία «Star Courts» του Ρώσου συγγραφέα Yefremov. Σε αυτό, οι αρχαιολόγοι, ενώ εργάζονταν σε ανασκαφές, ανακάλυψαν κατά λάθος μια περίεργη πλάκα. Μετά τον καθαρισμό της επιφάνειας και πίσω από ένα εντελώς διάφανο στρώμα, το πρόσωπο τα κοίταξε. Το πρόσωπο μεγεθύνθηκε με κάποια οπτική διαδικασία, είχε τρεις διαστάσεις και ρεαλισμό, ειδικά στα μάτια του.

Χωρική και χρονική συνοχή.

Οποιοδήποτε μονόχρωμο φως μπορεί να αναπαρασταθεί ως ένα σύνολο διαδοχικών ανεξάρτητων αρμονικών συρμών. Η μέση διάρκεια ενός τρένου ονομάζεται χρόνος συνοχής. Η συνοχή υπάρχει μόνο σε ένα μόνο τρένο και ο χρόνος συνοχής δεν μπορεί να υπερβαίνει τον χρόνο ακτινοβολίας, . Εάν ένα κύμα διαδίδεται σε ένα ομοιογενές μέσο, τότε η φάση των ταλαντώσεων σε ένα ορισμένο σημείο του χώρου διατηρείται μόνο κατά τη διάρκεια του χρόνου συνοχής. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, το κύμα διαδίδεται στο κενό σε απόσταση ονομάζεται μήκος συνοχής. Επομένως, η παρατήρηση της παρεμβολής φωτός είναι δυνατή μόνο σε διαφορές οπτικής διαδρομής μικρότερες από το μήκος συνοχής για τη χρησιμοποιούμενη πηγή φωτός. Όσο πιο κοντά είναι το κύμα στο μονοχρωματικό, τόσο μικρότερο είναι το πλάτος του φάσματος συχνοτήτων του και τόσο μεγαλύτερος είναι ο χρόνος συνοχής του και επομένως το μήκος συνοχής. Η συνοχή των ταλαντώσεων που συμβαίνουν στο ίδιο σημείο του χώρου, που καθορίζεται από το βαθμό μονοχρωματικότητας των κυμάτων, ονομάζεται χρονική συνοχή.Μαζί με τη χρονική συνοχή, για να περιγραφούν οι συνεκτικές ιδιότητες των κυμάτων σε ένα επίπεδο κάθετο προς την κατεύθυνση διάδοσής τους, εισάγεται η έννοια χωρική συνοχή.Δύο πηγές των οποίων οι διαστάσεις επιτρέπουν (με τον απαραίτητο βαθμό μονοχρωματικότητας του φωτός) να παρατηρούν παρεμβολές ονομάζονται χωρικά συνεκτικό.

Ο Denisyuk είχε την ιδέα να δημιουργήσει τέτοιες φωτογραφίες με σύγχρονα οπτικά, την οποία πέτυχε αργότερα μέσω του λεγόμενου ολογράμματος ανάκλασης. Αυτός ο τύπος ολογράμματος, που πήρε το όνομά του από τον εφευρέτη του, το ολόγραμμα Denisyuk, είναι η ιδιότητα ότι η ανακατασκευή του πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας λευκό φως.

Το αντικείμενο το τοποθέτησε δίπλα στη μία πλευρά της πλάκας και φώτισε την άλλη πλευρά με μια φιλτραρισμένη δέσμη φωτός από μια λάμπα υδραργύρου. Το φωτεινό κύμα, περνώντας μέσα από την πλάκα, χτυπά το αντικείμενο και το κύμα που εκτρέπεται από αυτό εμποδίζει το προσπίπτον κύμα, οδηγώντας στην εμφάνιση της εικόνας στάσιμα κύματαπου μπορεί να καταγραφεί σε φωτογραφικό πιάτο. Αυτή η πλάκα, μόλις εντοπιστεί, φωτίζεται με μια δέσμη ανάκτησης λευκού φωτός και το αντικείμενο εμφανίζεται στην αρχική του θέση και περίπου στο ίδιο χρώμα με το φως που χρησιμοποιείται στην εγγραφή.

Μήκος οπτικής διαδρομής.

Ας γίνει ο διαχωρισμός σε δύο συνεκτικά κύματα σε ένα συγκεκριμένο σημείο O. Στο σημείο M, στο οποίο παρατηρείται το σχέδιο παρεμβολής, το ένα κύμα έχει διανύσει μια διαδρομή ως αποτέλεσμα διάθλασης, το δεύτερο - σε ένα μέσο - μια διαδρομή. Αν στο σημείο Ο η φάση ταλάντωσης είναι ίση με ω t, τότε στο σημείο Μ το πρώτο κύμα θα διεγείρει μια ταλάντωση δεύτερο κύμα - ταλάντευση Οπου είναι η ταχύτητα φάσης του πρώτου και του δεύτερου κύματος. Προϊόν γεωμετρικού μήκους μικρόη διαδρομή ενός φωτεινού κύματος σε ένα δεδομένο μέσο προς τον δείκτη διάθλασης αυτού του μέσου ονομάζεται οπτικό μήκος κύματος L, a είναι η διαφορά στα οπτικά μήκη των διαδρομών που διανύθηκαν - η διαφορά οπτικής διαδρομής. Εάν η διαφορά οπτικής διαδρομής είναι ίση με έναν ακέραιο αριθμό κυμάτων στο κενό, τότε οι ταλαντώσεις που διεγείρονται στο σημείο Μ και από τα δύο κύματα θα συμβούν στην ίδια φάση. Επομένως, αυτό είναι το μέγιστο. Εάν η διαφορά οπτικής διαδρομής Οτι και οι ταλαντώσεις που διεγείρονται στο σημείο Μ και από τα δύο κύματα θα συμβούν σε αντιφάση. Επομένως min..

Ο Denisyuk αργότερα μετάνιωσε που δεν χρησιμοποίησε ανάγλυφα αντικείμενα όπως νομίσματα, καθώς θα είχε αποδείξει την ικανότητα να χρησιμοποιεί την τεχνική του για να σχηματίζει εικόνες τρισδιάστατων αντικειμένων, κάτι που αναμφίβολα θα έκανε την έρευνά του πιο επιτυχημένη.

Η κυματική φωτογραφία του Denisyuk, που στην αρχή έγινε δεκτή με μεγάλο σκεπτικισμό και μάλιστα με κάποια περιφρόνηση, έπαιξε έναν υπερβατικό ρόλο στην περαιτέρω εξέλιξη της ολογραφίας. «Φωτογραφία χωρίς γυαλιά» του Leith. Ωστόσο, αυτή η δήλωση είναι εσφαλμένη. Ένα από αυτά τα περιβάλλοντα, εντελώς αόρατο στη Δύση, ήταν το Ινστιτούτο του Λένινγκραντ. Ο Βαβίλοφ, η πρώην Σοβιετική Ένωση, όπου ο Ντενισιούκ εργάστηκε στη φωτογραφία κυμάτων του. Το άλλο ήταν ένα διαβαθμισμένο εργαστήριο στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν, κοντά στο Ann Arbor στις Ηνωμένες Πολιτείες, όπου ο Leith πραγματοποίησε μια τρίτη ανεξάρτητη διατύπωση ολογραφίας.

Μέθοδοι για τη λήψη μοτίβων παρεμβολών.

Για την εφαρμογή της παρεμβολής φωτός, είναι απαραίτητο να ληφθούν συνεκτικές δέσμες φωτός, για τις οποίες χρησιμοποιούνται διάφορες τεχνικές. Πριν από την εμφάνιση των λέιζερ σε όλες τις συσκευές για την παρατήρηση της παρεμβολής του φωτός, λαμβάνονταν συνεκτικές δέσμες με διαχωρισμό και στη συνέχεια συνένωση ακτίνων φωτός που προέρχονται από την ίδια πηγή. Στην πράξη, αυτό μπορεί να γίνει με τη βοήθεια οθονών και υποδοχών, καθρεπτών και διαθλαστικών σωμάτων.

Αναλύοντας τα μαθηματικά πίσω από τη διαδικασία, διαπίστωσε ότι στις φωτογραφίες κατέγραφε στην πραγματικότητα το μοτίβο παρεμβολής των κυμάτων ραντάρ: ο Leith μόλις είχε εφεύρει την ολογραφία. Οι Leith και Upatnieks αναπτύχθηκαν διάφορους τρόπουςνα ξεπεράσει το πρόβλημα των διπλών εικόνων που βασάνιζε τόσο πολύ τον Γκαμπόρ και ανέπτυξε τη μέθοδο των λοξών δοκών αναφοράς. Χρησιμοποιώντας την προηγούμενη εργασία του, ο Leith υιοθέτησε την αρχή του ραντάρ δίπλα-δίπλα και, στα πρώτα του πειράματα στην ολογραφία, εκτόπισε τη δέσμη αναφοράς από την κατεύθυνση της δέσμης του αντικειμένου.

Εφηύραν το ολόγραμμα εκτός άξονα, γνωστό και ως ολόγραμμα Leith και Upatnieks, στο οποίο το αντικείμενο και τα κύματα αναφοράς δρουν στην ίδια επιφάνεια μιας φωτογραφικής πλάκας, αλλά υπό γωνία μεταξύ τους. Με αυτό το νέο σχήμα εγγραφής, οι εικονικές και οι πραγματικές εικόνες διαχωρίζονται γωνιακά στο στάδιο της ανακατασκευής και το πρόβλημα των διπλών εικόνων του Gabor λύνεται.

1. Μέθοδος Young.

Η πηγή φωτός είναι μια έντονα φωτισμένη σχισμή S, από την οποία κύμα φωτόςπροσπίπτει σε δύο στενές σχισμές ισαπέχουσες και παράλληλες με τη σχισμή S. Έτσι, οι σχισμές παίζουν το ρόλο των συνεκτικών πηγών. Το μοτίβο παρεμβολής (η περιοχή BC) παρατηρείται στην οθόνη E, που βρίσκεται σε μια ορισμένη απόσταση παράλληλα.

Στα πρώτα ολογράμματα εκτός άξονα που έγιναν από τους Leith και Upatnieks, χρησιμοποίησαν δισδιάστατα αντικείμενα: μαύρα κείμενα σε λευκό φόντο, διαφανή κείμενα σε μαύρο φόντο και ασπρόμαυρες φωτογραφίες. Στο τέλος των δεκαπέντε λεπτών της έκθεσής του, ανακοίνωσε στο κοινό ότι στο δωμάτιο του ξενοδοχείου μπορούσαν να δουν ένα ολόγραμμα ενός τρισδιάστατου αντικειμένου. Όταν το ολόγραμμα φωτίστηκε ελαφρά από το φως λέιζερ, εμφανίστηκε μια τρισδιάστατη εικόνα που είχε όλες τις ιδιότητες του αρχικού αντικειμένου. Δεν ήταν μια συζήτηση για τον Upatnieks, αλλά μια παρατήρηση αυτού του ολογράμματος, που πραγματικά επηρέασε όλους τους παρευρισκόμενους στη συνάντηση.

2. Καθρέφτες Fresnel.

Το φως από μια πηγή S πέφτει σε μια αποκλίνουσα δέσμη σε δύο επίπεδα κάτοπτρα u, που βρίσκονται σε σχέση μεταξύ τους σε γωνία μόνο ελαφρώς διαφορετική από (γωνιακή). Οι ακτίνες φωτός που αντανακλώνται και από τους δύο καθρέφτες μπορούν να θεωρηθούν ότι προέρχονται από φανταστικές πηγές, οι οποίες είναι φανταστικές εικόνες μικρόσε καθρέφτες. Οι φανταστικές πηγές είναι αμοιβαία συνεπείς και οι δέσμες φωτός που προέρχονται από αυτές, συναντώνται μεταξύ τους, παρεμβαίνουν στην περιοχή της αμοιβαίας επικάλυψης (αυτή είναι η έγχρωμη περιοχή στο σχήμα). Το μοτίβο παρεμβολής παρατηρείται στην οθόνη στην οθόνη Ε, προστατευμένη από το άμεσο φως με ένα κλείστρο Z

Μπορούμε να φανταστούμε μια μακρά σειρά ειδικών οπτικών που περιμένουν ανυπόμονα τη σειρά τους. Ο συνδυασμός του φωτός λέιζερ με την τεχνολογία εκτός άξονα έχει ανοίξει τον κόσμο της ολογραφίας στον πραγματικό κόσμο των 3D αντικειμένων. Η ιδέα της ανακατασκευής μετώπου κύματος Gabor ως μια νέα μορφή μικροσκοπίας που ενδιέφερε μόνο λίγους ερευνητές και στη συνέχεια εγκαταλείφθηκε. Η μαγική φωτογραφία του Denisyuk ως τρόπος λήψης τρισδιάστατων εικόνων από τη φωτογραφία του Lippmann, που αρχικά έπεισε λίγους επιστήμονες. και όχι οι φακοί των Leith και Upatnieks, διατύπωσαν ως αφετηρία μια θεωρία επικοινωνίας από μελέτες που σχετίζονται με το ραντάρ συνθετικού διαφράγματος.

3. Διπρισμός Fresnel.

Αποτελείται από δύο πανομοιότυπα αναδιπλωμένα πρίσματα με μικρές διαθλαστικές γωνίες. Το φως από την πηγή S διαθλάται και στα δύο πρίσματα, με αποτέλεσμα ακτίνες φωτός να διαδίδονται πίσω από το δίπρισμα, σαν να προέρχονται από φανταστικές πηγές και να είναι συνεκτικές. Έτσι, συνεκτικές δοκοί υπερτίθενται στην επιφάνεια της οθόνης (στην έγχρωμη περιοχή) και παρατηρούνται παρεμβολές.

Παρεμβολή σε λεπτές μεμβράνες.

Στη φύση, μπορεί κανείς συχνά να παρατηρήσει ιριδίζοντες χρωματισμούς λεπτών μεμβρανών (μεμβράνες λαδιού σε νερό, σαπουνόφουσκες κ.λπ.) που προκύπτουν από την παρεμβολή του φωτός που ανακλάται από δύο επιφάνειες φιλμ. Έστω ένα επίπεδο μονοχρωματικό κύμα να προσπίπτει σε ένα επίπεδο παράλληλο διαφανές φιλμ με δείκτη διάθλασης n και πάχος d υπό γωνία i (για απλότητα, θεωρήστε μια δέσμη).

Στην επιφάνεια της μεμβράνης στο σημείο Ο, η δέσμη χωρίζεται σε δύο: εν μέρει ανακλάται από την επάνω επιφάνεια της μεμβράνης και μερικώς διαθλάται. Η διαθλασμένη δέσμη, έχοντας φτάσει στο σημείο C, θα διαθλαστεί εν μέρει στον αέρα (), και θα ανακλαστεί εν μέρει και θα πάει στο σημείο Β. Εδώ θα ανακλαστεί και πάλι εν μέρει (δεν θα θεωρήσουμε αυτή την πορεία της δέσμης στο μέλλον λόγω σε χαμηλή ένταση) και διαθλούν, αφήνοντας τον αέρα υπό γωνία i. Οι δέσμες 1 και 2 που αναδύονται από το φιλμ είναι συνεκτικές εάν η οπτική διαφορά μεταξύ των διαδρομών τους είναι μικρή σε σύγκριση με το μήκος συνοχής του προσπίπτοντος κύματος. Εάν τους βάλετε έναν συγκλίνοντα φακό, τότε θα συγκλίνουν σε ένα από τα σημεία P του εστιακού επιπέδου του φακού και θα δώσουν ένα μοτίβο παρεμβολής, το οποίο καθορίζεται από τη διαφορά οπτικής διαδρομής μεταξύ των ακτίνων παρεμβολής. Η διαφορά οπτικής διαδρομής που εμφανίζεται μεταξύ δύο παρεμβαλλόμενων δεσμών από το σημείο Ο έως το επίπεδο ΑΒ: όπου ο δείκτης διάθλασης του περιβάλλοντος λαμβάνεται ίσος με 1 και οφείλεται στην απώλεια ενός μισού κύματος όταν το φως ανακλάται από τη διεπαφή. Αν, τότε η απώλεια του μισού κύματος θα συμβεί στο σημείο Ο (Γ) και θα έχει πρόσημο μείον (συν).

Ρίγες ίσου πάχους και ίσης κλίσης.

Λωρίδες ίσης κλίσης (παρεμβολή από επίπεδο-παράλληλη πλάκα).

Το σχέδιο παρεμβολής σε επίπεδες παράλληλες πλάκες (μεμβράνες) καθορίζεται από τις ποσότητες . Για δεδομένα, ρε, nκάθε κλίση των δοκών i έχει το δικό της κρόσσι παρεμβολής.

Τα κρόσσια παρεμβολής που προκύπτουν από την επιβολή ακτίνων που προσπίπτουν σε ένα επίπεδο-παράλληλη πλάκα στις ίδιες γωνίες ονομάζονται κρόσσια ίσης κλίσης. Οι δοκοί 1 'και 1' αντανακλώνται από την άνω και κάτω όψη της πλάκας, παράλληλες μεταξύ τους, αφού η πλάκα είναι επίπεδο-παράλληλη. Επομένως, οι παρεμβαλλόμενες δέσμες 1' και 1" "τέμνονται" μόνο στο άπειρο. Για την παρατήρησή τους χρησιμοποιείται ένας συγκλίνοντας φακός και μια οθόνη (Ε) που βρίσκεται στο εστιακό επίπεδο του φακού. Οι παράλληλες δέσμες 1' και 1" θα συγκλίνουν στην εστία F του φακού και άλλες δέσμες παράλληλες στη δέσμη 1 θα φτάσουν στο ίδιο σημείο, με αποτέλεσμα την αύξηση της συνολικής έντασης. Οι δοκοί 3, με κλίση σε διαφορετική γωνία, θα συγκεντρωθούν σε διαφορετικό σημείο στο εστιακό επίπεδο του φακού. Εάν ο οπτικός άξονας του φακού είναι κάθετος στην επιφάνεια της πλάκας, οι ζώνες ίσης κλίσης θα μοιάζουν με ομόκεντρους δακτυλίους με κέντρο στο εστιακό σημείο του φακού.

Πολύ με απλό τρόποΗ μέτρηση του βαθμού χωρικής συνοχής μεταξύ δύο σημείων ενός φωτεινού κύματος είναι μια μέθοδος που χρησιμοποιεί το συμβολόμετρο Young (Εικ. 7.3). Αυτό το συμβολόμετρο αποτελείται από την οθόνη 1, στην οποία υπάρχουν οπές σε σημεία, αντίστοιχα, και την οθόνη 2,

στην οποία το φως που περνά μέσα από τις δύο αυτές τρύπες δημιουργεί ένα μοτίβο παρεμβολής. Πιο συγκεκριμένα, η παρεμβολή στο σημείο P σε μια χρονική στιγμή θα προκύψει ως αποτέλεσμα της υπέρθεσης κυμάτων που εκπέμπονται από σημεία αντίστοιχα σε χρονικά σημεία. Επομένως, τα κρόσσια παρεμβολής που παρατηρούνται στην οθόνη 2 κοντά στο σημείο P θα είναι τα πιο ευδιάκριτη, τόσο καλύτερη είναι η συσχέτιση μεταξύ των δύο αναλυτικών σημάτων του φωτεινού κύματος όπου είναι οι συντεταγμένες των σημείων Σημειώστε ότι ο χρόνος ολοκλήρωσης T στην έκφραση για τη συνάρτηση συσχέτισης [βλ. (7.13)] ισούται τώρα με τον χρόνο εγγραφής της μπάντας (για παράδειγμα, ο χρόνος έκθεσης μιας φωτογραφικής πλάκας). Εάν τώρα το σημείο P στην οθόνη επιλεγεί με τέτοιο τρόπο ώστε η ορατότητα των κροσσών στην περιοχή του σημείου P να είναι ένα μέτρο του βαθμού χωρικής συνοχής μεταξύ των σημείων. Για να είμαστε πιο ακριβείς, ορίζουμε την ορατότητα των κροσσών στο σημείο P ως εξής:

εδώ είναι η μέγιστη ένταση της φωτεινής ζώνης και είναι η ελάχιστη ένταση της σκοτεινής ζώνης κοντά στο σημείο P. Εάν και οι δύο τρύπες 1 και 2 δίνουν τον ίδιο φωτισμό στο σημείο P και εάν το κύμα έχει πλήρη χωρική συνοχή, τότε, λοιπόν, η ορατότητα των συγκροτημάτων. Στην περίπτωση που τα σήματα στα σημεία είναι εντελώς ασυσχετισμένα (δηλαδή ασυνάρτητα), οι ζώνες εξαφανίζονται (δηλαδή, έχουμε, έτσι, την ορατότητα των ζωνών. Σύμφωνα με όσα αναφέρθηκαν στην Ενότητα 7.5.1, γίνεται προφανές ότι η τιμή πρέπει να σχετίζεται με το συντελεστή συνάρτησης. Γενικότερα, για οποιοδήποτε σημείο P στην οθόνη, αναμένουμε ότι η τιμή θα σχετίζεται με το συντελεστή συνάρτησης όπου .Στο τέλος αυτής της ενότητας, θα επαληθεύσουμε πράγματι ότι εάν δύο τότε οι τρύπες δίνουν τον ίδιο φωτισμό στο σημείο P

Έτσι, η μέτρηση της ορατότητας των κροσσών παρεμβολής σε ένα σημείο P, έτσι ώστε να επιτρέπει σε κάποιον να αποκτήσει τον βαθμό χωρικής συνοχής μεταξύ των σημείων

Ρύζι. 7.3. Εφαρμογή του συμβολόμετρου Jupg για τη μέτρηση του βαθμού χωρικής συνοχής ηλεκτρομαγνητικό κύμαμεταξύ σημείων

Το συμβολόμετρο Michelson (Εικόνα 7.4) παρέχει μια πολύ απλή μέθοδο για τη μέτρηση της χρονικής συνοχής. Έστω σε κάποιο σημείο P απαιτείται να μετρηθεί η χρονική συνοχή του κύματος. Ένα οπτικό σύστημα που αποτελείται από μια οθόνη με μια μικρή οπή στο σημείο P και έναν φακό του οποίου η κύρια εστίαση συμπίπτει με το σημείο P καθιστά δυνατό τον μετασχηματισμό του προσπίπτοντος κύματος σε επίπεδο (βλ. επίσης Εικ. 7.9).

Ρύζι. 7.4. α - Συμβολόμετρο Michelson για τη μέτρηση του βαθμού χρονικής συνοχής ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος στο σημείο P. β - εξάρτηση της έντασης του φωτός που αναδύεται προς την κατεύθυνση της διάδοσης του κύματος C από τη διαφορά μεταξύ των μηκών των βραχιόνων του συμβολόμετρου.

Αυτό το κύμα στη συνέχεια προσπίπτει σε ένα μερικώς ανακλαστικό κάτοπτρο (με ανάκλαση R = 50%), το οποίο το χωρίζει σε δύο κύματα Α και Β. Αυτά τα κύματα αντανακλώνται πίσω από τους καθρέφτες και στη συνέχεια προστίθενται για να σχηματίσουν το κύμα Γ. Δεδομένου ότι τα κύματα Α και Β. B παρεμβολή, ο φωτισμός προς την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος C θα είναι είτε μεγαλύτερος είτε μικρότερος, ανάλογα με το αν ο αριθμός των ημικυμάτων είναι άρτιος ή περιττός. Προφανώς, τέτοια παρεμβολή θα παρατηρηθεί μόνο μέχρις ότου η διαφορά γίνει τόσο μεγάλη ώστε δύο δέσμες Α και Β αποδεικνύονται ασυσχετισμένες στη φάση. Έτσι, για ένα μερικώς συνεκτικό κύμα, η εξάρτηση της έντασης κύματος C από το μέγεθος έχει τη μορφή που φαίνεται

στο σχ. 7.4β. Σε αυτήν την περίπτωση, μπορούμε και πάλι να προσδιορίσουμε την ορατότητα των κροσσών παρεμβολής χρησιμοποιώντας την έκφραση (7.20) για κάποια δεδομένη τιμή της διαφοράς μεταξύ των μηκών των βραχιόνων συμβολόμετρου, δηλαδή για μια δεδομένη τιμή της καθυστέρησης μεταξύ δύο ανακλώμενων κυμάτων, οι τιμές προσδιορίζεται σύμφωνα με το Σχ. 7.4β. Όπως και στην περίπτωση του συμβολόμετρου Young, μπορεί να αποδειχθεί ότι

πού είναι η συντεταγμένη του σημείου P. Επομένως, τώρα η μέτρηση της ορατότητας των κροσσών παρεμβολής μας επιτρέπει να λάβουμε τον βαθμό χρονικής συνοχής του κύματος στο σημείο P. Εάν η συνάρτηση είναι γνωστή, τότε μπορούμε να βρούμε τη συνοχή χρόνος, επομένως το μήκος συνοχής Σημειώστε ότι η τιμή είναι ίση με το διπλάσιο της διαφοράς μεταξύ των μηκών των βραχιόνων συμβολόμετρου, κατά την οποία η τιμή ορατότητας πέφτει στην τιμή

Τελειώνουμε αυτήν την ενότητα με μια απόδειξη σχέσης (7.21), η οποία μπορεί επίσης να χρησιμεύσει ως άσκηση για την εφαρμογή του αναλυτικού σήματος. Παρόμοιες εκτιμήσεις μπορούν να εφαρμοστούν στην απόδειξη της σχέσης (7.22). Υποδηλώστε με το αναλυτικό σήμα στο σημείο P που φαίνεται στο Σχ. 7.3, στο χρόνο Επειδή οφείλεται στην υπέρθεση των σημάτων που προέρχονται από κάθε τρύπα (βλ. Εικ. 7.3), μπορεί να γραφτεί ως

όπου οι πολλαπλασιαστές είναι αντιστρόφως ανάλογοι με τις αποστάσεις και εξαρτώνται επίσης από το μέγεθος των οπών και τη γωνία μεταξύ του προσπίπτοντος κύματος και του κύματος που διαθλάται από τις τρύπες. ), επομένως προκύπτει ότι