Техника - молодёжи 1970-10, страница 24

ливали световые поля весьма неточно: кроме истинного изображения объекта, появлялось ложное — «тень тени». Оба изображения одновременно попадали в глаз наблюдателя. От искажений нельзя было избавиться. Кроме того, по методу Габора изображения напоминали темные силуэты. Поэтому о возможности применения голографии для получения изображений естественных предметов сначала даже не упоминалось. Метод развивался исключительно в применении к некоторым задачам электронной и рентгеновской микроскопии.

В 1958 году, приступив к исследованиям в области голографии, я увлекся мечтой — создать технику для воспроизведения полной иллюзии изображаемого объекта. Вскоре выяснилось, что метод Габора — частный случай гораздо более общего и интересного явления: оптические свойства объекта отображаются объемной моделью стоячих волн.

Предположим, детский мячик облучается монохроматическим источником. Отраженное объектом излучение, складываясь с падающей опорной волной, образует в пространстве вокруг объекта стационарную трехмерную картину распределения света и тени — так называемые стоячие волны. В таком волновом поле области с максимальной интенсивностью света складываются в слоистую структуру с весьма сложной конфигурацией.

Если же подобную трехмерную картину стоячих волн зарегистрировать в объеме, заполненном прозрачной светочувствительной эмульсией, то полученная структура явится своеобразным оптическим эквивалентом мячика. Когда на засвеченную эмульсию снова направляется излучение опорного источника, то она отразит это излучение точно так же, как и объект: поле света, отраженного такой структурой, точно совпадает с полем света, отражаемого объектом. Наблюдателю покажется, будто он видит единственное пространственное изображение объекта. Ложного изображения и искажений нет. Объект может быть произвольным, не обязательно в виде тонких линий. Изображение получается не «на просвет», а «на отражение». Другими словами, оно выглядит нормально и не представляет собою темный силуэт на светлом фоне, как это было по методу Габора. Более того, восстановление изображения по засвеченному толстому слою эмульсии можно осуществлять с помощью обычного источника со сплошным спектром (например,

лампы накаливания или солнечного света) — голограмма отразит излучение того спектрального состава, которое падало на объект при записи. Если, скажем, осветить мячик источником из трех разноцветных лазеров, то реконструируемое изображение будет таким же цветным, что и реальный объект.

А метод Габора всего лишь обедненный фрагмент, когда на голограмме регистрируется не вся объемная картина стоячих волн, окружающая мячик, а лишь плоское сечение рассеянного волнового поля в области, расположенной за объектом.

Голограмма с записью в трехмерной среде — наиболее совершенное изображение, известное оптике в настоящее время. Окидывая одним взглядом путь, пройденный от пиктографии до объемной копии оригинала, можно попытаться наметить общую тенденцию науки о создании образов.

Обычно голограмму рассматривают как некое приспособление, воспроизводящее волновые поля. Более точно голограмму можно определить как материальную структуру, которая отражает излучение так же, как и сам заснятый на ней объект. Если это так, то можно предположить, что между структурой голограммы и структурой объекта должно быть нечто общее.

Например, если в качестве объекта взять выпуклое зеркало, то голограмма сама как бы станет зеркалом — она будет отражать и фокусировать излучение так же, как и зеркало — оригинал.

Вникнем в сущность «светового копирования» поглубже. Дело не сводится к копированию общей формы того же мячика. Взаимодействие световых волн с веществом объекта — очень тонкий эффект. Ведь материя, как известно, тоже имеет волновую природу, похожа на сплошную прихотливо колеблющуюся зыбь. Все на свете как бы состоит из волн-синусоид. Любой объект можно разложить в набор таких синусоид, в так называемый «интеграл Фурье».

Если осветить материальную вещь с разных сторон, то все большее количество этих синусоид будет взаимодействовать со светом и фиксироваться на голограмме, а распределение вещества в голограмме будет все больше и больше совпадать с распределением вещества в объекте.

Таким образом, стремясь получить изображение поточнее, мы фактически получаем точную материальную копию вещи.

Отнюдь не исключено, что, развивая и совершенствуя го-лограммный метод, мы придем в конце концов к буквальному воспроизведению матер иальных тел.

А может быть, такой процесс уже происходит в природе? Действительно, мы знаем, например, что квант рентгеновского излучения может превратиться в две частицы — электрон и позитрон. Известно также, что этот процесс может протекать только в том случае, если квант взаимодействует с материальным телом. Вполне вероятно, что в основе превращения света в вещество лежит нечто вроде трехмерной голографии: встречаясь с электроном, квант использует его как своеобразную матрицу и снимает с него копию по законам трехмерной голограммы.

Подобные гипотетические предположения можно усилить, привлекая другие -факты из странного мира квантовой электродинамики и современных единых теорий материи, в которых свету отводится исключительная роль. Мир, с точки зрения современной физики, как бы соткан светом, чем-то напоминает сплошную голограмму.

Необозримы практические приложения голографии с записью в трехмерной среде. С ее помощью нетрудно создать полную иллюзию изображаемых предметов. Это копии произведений искусства, рекламы, в дальнейшем объемные кино и телевидение.

На голограмме фиксируются не только общие контуры предмета, но и сведения о всех малейших штрихах и царапинах на его поверхности. Например, две одинаковые детали, изготовленные с помощью одного и того же штампа, кажутся совершенно различными, так как микроструктура поверхности этих тел, вообще говоря, различна. Точность измерения деформаций деталей составляет тысячные и десятитысячные доли миллиметра.

Преимущества и блестящие перспективы голографии очевидны. Мало того, что почти всю информацию об окружающей действительности мы получаем прежде всего через световые поля, регистрируемые голограммой с необычайной полнотой. Самое главное— идеи голографии полнее открывают новое «световое» измерение мира, в котором мы живем.

РАБОТЫ ЛАУРЕАТОВ ЛЕНИНСКИХ ПРЕМИЙ

21