Техника - молодёжи 1971-08, страница 23

вашем журнале (№ 6, 1967 г. и Jfc 10, 1970 г.) я читал статьи об оптической голографии — новом способе фотографирования. Изображение получается трехмерным. Но я слышал, что сейчас появился новый вид голографии — акустическая. С помощью звуковых волн можно увидеть (в объеме) предметы, расположенные в непрозрачных средах. Расскажите об этом подробнее».

В. НЕНАХОВ, учитель г. Куйбышев

АКУСТИЧЕСКАЯ ГОЛОГРАФИЯ

Аш Мезерелл (США) -

Представим себе, что мы вдруг обрели способность видеть человеческое тело полупрозрачным, с ясно различимыми костями, кровеносными сосудами, мускулами и мягкими тканями. Фантастическая картина? Однако акустическая голография скоро сделает это возможным. В отличие от рентгеновских лучей просвечивающий звук абсолютно безвреден. Поэтому новый метод можно будет применять для физиологических обследований. Даже определение пола ребенка во чреве матери станет пустяковым делом.

Уже сейчас нетрудно указать другие применения для акустической голографии. Она позволит океанографам наблюдать огромные области морского дна. При работах на глубине видимость подчас уменьшается до 1 м. Звук с частотой 1 Мгц и выше, с длиной волны 1,55 мм и менее может эффективно проникать в облака ила и давать изображение с достаточно высоким разрешением.

Геофизики увидят трехмерные изображения горных пород, расположение минералов и нефтяных полей. Археологи, не производя никаких раскопок, — исторические сокровища.

Предположим, что нам нужно получить оптическую голограмму шахмат. Сначала фигуры освещают лазером так, чтобы свет, отраженный от них, падал на фотопластинку. Одновременно предусмотрено, что часть света — опорный пучок — попадает на пластинку прямо от лазера. Когда фотопластинка будет проявлена и поставлена обратно на то же самое место (шахмат теперь уже нет), при освещении ее лазером мы увидим объемное изображение.

С самого начала топографических исследований было ясно, что можно записать голограмму на одной длине волны, а восстанавливать на другой. Следовательно, голограмма может быть записана на звуковых волнах, а восстановлена светом. Этот прием и называется акустической голографией.

Хотя оригинальные работы Д. Габора появились в 1947 году, исследования по акустической голографии не проводились до середины 60-х годов. В ранних экспериментах различных исследовательских групп независимо развивались три различных метода. Первый — метод левитации водной поверхности (ЛВП). Если ультразвук источника направлен вверх, водная гладь вспучивается до тех пор, пока сила тяжести и поверхностное натяжение не сбалансируют акустическое давление. От двух источников — два пучка. Пересекаясь, они образуют интерференционную картину, которая проявляется в виде ряби на поверхности. Если один из пучков облучает предмет, узор ряби дает его акустическую голограмму. Чтобы сразу же восстановить голограмму, необходимо осветить поверхность лазером (рис. 1). Действительное изображение объекта возникает ниже уровня воды, а сопряженное — выше. Из-за различия длин волн звука и света изображения

будут гораздо дальше от поверхности, чем реальный предмет, и их обычно приходится рассматривать в телескоп.

С методом ЛВП связаны две трудности: в о - п е р -в ы х, поверхность воды чувствительна к вибрациям, которые стремятся разорвать голограмму, и, в о - в т о -р ы х, когда акустические интенсивности в «предметном» и опорном пучках не уравновешены, возникает поверхностное движение воды, опять-таки разрушающее топографическую картину. Несмотря на эти недостатки, метод ЛВП имеет то преимущество, что он сравнительно прост и требует минимального количества приборов.

Второй метод для записи подводных ультразвуковых голограмм использует точечный детектор. Его растр сканирует плоскость под поверхностью воды (рис. 2). Электрические колебания от детектора подаются на миниатюрную лампу. Камера с временной экспозицией регистрирует изменение интенсивности лампы на пленку. Полученная таким путем фотография — акустическая голограмма. Этот метод нечувствителен к поверхностным колебаниям и перемещениям. Однако и у него есть недостатки. Времени на сканирование уходит больше часа, к тому же нужна особая тщательность при работе, ибо голограмма состоит из кусочков, а не представляет собой непрерывной записи.

Чтобы избежать этих неприятностей, можно использовать набор детекторов. Правда, они должны быть так же плотно расположены, как и точки -на полутоновой фотографии (порядка 1000 X 1000, то есть 1 млн. элементов). Задача технически сложная, но, увы, иначе, видимо, нельзя получить изображения обширных подводных участков.

При использовании ультразвуковых волн (от 1 до 10 Мгц) лучше всего сканировать с помощью трубки Соколова (рис. 3). Изобретенное в 1938 году устройство это состоит из замкнутой телевизионной системы. Передняя стенка экрана трубки заменена тонкой резонирующей пластинкой пьезоэлектрика. Акустический образ проецируется на кристалл и заставляет его вибрировать. Изображение затем передается как осциллирующее напряжение пьезоэлектрика на заднюю стенку экрана (вакуумную сторону), которая сканируется (всего за 0,03 сек.) движущимся пятном от электронной пушки. Фотографируя переднюю поверхность телевизионного экрана, можно восстановить акустическую голограмму.

Кое-кто из исследователей попытался модернизировать систему Соколова. Было создано устройство, позволяющее получать изображение на специальной катодной трубке. Экран ее сделан из особого типа кристаллов, способных изменять коэффициент преломления пропорционально прилагаемому напряжению. Идея состоит в том, чтобы показать акустическую голограмму не как распределение интенсивностей, а как картину изменения показателя преломления. Просветив См. окончание на стр. 22

20