Що таке голографія - історія виникнення

Голографія виникла в 1948 р, коли англійський фізик Габор вперше ввів поняття голограми, тобто системи повного запису просторової структури світлової хвилі (за амплітудою і по фазі) шляхом спостереження інтерференції між дифрагуючою хвилею, що йде від предмета, і однорідним когерентним фоном. Габор довів, що така система реєстрації має властивість оборотності, що дозволяє на другому ступені відновити зображення предмета.
Використання допоміжного когерентного фону або когерентного підсвічування є відмінною рисою будь-якої схеми, що застосовується в голографії. Ідея про голограми прийшла Габору не випадково: спираючись на інтуїтивні інформаційні положення, він був глибоко переконаний в можливості вилучення інформації про предмет з дифракційної картини, яка завжди містить цю інформацію в зашифрованому вигляді. Габор отримав перші голограми і з їх допомогою відновив зображення вихідного предмета.
Проте спостереження дуже скоро показали, що первинна схема страждає недоліками, які не дозволили Габору повністю вирішити поставлене завдання. Дійсне і уявне зображення предмета, відновлені на другому ступені за допомогою голограми Габора, накладалися один на одного і таким чином створювали взаємні перешкоди. Недоліком схеми Габора було також і те, що інтенсивний когерентний фон за первісною схемою повинен був проходити крізь зразок, а це сильно звужувало клас предметів, до яких можна було застосувати даний метод. Всі ці недоліки намагалися усунути багато оптиків, проте пройшло близько 15 років, перш ніж вдалося відродити ідею Габора. Вирішальним поштовхом до цього послужила діяльність двох радистів, Іммега Лейта і Юріса Упатнієкса, які здійснили синтез теорії зв'язку і оптики. Лейт і Упатнієкс, використовуючи поняття і принципи однополосної модуляції в техніці зв'язку, ввели похилий пучок, що створює когерентний фон, і цим самим повністю усунули недоліки первісної схеми Габора. Велику роль зіграв лазер, який до 1962 став поширеним джерелом інтенсивних когерентних пучків світла. Через рік Лейт і Упатнієкс демонстрували за допомогою двопроменевий голограми високоякісне зображення тривимірних предметів, реалізувавши тим самим одне з передбачень Габора.
Голограма наділена властивостями активно відновлювати хвилю світла, що йде від предмета, і тим самим дозволяє зробити видимим сам предмет. Ця властивість голограми є наслідком того, що при реєстрації розсіяною від предмета хвилі світла не втрачається жодна з її характеристик. На голограмі хвиля реєструється повністю: одночасно і в той же час роздільно реєструються амплітудна і фазова інформація, тобто здійснюється повний дослід в оптиці. У класичній фотографії, навпаки, реєструється тільки інтенсивність розсіяної хвилі, а розподіл зрушень фаз електромагнітних коливань у просторі безповоротно втрачається. Голографія, що дозволила реалізувати повний дослід в оптиці, надає експериментатору нові надзвичайні можливості, які дозволяють переглянути багато проблеми фізичної оптики. Найбільш цікава можливість полягає в тому, що спостерігач може коригувати оптичні властивості приладу, використовуваного в експерименті, після того як експеримент повністю закінчений, тобто апостеріорно. Так, наприклад, тривимірну схему можна розглядати на довільно обраній глибині. Можна також зміщати точку спостереження, здійснювати оптичну фільтрацію просторової структури предмета і, зокрема, усувати аберацію оптичного приладу. Однак найбільш дивна властивість голографії полягає в тому, що вона дозволяє здійснити інтерференцію між двома потоками світла, не перекриваються ні в часі, ні в просторі.

Голографію не можна розглядати тільки як альтернативу фотографії. Завдяки повному запису світла зі збереженням не тільки амплітуди, але і фази, використовуючи голографію, можна здійснити широкий клас математичних операцій над комплексними функціями, заданими у вигляді просторових розподілів амплітуд і фаз хвилі світла. Голографія створила нову оптику, яка за своїми властивостями так відноситься до доголографіческой оптиці, як теорія комплексних функцій відноситься до теорії дійсних функцій. Це порівняння не просто красива аналогія, воно найкраще відображає нові «математичні можливості» голографічного оптики. Використовуючи принцип голографії, можна вже сьогодні виконувати над комплексними функціями математичні операції: додавання і віднімання, множення, диференціювання і деякий клас інтегральних операцій. Перевага голографічних методів обробки інформації полягає в тому, що в голографії вихідна інформація обробляється відразу ж цілком і практично одночасно по всій області. Такі необхідні в електронних системах операції, як сканування або розгортка зображення по рядках або рознесення дійсної та уявної частин комплексної функції по окремих каналах, повністю усуваються в когерентної оптичної системі. У Радянському Союзі перший оптик, який звернув увагу на голографію Габора і почав самостійні досліди з розробки більш досконалих систем голографії, був Ю. Н. Денисюк. Своїми експериментами з ліппмановскими емульсіями в 1962 р він затвердив зовсім новий, відмінний від схеми Габора і Лейта прогресивний напрямок в голографії, який пізніше отримав широке поширення. Голограма, яку винайшов Денисюк, являє собою тривимірну інтерферограму. Внаслідок того, що хвильовий фронт в голографії Денисюка інтерферує з когерентним фоном по всій товщині емульсії, ця схема з самого початку не дає взаємного накладення дійсного і уявного зображень. Товстошарова голограма Денисюка відновлює тільки одне зображення предмета, а інформація, яку можна ввести в товстошарова голограму, виявляється набагато багатша інформації, що міститься у звичайній голограмі Габора.