• Скачать Рефераты
• Готовые Рефераты Бесплатно
• Скачать Реферат Бесплатно

Физические принципы голографии. Применение голографии. 1) Изобразительная голография. 2) Копирование голограмм. 3) Радужная голография. 4) Голографические оптические элементы.

Б) Дифракционная решетка. В) Мультипликатор. Г) Компенсатор. Д) Микроскоп. Голографические ВЗУ. 1) Голографические запоминающие устройства.

Реферат На Тему Дифракция. Дифракционная решётка 4. Принцип Гюйгенса – Френеля 5. November 2017. Реферат По Физике На Тему Дифракция Света.

• С приходом лета начался период, когда выпускники школ выбирают куда пойдут учиться дальше. Реферат По Физике На Тему Дифракция Света. Реферат: Свет – электромагнитная волна.

А) Преимущества оптической п амяти. Б) Архивные ГЗУ.

В) Массовые ГЗУ. Г) ГЗУ постоянного типа (ГПЗУ). 2) Носители информации для голографических запоминающих устройств. А) Пр облемы применения. В) Воспроизведение голограмм. Г) Создание голограмм. 3) Голографические запоминающие устройства двоичной информации.

Скачать Рефераты

1.Физические принципы голографии. Голография – метод получения объемн ого изображения объекта, путем регистрации и последующего восстановле ния, волн изобретенный английским физиком венгерского происхождения Д. Габором в 1948 г. Волны могут быть при этом любые – световые, рентгеновские, корпускулярные, акустические и т.д.

Слово «голография» происходит от г реческого????, что означает «весь», «целый». Этим изобретатель хотел подч еркнуть, что в голографии регистрируется полная информация о волне – ка к амплитудная, так и фазовая. В обычной фотографии регистрируется лишь распределение амплитуды (точнее ее квадрата) в двумерной проекции объек та на плоскость фотоснимка. Поэтому, рассматривая фотографию под разным и углами, мы не получаем новых ракурсов, не можем, например, увидеть, что де лается за предметами, расположенных на переднем плане. Голограмма же в осстанавливает не двумерное изображение предмета, а после рассеянной и м волны.

Смещая точку наблюдения в пределах этого волнового поля, мы види м предмет под разными углами, ощущая его объемность и реальность. Физич еская основа голографии – учение о волнах, их интерференции и дифракции, зародившееся еще в XVII веке при Гюйгенсе. Уже в начале XIX века Юнг, Френель и Фраунгофер располагали достаточными познаниями, чтобы сформулировать основные принципы голографии. Этого, однако, не случилось вплоть до рабо т Габора, хотя многие ученые во второй половине XIX и начале XX века – Кирхг оф, Рэлей, Аббе, Вольфке, Бе6рш, и Брэгг – подходили к принципам голографии достаточно близко.

Можно было объяснить это тем что они не имели техниче ских средств для реализации голографии. Однако это не так: Габор в 1947 году т акже не имел лазера и делал свои первые опыты со ртутной лампой в качеств е источника света. И тем не менее Габор смог с полной определенностью сфо рмулировать идею восстановления волнового фронта и указать метод ее ос уществления. Не смотря на это, трудности связанные с получением голограм м, оставались столь существенными и развитие голографии шло так медленн о, что к 1963 году Габор «почти забыл о ней».в 1963годуамемреканцы Э. Уп атниекс впервые получили лезерные голограммы. За год до этого они предло жили свою «двулучевую схему», значительно усовершенствовав исходную с хему Габора. В соответствии с принципом Гюйгенса-Френеля действие исхо дной, первичной, волны в произвольной точке А можно заменить действием в иртуальных источников, расположенных на достаточно обширной, удаленно й от точки А поверхности.

Эти источники должны колебаться с той же амплит удой рассеянной каким-либо предметом. И той фазой, которые заданы дошедш ей до них первичной волной, рассеянной каким-либо предметом (Рис1.) Элемент арные сферические волны, испускаемые вторичными источниками, интерфер ируя, восстановят за поверхностью копию первичного волнового поля.

Глаз или любой другой приемник не сможет отличить эту копию от поля волны, рас сеянной самим предметом, и наблюдатель, таким образом, увидит мнимое изо бражение этого предмета, хотя он уже убран. pic pic 2.Применение голографии.

Изобразительная голография. Отличительная особенность изобразительных голограмм - реалистичность воспроизводим ых ими трехмерных изображений, которые часто трудно отличить от реальны х объектов.

Эта особенность обусловлена тем, что при специальном освещен ии голограмма не только передает объем предметов с большим диапазоном я ркостей, высоким контрастом и четкостью, но также дает возможность четко наблюдать точное изменение бликов и теней в случае изменения угла наблю дения при рассматривании этих предметов. Рассмотрим схему изготовлен ия отражательных голограмм по методу Ю.Н. Денисюка, получившую широкое практическое применение в изобразительной голографии. Однолучевая схема записи отражательной голограммы. Пучок света ла зера 1 проходит через почти прозрачную фотопластинку 2, освещает объект 4 и падает на фотопластинку с противоположной стороны. Таким образом, фот опластинка освещается двумя пучками света: объектным, отраженным от объ екта, и опорным, идущим непосредственно от лазера.

На рисунке представл ено вертикальное расположение предметов, но не менее часто применяется горизонтальное. Кроме того, для более качественной записи необходим еще один элемент - точечная диафрагма— пластинка с диаметром в несколько ми крометров, устанавливаемая в фокусе положительной линзы. Для успешного устранения интерференционных помех диаметр диафрагмы следует выбират ь по следующей формуле: pic где d - диаметр диафрагмы, мкм;?S - длина волны света, мкм; b - поперечный разме р фотопластинки, мм; l - расстояние от диафрагмы до фотопластинки, м. Объек т съемки или композицию из ряда предметов размещают вертикально или гор изонтально в зависимости от смыслового содержания и жестко закрепляют либо непосредственно на столе, либо на массивной подставке, которая одно временно может служить частью фона. Должен быть предусмотрен жесткий за дний план, а боковые стороны в объеме голографируемой композиции могут з акрываться темным материалом либо иметь зеркальные или рассеивающие с войства и создавать дополнительные боковые подсветки. Освещение объе кта определяется, во-первых, оптической схемой съемки, во- вторых, оптичес кими и художественными особенностями голографируемого объекта (зеркал ьные и диффузные поверхности, тени, полости и т.д.). Прямое освещение одним пучком часто не передает особенностей композиции, а иногда обусловлива ет искажение за счет резких теней и отсутствия полутонов.

Поэтому для п олучения художественной голограммы предпочтительны многопучковые сх емы. Двупучковый вариант схемы приведен на рис.

В любом случае необходи мо максимально возможное уравнивание длины путей распространения свет а в опорном и объектном пучках, даже если их несколько. Схема записи с разделением пучков. Изобразительные голограммы изг отавливают и пропускающими, особенно при практической реализации голо графического кинематографа и трехмерных дисплеев. В этом случае исполь зуется следующая схема (рис. ), когда опорный и объектный пучки падают на ф отопластинку с одной стороны. При этом пучок света лазера 1 после светоде лительной пластинки 2 идет по двум каналам. С помощью зеркала 3 и расширите льной линзы 4 формируется опорный пучок, падающий на фотопластинку 6.

Расш ирительная линза 7 формирует пучок, освещающий объект 9. Отраженный от объ екта пучок падает на фотопластинку с той же стороны, что и опорный.

Пропу скающую голограмму можно получить с использованием линзы, формирующей уменьшенное изображение в пространстве. Если фотопластинку поместить в плоскость, сопряженную с любым сечением объекта, например центральным или соответствующим переднему плану, и осветить пластинку опорным пучк ом, то на ней будет зарегистрирована пропускающая голограмма сфокусиро ванного изображения. Так можно изготавливать изобразительные голограм мы в виде слайдов.

В голографическом кинематографе эта схема является ос новой для получения голографических кинокадров. Запись пропускающей изобразительной голограммы. Голограммы, полу ченные в свете лазера с одной длиной волны, воспроизводят монохромные из ображения.

Для получения цветных голограмм, правильно воспроизводящих в едином изображении детали объекта разного цвета, необходимо регистри ровать и затем воспроизводить в простейшем случае три цветооделенных и зображения объекта, например красное, зеленое и синее. Желательно изго тавливать цветные голограммы на цветных однослойных полихроматически х голографических фотоматериалах. В этом случае экспонирование ведетс я одновременно в трех длинах волн, как показано на схеме для съемки отраж ательной голограммы (рис. Здесь 1a-1в - лазеры, излучающие свет в красной, з еленой и синей частях спектра, 2a-2в - оптические элементы, позволяющие совм естить излучение трех лазеров в одном пучке, 3 - зеркало, 4 - линза, расширяющ ая суммарный пучок света лазеров, 5 - фотопластинка, 6 - объект. При съемке ц ветной пропускающей голограммы объект освещается тремя лазерами. Дале е возможны два случая: во-первых, когда опорные пучки трех цветов суммиру ются и падают на фотопластинку под одним и тем же углом, во- вторых, опорны е пучки направляются на фотопластинку под разными углами.

Запись отражательной цветной голограммы В случае однослойного м атериала независимо от схемы съемки наблюдается существенное снижение дифракционной эффективности и отношения сигнал/шум, что ограничивает и х использование. Схема записи пропускающей цветн ой голограммы без разделения (б) и с разделением (а) опорных пучков в прост ранстве. Для записи высококачественных цветных голограмм применяют с пособ последовательной регистрации трех отдельных цветных голограмм. Для этого по одной из схем последовател ьно получают частичные голограммы на различных пластинках с фотослоям и, чувствительными к зеленому, красному и синему свету.

Другой способ - и зготовление частичных голограмм в отдельных слоях многослойного фотом атериала на одной подложке. Каждый слой сенсибилизируется к одному учас тку спектра, причем зелено- и красночувствительные слои десенсибилизир уются к синей зоне спектра. Последнее относится как к съемке отражател ьных, так и пропускающих голограмм. Важно, чтобы при воспроизведении цв етного изображения из трех частей не возникло ложных изображений из-за д ифракции света разных длин волн на разноименных голограммных структур ах. При восстановлении цветных голограмм на достаточно толстых слоях п одавление ложных изображений обеспечивается спектральной селективно стью, что позволяет использовать для восстановления изображения источ ник белого света. В случае пропускающей голограммы нет возможности обес печить спектральную селективность, поэтому для устранения ложных изоб ражений используют угловую селективность голограмм (для чего при запис и опорные пучки заводятся под разными углами).

Для всех схем получения ц ветных голограмм имеются следующие общие требования: Необходимо точн ое соблюдение взаимного углового расположения источников света и голо граммы в процессах съемки и восстановления. Процесс обработки и услови я хранения голограммы не должны приводить к изменениям толщины слоев ча стичных голограмм. При большой глубине объектов съемки эти требования становятся достаточно жесткими. Теперь необходимо сказать несколько слов о технике воспроизведения голографических изображений. Демонст рирование изобразительных голограмм должно обеспечивать комфортност ь и естественность восприятия зрителем.

Качество изображения хорошей г олограммы (без видимых дефектов, с высокой яркостью, малым уровнем шумов, с правильно расположенными и освещенными при съемке объектами) определ яется параметрами восстанавливающего источника света: длиной волны и с пектром излучения, формой пучка, интенсивностью и правильным расположе нием источника света и голограммы. На практике даже толстослойная эмул ьсия не полностью селективна, и для устранения хроматизма, проявляющего ся, как правило, в виде цветных ореолов, и получения глубоких монохромных изображений применяют светофильтры. Особенно целесообразно использо вать ртутные лампы с малым телом свечения, большой яркостью и линейчатым спектром. Часто используют свет диапроектора.

Д ля восстановления пропускающей голограммы требуется источник света с высокой монохроматичностью, чаще всего - лазер. Но при использовании пос леднего приходится либо смириться с присущим лазерному излучению пятн истым шумом (спеклами), либо как-то с ним бороться.

Большинство объектов в естественных условиях освещаются сверху. Поэтому при рассматривании голографического изображения объекта он воспринимается естественно, е сли тени и блики на нем зарегистрированы в процессе освещения при съемке сверху под острым углом. Подходящие углы близки к углу Брюстера. Восста навливающий источник при этом может быть укреплен на потолке, на стене в ысоко под потолком, на специальной стойке или в подвесе. Восстанавлива ющий пучок, падающий на голограмму, не должен перекрываться головой или корпусом зрителя, который может подойти близко к голограмме для рассмат ривания мелких деталей предметов, особенно произведений искусства (ри с). Техника воспроизведения при вертикальном и горизонтальном распол ожении изобразительных голограмм Горизонтальное или вертикальное по ложение голограммы определяется ее содержанием и условиями съемки.

При установке света необходимо учесть и блик от стекла. Изобразительные го лограммы находят все большее применение в экспозициях музеев. Есть и еще один аспект изобразительной голографии - голографический портрет, для п олучения которого помимо выше сказанного приходится учитывать особенн ости импульсных лазеров и требования техники безопасности, когда предп очтительна схема освещения с рассеивающей пластиной и двустадийная за пись. Но сначала рассмотрим следующую тему. Копирование голограмм. И ногда бывает необходимо получить копию голограммы или размножить ее.

Ко пии могут потребоваться для архивных или коммерческих целей, для научны х исследований (когда объект имеет слишком короткое время жизни). Есть дв а основных типа копирования - контактное или почти контактное и копирова ние при восстановлении. Копирование методом контактной печати более л егкое и предпочтительно при массовом производстве реплик. В идеальном с лучае отпечатанную контактным способом реплику голограммы получают ка к контактный отпечаток с обычного фотообъекта. Голограмма-оригинал при кладывается вплотную к фотоматериалу и засвечивается однородным освещ ением. Обращение контраста при обработке не влияет на вид изображения. С ущественный недостаток: одновременно будут восстанавливаться два изоб ражения - действительное и мнимое.

Предпочтителен другой метод копиров ания, когда восстанавливают с голограммы изображение и используют его в качестве объекта для записи новой голограммы. Используемая на практике схема копирования позволяет приблизить изображение к голограмме и даж е вынести его вперед, расположив частично или полностью перед ней (рис.). Голограмма-оригинал 5 освещается пучком света, прямо противоположным оп орному при получении голограммы-оригинала. Дифрагированный пучок форм ирует в пространстве действительное изображение объекта 6. Воспроизво димое изображение имеет обратный рельеф (псевдоскопично). Опорный пучок для записи отражательной голограммы-копии падает на фотопластинку с об ратной стороны.

Последняя перемещается относительно восстановленного с голограммы- оригинала изображения, при этом можно разместить и записат ь сюжетно важную часть объекта 6 плоскости голограммы-копии, обеспечивая максимальную резкость при восстановлении. Получение отражательной копии с отражательного оригинала. При вос становлении изображения с копии голограммы сопряженный пучок дает пол ный эффект наблюдения реального объекта, поскольку теперь нет 'окна' меж ду наблюдателем и объектом. В ряде случаев целесообразно иметь гологра мму-оригинал пропускающую, а копированием получать с нее отражательные голограммы (рис.). Это оправдано, когда объект живой или достаточно велик.

Восстановленный с пропускающей голограммы 5 пучок строит действительн ое изображение 6 перед голограммой- копией 10, с другой стороны на нее падае т опорный пучок. При восстановлении изображения с голограммы-копии за сч ет двукратного обращения именно действительное изображение ортоскопи чно. Получение отражательной копии с пропускающего оригинала При копи ровании с пропускающей голограммы можно использовать несколько меньшу ю фотопластинку, так как при освещении не образуется тени.

При копирован ии с отражательной голограммы образуются тени от рамы и края стекла и ча сть пластинки голограммы-копии оказывается нерабочей. 3 Радужная голог рафия. В 1969 году Бентон, сотрудник фирмы 'Polaroid Corporation' предложил свой способ коп ирования голограмм. Лейта с последующим восстановлением копии полихро матическим светом (рис. Это двухступенчатый процесс. На первом этапе зап исывается просветная голограмма во внеосевой схеме.

Это голограмма слу жит оригиналом (мастер-голограмма) и восстанавливается сопряженным лаз ерным пучком с получением действительного изображения. В непосредстве нной близости от области локализации этого изображения устанавливаетс я светочувствительный материал, на котором регистрируется голограмма- копия.

Особенность данного процесса, позволяющая свести к минимуму смещ ение цветов при восстановлении белым светом, состоит в отсутствии верти кального параллакса, для чего на голограмму Н1, записанную на первом этап е, накладывают диафрагму в виде горизонтальной щели, и уже действительно е изображение, спроецированное щелевой диафрагмой, используется для ре гистрации второй голограммы. Схема записи (а) и восстановления (б) радужной голограммы То есть на ф отопластинке H2 регистрируется голограмма сфокусированного изображени я. При освещении голограммы источником расходящегося освещения наблюд ают изображение, причем источник освещения может быть неточечным и поли хроматическим. Каждая спектральная компонента излучения за счет диспе рсии голограммы-решетки строит смещенное по вертикали изображение щел евой диафрагмы 1, 2 и 3, которая служит окном наблюдения изображения в одном цвете, соответствующем данной спектральной компоненте. Если глаза набл юдателя расположены горизонтально (параллельно щели), то он видит объемн ое изображение (со всеми его свойствами) в одном цвете, а при смещении глаз по вертикали цвет изображения меняется по радуге (поэтому и 'радужная'), но изображение остается резким. Наблюдается разделение, а не смешение цв етов в вертикальном направлении, поскольку каждое окрашенное изображе ние -результат раздельного восстановления информации, содержащейся в у зкой щели. Наибольшая резкость имеет место для точек изображения, лежащи х в непосредственной близости от голограммы, точки же, находящиеся на не котором расстоянии от голограммы, будут относительно нерезкими.

Степен ь не резкости зависит от размера щелевой диафрагмы. Ширина щели а опреде ляется по формуле: pic,где r12 - расстояние между щелью и второй голограммой; ri -расстояние между второй голограммой и объектом (его действительным из ображением) - 'выход'. При r12 ri pic Реально же размер щели может быть больше рассчитанного в 2-3 раза. Если дл я восстановления щелевой голограммы взять цилиндрическую линзу, позво ляющую использовать весь восстанавливающий пучок, а для улучшения дифр акционной эффективности применить отбеливание, то при освещении голог раммы источником белого света можно наблюдать очень яркое изображение. В отличие от голограмм Денисюка, требующих высоко разрешающих сред, радужные голограммы, также наблюдаем ые в белом свете, требуют гораздо более низкоразрешающих фотоматериалов.

Поэтому такие голограммы могут быть переведены в рельефно-фазовые путем отбеливания либо сразу зарегистрированы на фоторезисте с последующим вытравлением экспонированных участков. В случае использования задубленного фотор езиста реплика (копия) голограммы может быть сделана непосредственно с г олограммы. Однако для получения большего количества копий с голограммы делают металлическую матрицу-штамп. Драйвер батареи asus eee pc 1201n. Это выполняется методами гальван опластики, аналогичными тем, которые используются при производстве ник елевых штампов для грампластинок. Никелевый штамп (или комплект штампо в) позволяет формировать реплики на любом термопластичном материале от пленок и ламинированной бумаги до поверхности шоколада. При напылении н а пленку зеркального металлического слоя ДЭ голограммы-копии повышает ся до 35.40% и даже до 85%. В сочетании с дешевым сырьем и огромной производител ьностью созданного оборудования для тиражирования данный метод копиро вания может и уже с успехом применяется для получения высококачественн ого объемного иллюстрированного материала массовых тиражей (журнал 'Ам ерика', художественные альбомы, открытки, марки и т.д.).

4 Голографические о птические элементы. Голографические (или голограммные) оптические эле менты (ГОЭ) представляют собой голограммы, на которых записаны волновые фронты специальной формы. Голографические оптические элементы можно сконструировать для преобразования любого входного волнового фронта в любой другой выходной фронт независимо от параметров материала подлож ки, например от кривизны или показателя преломления. С их помощью возмож на коррекция аберрации оптических систем, в таком случае ГОЭ выступают к ак составные элементы сложных оптических приборов.

ГОЭ используют и как самостоятельные оптические элементы в качестве линз, зеркал, дифракцио нных решеток, мультипликаторов и др. Далее рассмотрим некоторые случаи применения ГОЭ в оптике и оптическом приборостроении. Голограмма-ли нза. Голограмму можно рассматривать не только как результат записи вол нового поля, но также как изображающий оптический элемент. Известно, что свойства линзы проявляют зонные пластинки (решетки).

Под этим термином о бычно понимают зонную пластинку Френеля, состоящую из чередующихся све тлых и темных колец, которые ограничены окружностями с радиусами?п =?n?zf, гд е п - целое число,? - длина волны света с плоским волновым фронтом, которая, п адая на пластину, фокусируется на расстояние zf от нее. Если n?=zf то совокупн ость окружностей, которым соответствуют четные п, можно рассматривать к ак зонную пластину, имеющую двойное фокусное расстояние 2zf, совокупность окружностей с п, кратным 3, - как пластинку с утроенным фокусным расстояние м и т.д. Такая пластинка Френеля с прямоугольным радиальным распределени ем почернения может выполнять функцию изображающего оптического элеме нта. Ее недостаток - возникновение большого числа изображений, расположе нных на оси, совпадающей с главным лучом пучка нулевого дифракционного п орядка. Зонную пластинку с косинусоидальным распределением почернен ия можно получить в виде голограммы, на которой записан результат интерф еренции плоской и сферической волн по схеме Габора при условии линейнос ти процесса регистрации.

В этом случае образуются только ±1-с дифракцион ные порядки, т.е. Только два фокуса. В случае схемы Лейта оба изображения п ространственно разделены между собой и с пучком нулевого порядка. При освещении голограммы-линзы плоской волной возникают две сферические в олны: сходящаяся и расходящаяся. Голографическая линза одновременно вы полняет функции двух линз - выпуклой (положительной) и вогнутой (отрицат ельной). Направления распространения образованных сферических волн за висят от направления восстанавливающей плоской волны.

Схема получени я голографической линзы приведена на рис. С помощью линзы Л и микродиаф рагмы Д создается точечный источник сферической волны.

На заданном рас стоянии zs от точечного источника устанавливают фотопластинку Ф, освещае мую также опорной плоской волной Р. Интерференционная картина регистр ируется на фотопластине с последующей фотохимической обработкой, пред усматривающей, как правило, отбеливание. В результате ДЭ полученной фазо вой голограммы достаточно высока (до нескольких десятков процентов). Схема получения голографической ли нзы (а) и построения изображения (б).

При построении изображения предмета Т, помещенного в восстанавлива ющий пучок С, возникают основное изображение Iр - действительное и вторич ное Ik - мнимое. Если повернуть голограмму на 180°, то характер изображений и зменится. Голографическая линза - это оптический элемент с двумя фокус ными расстояниями: для основного (fp) и сопряженного (fk) изображений. Положен ия двух изображений связаны формулой l/zp + l/zk = 2/zT.

Как видим, это выражение не зависит от положения источника сферической волны при получении и опред еляется только положением предмета Т относительно голографической лин зы. Голографические дифракционные решетки. Наиболее распространен ный вид ГОЭ - именно голографические дифракционные решетки (ДР), представ ляющие собой зарегистрированную на светочувствительном материале кар тину интерференции двух световых пучков. Параметры голографических р ешеток можно изменять в широком диапазоне с помощью схемы записи и формы поверхности, на которой регистрируется решетка.

Так, при изготовлении голографической решетки ей можно придавать любые фокусирующие свойств а, например, получать плоские голограммы, аналогичные по своему действию вогнутой решетке, но лишенные астигматизма последней. Голографически й метод позволяет формировать ДР с любым распределением эффективности по дифракционным порядкам. Для этой цели может быть использована оптиче ская схема пространственной фильтрации.

В случае падения на светочувс твительный слой двух параллельных пучков под углами? Друг к другу расст ояние между интерференционными полосами определяется как d =?/2sin (?/2). При уве личении угла?

И уменьшении длины волны? Расстояние между штрихами умень шается. В пределе при?? Есть сообщения о промышленном изготовлении ДР с пространственной частотой до 6000 линий/мм. Преимущество голографическ ого метода еще и в том, что решетки могут быть изготовлены весьма больших размеров (до 600 Ч 400 мм). Дифракционные решетки превосходят обычные, нарезан ные механическим способом, по таким параметрам, как максимальная простр анственная частота и размеры, отношение сигнал/шум, возможность коррекц ии аберрации и др.

На практике наиболее пригодны голографические ДР на БХЖ, что обусловлено свойствами последней (высокая ДЭ, низкие зернистост ь, потери и т.д.). Голографические ДР используют в лазерной технике. Будуч и введены в лазерный резонатор, они служат хорошими селекторами длин вол н излучения. Две скрещенные голографические ДР делят световой пучок на н есколько равных по интенсивности пучков. Таким образом, могут быть созда ны мультиплицирующие элементы (размножители) с эффективностью до 85%. Таки е мультипликаторы обеспечивают любой шаг мультипликации от единиц до д есятков миллиметров.

Голографические мультипликаторы. Мультиплик ация (размножение) изображений занимает важное место в технологии произ водства интегральных схем для микроэлектроники. Мультиплицирование тр ебуется при использовании группового метода изготовления изделий, в мн огоканальных системах обработки информации, а также в системах хранени я и размножения информации и др. Голографические мультипликаторы с про странственным разделением волнового фронта содержат растр голографич еских элементов, каждый из которых строит изображение предмета с полем, равным единичному изображению - одному модулю. В них разделение волновог о фронта, распространяющегося от объекта, осуществляется входными зрач ками этих элементов, причем в каждый зрачок попадает только часть волнов ого фронта. Каждый элемент растра - осевая голографическая линза, концен трические кольца которой образуются в результате интерференции сферич еского и плоского волновых фронтов. Растр голографических линз может бы ть получен последовательной записью голограмм одного и того же точечно го источника, образованного высококачественным (образцовым) микрообъ ективом.

Преимущества такого мультипликатора - идентичность элементов растра, высокая разрешающая способность (особенно в центре), простота по лучения больших полей изображений - определяются числом мультиплициру ющих элементов. Голографические мультипликаторы с угловым делением в олнового фронта содержат голограмму, представляющую собой единый муль типлицирующий элемент и обеспечивающую формирование множества микрои зображений за счет дифракции на структуре голограммы световой волны, ра спространяющейся от объекта. При этом каждое отдельное микроизображен ие строится волновым фронтом, образованным всей площадью голограммы. Эт и мультипликаторы бывают дух типов: на голограммах Френеля и голограмма х Фурье (рис). Изготовление и работа мультипликатора на голограмме Френеля.

При регистрации голограмм Френеля используют набор когерентных точечных и сточников и опорный источник. В результате их интерференции на фотоплас тинке получают голограмму точечных источников - мультиплицирующий эле мент, представляющий собой набор внеосевых голографических линз, 'влож енных' в одну апертуру.

Работа голографического мультипликатора на г олограмме Фурье. Голографические мультипликаторы Фурье могут быть вы полнены по схеме со сходящейся волной и по схеме с мультиплицирующим эле ментом в плоской волне.

Вторая схема предпочтительнее, ее и рассмотрим ( рис). Образование изображения в системе может быть представлено как пр оцесс двойной дифракции. Первая дифракция происходит на объекте 2, осве щаемом плоской монохроматической волной, образуемой когерентным источ ником света 1. Объект 2 расположен в передней фокальной плоскости объект ива 3, который образует в своей задней фокальной плоскости 4 пространстве нный спектр объекта. В плоскости голограммы 4, которая одновременно явля ется передней фокальной плоскостью второго объектива 5, находится мульт иплицирующий элемент, представляющий собой голограмму набора точечных источников, число и расположение которых соответствуют желаемому числ у и расположению размноженных изображений. В плоскости 4 имеем произведе ние двух спектров Фурье: объекта и набора точечных источников. Второй о бъектив 5 осуществляет также преобразование Фурье (обратное) объекта в с воей фокальной плоскости.

Поэтому в плоскости изображения 6 имеем, сово купность изображений исходного объекта, причем линейное увеличение си стемы? И размер изображений определяются соотношением фокусов объекти вов системы? В качестве мультиплицирующего элемента 4 могут быть исп ользованы две скрещенные дифракционные решетки, обеспечивающие равенс тво интенсивности света, дифрагированного в нулевой и несколько боковы х порядков.

Голографические компенсаторы. Данный тип ГОЭ применяют для коррекции оптических изображений.

Голографические компенсаторы позволяют реализовать метод коррекции изображений, основанный на испо льзовании сопряженной волны, образующей действительное изображение об ъекта (рис.). При совмещении действительного изображения искажающего эле мента с самим этим элементом происходит восстановление первоначальной формы световой волны и получается неискаженное изображение наблюдаем ого объекта.

Искажающим элементом может быть линза, рассеиватель типа ма тового стекла или турбулентная атмосфера. Изготовление и работа голографиче ского компенсатора. Поясним суть метода на примере коррекции линзовых аберраций.

На этапе изготовления голографического компенсатора на фот опленке Ф получают голограмму искажающего элемента -аберрационной лин зы Л. При компенсации аберраций голограмму Г располагают по отношению к линзе в том же положении, как и при регистрации, и через нее наблюдают иска женное изображение объекта. Свет от объекта О дифрагирует на голограмме, и волна соответствующего порядка формирует свободное от аберраций изо бражение объекта!

При освещении голограммы объектной волной от монохро матического источника В, искаженной линзой Л, восстановится изображени е опорного источника Р. Если же объектная волна дополнительно искажена о бъектом, расположенным перед аберрационной линзой Л, то и в восстанавлив ающую волну вносятся такие же искажения и наблюдатель увидит изображен ие объекта.

Готовые Рефераты Бесплатно

Метод компенсирующей голограммы может быть использован дл я коррекции искажений, создаваемых не только аберрациями линзы, но и опт ически неоднородной средой, разделяющей объект и приемную оптику (в том числе волоконно-оптическими жгутами). Данный тип ГОЭ применяют для кор рекции оптических изображений.

Скачать Реферат Бесплатно

Голографические компенсаторы позволя ют реализовать метод коррекции изображений, основанный на использован ии сопряженной волны, образующей действительное изображение объекта (р ис.). При совмещении действительного изображения искажающего элемента с самим этим элементом происходит восстановление первоначальной формы с ветовой волны и получается неискаженное изображение наблюдаемого объе кта. Искажающим элементом может быть линза, рассеиватель типа матового с текла или турбулентная атмосфера. Изготовление и работа голографического компенсатора. Поясним сут ь метода на примере коррекции линзовых аберраций.

На этапе изготовления голографического компенсатора на фотопленке Ф получают голограмму иск ажающего элемента -аберрационной линзы Л. При компенсации аберраций гол ограмму Г располагают по отношению к линзе в том же положении, как и при ре гистрации, и через нее наблюдают искаженное изображение объекта. Свет от объекта О дифрагирует на голограмме, и волна соответствующего порядка ф ормирует свободное от аберраций изображение объекта! При освещении гол ограммы объектной волной от монохроматического источника В, искаженно й линзой Л, восстановится изображение опорного источника Р. Если же объе ктная волна дополнительно искажена объектом, расположенным перед абер рационной линзой Л, то и в восстанавливающую волну вносятся такие же иск ажения и наблюдатель увидит изображение объекта. Метод компенсирующе й голограммы может быть использован для коррекции искажений, создаваем ых не только аберрациями линзы, но и оптически неоднородной средой, разд еляющей объект и приемную оптику (в том числе волоконно-оптическими жгут ами).

4.5 Голографический микроскоп. Двухступенчатый метод голографии в первые позволил создать микроскоп, регистрирующий не только амплитуду, но и фазу световой волны, рассеянной объектом. Появление такого микроско па открыло новые возможности исследования микрообъектов, недостижимые известными методами классической микроскопии. В безлинзовом микроск опе достичь увеличения можно, применяя разные длины волн или разные ради усы кривизны на стадиях получения голограмм и восстановления волновог о фронта. Схема голографического микроскопа с прямой голографической записью волновых фронтов приведена на рис. Объект 2 помещается в расходя щийся лазерный пучок.

Полученная дифракционная картина фиксируется вм есте с когерентным фоном на фотопластинке на расстоянии z1 от объекта. Запись и восстановление увеличенного изображения в голографическ ом микроскопе с прямой записью. Увеличение восстановленного изображе ния определяется выражением M = 1 ± (z1?1/z3?2) - (z1/z2)-1, где?1,?2 - длины волн источников из лучения при записи и восстановлении; z1 - расстояние от исследуемого объек та до плоскости голограммы; z2, z3 - расстояния от точечных диафрагм до плоско сти голограммы соответственно в схемах записи и восстановления. Знак '-' о тносится к действительному изображению, знак '+' - к мнимому.

Если применя ются коллимированные опорный и восстанавливающий пучки (z2 = z3 =?), то микрос коп работает с единичным увеличением. При использовании коллимированн ого пучка только на стадии восстановления (z3 =?) увеличение микроскопа не з ависит от соотношения длин волн при записи и восстановлении и обусловле но только первой стадией процесса. Увеличение M = 1 ± (z1?1/z3?2)-1 и достигае т больших значений для действительного изображения при z1?1 = z3?2. При z1 = z3 увели чение M = 1 ± (?1/?2)-1 и зависит только от соотношения длин волн при записи и восс тановлении. Следовательно, увеличение безлинзового голографического м икроскопа определяется соотношением длин волн и кривизной волновых фр онтов, используемых при записи и восстановлении, и может легко регулиров аться. Однако при этом получаемые изображения сопровождаются значител ьными аберрациями, что необходимо учитывать в безлинзовой голографиче ской микроскопии.

И именно здесь целесообразно применять методы соглас ованной фильтрации. Несомненными преимуществами обладает голографич еский микроскоп с предварительным увеличением (рис.). Полупрозрачный объ ект 5 помещают на предметном стекле и освещают расположенным вплотную к нему конденсором 4 светом лазера 1. Объектив микроскопа 6 создает увеличен ное действительное изображение объекта, регистрируемое вместе с опорн ым пучком на голограмме 8, помещаемой между объективом и окуляром 9.

Схема голографического микроскопа с предварительным увеличением. Объектив и фокусирующую линзу 10 подбирают так, чтобы обеспечить максим альное совпадение кривизны создаваемых ими волновых фронтов при задан ном угле падения на голограмму для уменьшения пространственной частот ы регистрируемой интерференционной структуры. Угол между опорными и пр едметными пучками выбирают достаточно малым из тех же соображений. Вос становленное изображение изучается через окуляр микроскопа, который м ожно перестраивать по глубине и перемещать по полю зарегистрированног о изображения. Подобная схема микроскопа обеспечивает достижение разр ешения около 1 мкм. Можно сравнить две схемы голографического микроско па. Недостатками схемы прямой регистрации можно назвать высокие требов ания к разрешающей способности регистрирующей среды и сильное влияние пятнистой структуры на качество изображения.

В голографической схеме с использованием микрообъектива для создания увеличенного изображения предмета требования к разрешающей способности минимальны, но поле зрен ия и глубина регистрируемого пространства определяются свойствами при меняемого микрообъектива и весьма малы. 3.Голографические ВЗУ. Голографические запомина ющие устройства. Способность голограмм Фурье хранить информацию успе шно реализуется в голографических запоминающих устройствах (ГЗУ). При по строении последних стандартным стало использование принципа страничн ой записи информации в виде матрицы голограмм с их адресацией лучом лазе ра. Преимущества оптической памяти состоят в большой емкости (и, соотве тственно, высокой плотности хранения информации) и высоком быстродейст вии, возможности параллельной обработки информации, высокой надежност и хранения, быстром доступе к массивам информации, отсутствии энергопот ребления в статическом состоянии, а главное - большой помехоустойчивост и голограмм.

Все ГЗУ можно разделить на следующие основные типы: - опер ативные ГЗУ (на двумерных голограммах и трехмерных с трехкоординатной а дресацией); 84 - массовые ГЗУ; - ГЗУ постоянного типа; - архивные ГЗУ. Арх ивные ГЗУ предназначены для записи и хранения документов без предварит ельного кодирования. Запись позволяет получить уменьшение документов в 100-200 раз и записать страницу формата 210 Ч 297 мм в виде фурье-голограммы разме ром 1-2 мм. На одном носителе записывается около 104 голограмм, но можно довес ти емкость носителя и до 107.

Такие ГЗУ обеспечивают длительное хранение (5-10 лет) без перезаписи, что обусловлено устойчивостью к дефектам носителя, пыли и т.д., а также независимостью от действия внешних электромагнитных и радиационных воздействий. Подобной системой могут оснащаться непоср едственно читальные залы крупных библиотек.

М ассовые ГЗУ сверхбольшой емкости можно получить, если нанести регистри рующую среду на движущийся носитель типа диска или ленты. В качестве рег истрирующей среды для таких систем используют магнитооптические пленк. В ГЗУ с движущимся носителем может быть достигнута высокая плотность записи (порядка 105 бит/мм2), близкая к теоретическому пределу, что на два пор ядка превышает плотность хранения, достигнутого в ЗУ на магнитных носит елях. Емкость таких ГЗУ можно довести до 1013 бит.

Чтобы избежать размазыван ия из-за движения носителя, запись голограмм производится коротким свет овым импульсом. Голографические запоминающие устройства постоянного типа (ГЗПУ) не требуют реверсивного регистрирующего материала, обладающ его свойством стирания. Наиболее высокое быстродействие среды подобн ых систем имеют ГПЗУ со страничной организацией и адресуемым лучом. Запи сь голограмм на носитель информации. 2.Носители информации для гологра фических ЗУ.

Проблемы применения. Использование лазерной техники дл я ввода, хранения и выдачи информации в форме объемных изображений позво лило создать голографические средства отображения (СО). Объемными изобр ажениями удобно располагать при компьютерном проектировании и произво дстве, при моделировании сложных объектов, например, летательного аппар ата. Такую модель которого можно 'прокрутить' на все 360°; при решении уравн ений, описывающих трехмерные фигуры (рис.); при наблюдении за поведением ж ивых организмов, клеток, молекул; в устройствах тренажеров для имитации обстановки, максимально приближенной к реальной, при обучении летного с остава навыкам пилотирования и в обучающих системах; для тиражирования качественных объемных изображений музейных ценностей; для создания ст ереоскопических кинофильмов, а также в других специальных приложениях. Богатейшие возможности голографии еще не до конца изучены даже крупней шими специалистами в этой области.

Пример результата решения уравнения на ЭВМ в форме пространственно го тела. Дальнейший прогресс в развитии современной вычислительной те хники связывают с созданием полностью оптического компьютера, в которо м не только обработка информации, но и запись информации и ее считывание осуществляются с помощью лазера. В последние годы интенсивно развивают ся различные направления создания голографических ЗУ, использующих оп тические методы записи и считывания информации и обеспечивающих высок ое быстродействие и произвольный порядок выборки. Объем памяти гологра фических ЗУ практически неограничен: теоретически достижимая плотност ь записи с помощью двумерных голограмм 4-108 бит/см2, а с помощью объемных гол ограмм 4-1012 бит/см3. Центральной проблемой создания голографических ЗУ яв ляется выбор подходящего материала для создания рабочего регистрирующ его слоя носителя информации.

РЕФЕРАТ по физике на тему: ДИФРАКЦИЯ СВЕТА Выполнил: Проверил: Москва 2010 1. Понятие дифракция света. Исторические предпосылки Явление огибания световыми волнами контуров непрозрачных тел называется дифракцией света. Дифракция проявляется в отклонении световых лучей от прямолинейного распространения и их загибании в область геометрической тени. В естественных условиях дифракция света приводит к тому, что границы тени предмета, освещаемого удаленным источником, видятся слегка нерезкими и размытыми. Франческо Мария Гримальди (1618-1663), наблюдая тень, которую отбрасывают нить, обнаружил, что тень на экране шире, чем это должно быть согласно закону прямолинейного распространения света. Кроме этого, по обе стороны тени можно было наблюдать радужные полосы.

Именно ему принадлежит авторство сравнения явления дифракции с камнем, брошенным в воду. Дифракционные явления были хорошо известны еще во времена Ньютона, но объяснить их на основе корпускулярной теории света оказалось невозможным. Первое качественное объяснение явления дифракции на основе волновых представлений было дано английским ученым Т. Юнгом. Независимо от него французский ученый О. Френель развил количественную теорию дифракционных явлений (1818 г.).

В основу теории Френель положил принцип Гюйгенса, дополнив его идеей об интерференции вторичных волн. Принцип Гюйгенса в его первоначальном виде позволял находить только положения волновых фронтов в последующие моменты времени, т. е. Определять направление распространения волны.

По существу, это был принцип геометрической оптики. Гипотезу Гюйгенса об огибающей вторичных волн Френель заменил физически ясным положением, согласно которому вторичные волны, приходя в точку наблюдения, интерферируют друг с другом. Однако только более чем через 100 лет мы встречаем упоминание о применении явления дифракции в конкретном приборе.

Удалось это советскому ученому Линнику. Тогда, как другие пытались избавиться от явления дифракции, он применил ее свойства ее в интерферометре. Принцип Гюйгенса–Френеля Принцип Гюйгенса–Френеля является основным постулатом волновой теории, впервые позволившим объяснить дифракционные явления. Принцип представлял собой определенную гипотезу, но последующий опыт подтвердил ее справедливость. В ряде практически важных случаев решение дифракционных задач на основе этого принципа дает достаточно хороший результат. Рис. 1 иллюстрирует принцип Гюйгенса–Френеля.

Принцип Гюйгенса–Френеля. ΔS1 и ΔS2 – элементы волнового фронта, и – нормали. Пусть поверхность S представляет собой положение волнового фронта в некоторый момент. Для того чтобы определить колебания в некоторой точке P, вызванное волной, по Френелю нужно сначала определить колебания, вызываемые в этой точке отдельными вторичными волнами, приходящими в нее от всех элементов поверхности S (ΔS1, ΔS2 и т. д.), и затем сложить эти колебания с учетом их амплитуд и фаз. При этом следует учитывать только те элементы волновой поверхности S, которые не загораживаются каким-либо препятствием. Итак: каждая точка любой воображаемой поверхности, окружающей один или несколько источников света, является центром вторичных световых волн, которые когерентны, и интенсивность света в любой точке пространства есть результат интерференции этих вторичных волн. Метод зон Френеля.

Прямолинейное распространение света Френель дополнил принцип Гюйгенса методом расчета амплитуды результирующей волны в точке наблюдения. Согласно Френелю, световое поле в некоторой точке пространства является результатом интерференции вторичных источников.

Он предложил оригинальный и чрезвычайно наглядный метод группировки вторичных источников. Этот метод позволяет приближенным способом рассчитывать дифракционные картины, и носит название метода зон Френеля. Рассмотрим в качестве примера простую дифракционную задачу о прохождении плоской монохроматической волны от удаленного источника через небольшое круглое отверстие радиуса R в непрозрачном экране (рис. 2). Точка наблюдения P находится на оси симметрии на расстоянии L от экрана. В соответствии с принципом Гюйгенса–Френеля следует мысленно заселить волновую поверхность, совпадающую с плоскостью отверстия, вторичными источниками, волны от которых достигают точки P. В результате интерференции вторичных волн в точке P возникает некоторое результирующее колебание, квадрат амплитуды которого (интенсивность) нужно определить при заданных значениях длины волны λ, амплитуды A0 падающей волны и геометрии задачи. Дифракция плоской волны на экране с круглым отверстием.

Точка наблюдения P находится на оси симметрии на расстоянии L от экрана. В соответствии с принципом Гюйгенса–Френеля следует мысленно заселить волновую поверхность, совпадающую с плоскостью отверстия, вторичными источниками, волны от которых достигают точки P. В результате интерференции вторичных волн в точке P возникает некоторое результирующее колебание, квадрат амплитуды которого (интенсивность) нужно определить при заданных значениях длины волны λ, амплитуды A0 падающей волны и геометрии задачи.

Для облегчения расчета Френель предложил разбить волновую поверхность падающей волны в месте расположения препятствия на кольцевые зоны (зоны Френеля) по следующему правилу: расстояние от границ соседних зон до точки P должны отличается на полдлины волны, т. е. Если смотреть на волновую поверхность из точки P, то границы зон Френеля будут представлять собой концентрические окружности (рис. 3). Границы зон Френеля в плоскости отверстия. Из рис. 2 легко найти радиусы ρm зон Френеля: Так в оптике λ A2  A3.  A1, где Am – амплитуда колебаний, вызванных m-й зоной.

С хорошим приближением можно считать, что амплитуда колебаний, вызываемых некоторой зоной, равна среднему арифметическому из амплитуд колебаний, вызываемых двумя соседними зонами, т. е. Так как расстояния от двух соседних зон до точки наблюдения отличаются на λ / 2, следовательно, возбуждаемые этими зонами колебания находится в противофазе. Поэтому волны от любых двух соседних зон почти гасят друг друга.

Суммарная амплитуда в точке наблюдения есть A = A1 – A2 + A3 – A4 +. = A1 – (A2 – A3) – (A4 – A5) –.