Номер 6, страница 215 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

6. Поясните метод записи и считывания в голографии.

Голография — это уникальный метод, позволяющий записывать и восстанавливать не просто изображение объекта, а полный волновой фронт света, рассеянного этим объектом. В отличие от фотографии, которая фиксирует только распределение интенсивности (яркости) света, голография регистрирует и интенсивность (амплитуду), и фазу световой волны. Это позволяет получать полноценные трёхмерные изображения. Процесс состоит из двух основных этапов: записи и восстановления (считывания).

Метод записи голограммы

Процесс записи голограммы основан на явлении интерференции когерентных световых волн. Для этого необходима следующая установка:

1. Источник когерентного света. Как правило, используется лазер, так как он излучает монохроматический (одной длины волны) и когерентный (согласованный по фазе) свет.

2. Деление луча. Лазерный луч с помощью полупрозрачного зеркала (светоделителя) разделяется на два пучка: опорный и предметный.

3. Опорный пучок (Reference Beam). Эта часть луча направляется непосредственно на регистрирующую среду (специальную фотопластину с высоким разрешением) под определённым углом. Этот пучок является эталонным, его фаза и амплитуда известны и постоянны.

4. Предметный пучок (Object Beam). Вторая часть луча направляется на объект, голограмму которого нужно записать. Свет отражается и рассеивается от поверхности объекта. Эта рассеянная волна несёт в себе полную информацию о трёхмерной структуре объекта: каждая точка объекта вносит свой вклад в общую волну, изменяя её амплитуду (в зависимости от яркости точки) и фазу (в зависимости от расстояния до фотопластины).

5. Интерференция и запись. Отражённый от объекта предметный пучок и опорный пучок одновременно попадают на фотопластину. Так как оба пучка когерентны, они интерферируют друг с другом. В тех местах, где волны приходят в одной фазе (гребень с гребнем), они усиливают друг друга, создавая светлые полосы. Там, где они в противофазе (гребень с впадиной), они гасят друг друга, создавая тёмные полосы. В результате на фотопластине формируется сложнейшая интерференционная картина из микроскопических полос и пятен. Эта картина и есть голограмма. В ней закодирована вся информация о фазе и амплитуде предметной волны.

После химической обработки (проявки и фиксации) фотопластина готова к считыванию.

Ответ: Запись голограммы происходит путём регистрации на фотопластине сложной интерференционной картины, возникающей в результате сложения двух когерентных световых волн: опорной, идущей прямо от источника, и предметной, рассеянной объектом. Эта картина кодирует информацию об амплитуде и фазе световой волны от объекта.

Метод считывания (восстановления) голограммы

Процесс считывания, или восстановления, основан на явлении дифракции света. Чтобы увидеть изображение, записанное на голограмме, необходимо выполнить следующие действия:

1. Освещение голограммы. Проявленную голограмму устанавливают на прежнее место и освещают так называемым восстанавливающим пучком. В простейшем случае это точная копия опорного пучка, который использовался при записи (та же длина волны, тот же угол падения).

2. Дифракция света. Записанная на голограмме микроскопическая интерференционная картина работает как очень сложная дифракционная решётка. Когда восстанавливающий пучок проходит через неё (или отражается от неё, в зависимости от типа голограммы), он дифрагирует на этой структуре.

3. Восстановление волнового фронта. В результате дифракции происходит "расшифровка" записанной информации. Голограмма преобразует плоский фронт восстанавливающего пучка в сложный волновой фронт, который является точной копией того предметного фронта, что был рассеян объектом в момент записи.

4. Формирование изображения. Для наблюдателя, смотрящего сквозь голограмму, восстановленная световая волна ничем не отличается от волны, идущей от реального, физически присутствующего объекта. Глаз фокусирует эти лучи, и наблюдатель видит объёмное (трёхмерное) мнимое изображение объекта, висящее в пространстве за пластиной. Важнейшим свойством голографического изображения является параллакс: при смещении головы наблюдателя изменяется угол обзора, и можно заглянуть за предметы на переднем плане, что создаёт полную иллюзию реальности объекта.

Ответ: Считывание голограммы основано на явлении дифракции: голограмму освещают пучком света, аналогичным опорному пучку при записи, и записанная на ней интерференционная структура воссоздаёт точную копию исходного волнового фронта от объекта, формируя для наблюдателя его объёмное изображение.