Ответьте на вопросы, страница 214 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему голографический метод позволяет получить объемное изображение предмета?

2. Почему для получения голограммы, кроме предметной волны, необходима опорная волна?

3. Как изменится качество голографического изображения, если его рассматривать через небольшой кусок голограммы?

1. Голографический метод позволяет получить объемное изображение предмета, поскольку в отличие от обычной фотографии, которая фиксирует только интенсивность (яркость) света, голография записывает полную информацию о световой волне, отраженной от объекта. Эта полная информация включает в себя как амплитуду (связанную с интенсивностью), так и фазу волны. Фаза световой волны несет информацию о глубине сцены, то есть о расстоянии от различных точек объекта до записывающей пластины.
Процесс записи голограммы заключается в регистрации интерференционной картины, которая возникает при сложении двух когерентных световых волн: предметной (рассеянной объектом) и опорной (идущей непосредственно от источника света, например, лазера). Эта картина, зафиксированная на фотопластинке, и есть голограмма.
При восстановлении изображения голограмма освещается той же опорной волной. Дифрагируя на сложной структуре голограммы, свет восстанавливает точную копию предметной волны. Когда эта восстановленная волна попадает в глаз наблюдателя, он видит мнимое изображение объекта в трех измерениях, со всеми его оптическими свойствами, включая параллакс (возможность посмотреть на объект под разными углами, смещая голову). Именно сохранение и восстановление фазы волны делает изображение объемным.

Ответ: Голография позволяет получить объемное изображение, так как она регистрирует и восстанавливает не только амплитуду (интенсивность), но и фазу световой волны, которая несет информацию о глубине и трехмерной структуре объекта.

2. Фоточувствительные материалы (например, фотопластинки или матрицы цифровых камер) могут регистрировать только интенсивность света, которая пропорциональна квадрату амплитуды световой волны ($I \sim A^2$), но не могут напрямую зафиксировать ее фазу. Однако именно фаза содержит информацию о глубине объекта, необходимую для создания объемного изображения.
Чтобы обойти это ограничение, используется опорная волна. Опорная волна, являясь когерентной с предметной волной, интерферирует с ней. В результате интерференции фазовые соотношения между двумя волнами преобразуются в пространственное изменение интенсивности — в чередование светлых и темных полос (интерференционную картину). Амплитуда суммарной волны $E_{total}$ в каждой точке фотопластинки зависит от разности фаз предметной ($\text{O}$) и опорной ($\text{R}$) волн в этой точке. Интенсивность, которую регистрирует пластинка, пропорциональна $|O + R|^2$. Этот член содержит слагаемые, зависящие от фазы предметной волны относительно фазы опорной.
Таким образом, опорная волна служит своего рода "носителем", который позволяет закодировать нематериальную фазу в виде материального, регистрируемого рисунка интенсивности. Без опорной волны на пластинке была бы зафиксирована только информация об интенсивности света от объекта, что привело бы к получению не голограммы, а размытого двумерного изображения.

Ответ: Опорная волна необходима для того, чтобы преобразовать информацию о фазе предметной волны, которую фотопластинка не может записать напрямую, в интерференционную картину (изменение интенсивности), которую можно зарегистрировать.

3. Одно из фундаментальных свойств голограммы заключается в том, что каждый ее участок содержит информацию обо всем объекте целиком, но с определенного ракурса. Это связано с тем, что при записи голограммы свет от каждой точки объекта попадает на всю поверхность фотопластинки.
Поэтому, если рассматривать изображение через небольшой кусок голограммы, оно по-прежнему будет полным, а не частичным. Вы увидите весь объект.
Однако качество изображения изменится в худшую сторону по нескольким причинам:
1. Снижение разрешения: Размер куска голограммы выступает в роли апертуры оптической системы. Уменьшение апертуры приводит к усилению дифракционных эффектов, что делает изображение менее четким и размытым.
2. Ограничение параллакса: Уменьшается диапазон углов, под которыми можно рассматривать объект. Если целая голограмма позволяет значительно смещать точку обзора и "заглядывать" за предметы, то маленький фрагмент будет подобен взгляду через узкое окно — эффект объема и возможность обзора будут сильно ограничены.
3. Уменьшение яркости: Меньший участок голограммы дифрагирует меньше света для формирования изображения, поэтому восстановленное изображение будет более тусклым.

Ответ: При рассматривании изображения через небольшой кусок голограммы будет виден весь объект, а не его часть. Однако качество изображения ухудшится: снизится его четкость (разрешение), уменьшится яркость и будет сильно ограничен диапазон углов обзора (эффект параллакса).