Горизонты техники для детей, 1973 №1

Голография

В Варшаве до сих пор работает «фотопластикон». Это специальный зал, где зрители садятся в кресла и рассматривают через окуляры, укрепленные в деревянной стенке, серию перемещающихся открыток с видами из какой-нибудь экзотической страны.

Что же интересного в этом зрелище? — может быть, спросят некоторые из вас. А интересное — в трехмерности, объемности рассматриваемых открыток. Все изображенные на них лица и предметы — не плоские, а объёмные, рельефные, удаленные от зрителя на разные расстояния.

Секрет фотопластикона очень прост. Известно, что левый глаз человека видит несколько иное, чуть смещённое изображение по сравнению с тем, какое видит правый глаз. Поэтому если снять один и тот же объект на двух кадрах плёнки с помощью двух объективов, слегка раздвинутых по отношению друг к другу (такие снимки называют стереоскопическими), а позднее «правый» снимок рассматривать правым глазом, «левый» же — левым глазом, то мы получим объёмное изображение данного объекта.

Разумеется, эти снимки будут в одной плоскости и на одинаковом расстоянии от глаз наблюдателя. А вот несколько лет назад в одной из научно-популярных передач варшавского телевидения был показан интересный эксперимент: на матовом стекле проецировалось изображение нескольких шахматных фигур, установленных на разном расстоянии. Если вы хотя бы немного занимались фотографией, то знаете, что такое изображение при правильно обработанном негативе может быть резким или не резким. Установив матовое стекло очень близко от объектива, а затем постепенно удаляя его, мы сначала получим не резкое (неотчётливое, слегка расплывчатое) изображение; на каком-то расстоянии — резкое, а потом снова не резкое изображение. В эксперименте, показанном в телевизионной передаче, было по-другому: по мере удаления матового стекла, резкими становились очередные шахматные фигуры. У всех создавалось впечатление, что их изображения как-будто были подвешены в пространстве на разном расстоянии друг от друга.

Чем это объяснить? — спросите вы» так как ни в какие чудеса давно не верите. Наблюдаемое явление, сразу же оговоримся, не так уж просто объяснить с физической точки зрения. Вот почему о физических основах голографии — именно так называется метод фиксирования и воспроизведения объемного изображения — мы напишем совсем немного, только для вашего общего знакомства с предметом разговора.

Представьте себе, что мы хотим получить голографический снимок — проще сказать: голограмму — шахматного коня. С этой целью мы освещаем фигуру лучом лазера, а отраженный луч направляем на фотопленку. Одновременно эту пленку мы непосредственно освещаем лучом того же лазера.

После проявления и закрепления пленки мы видим изображение совсем не похожее на шахматного коня. Оно представляет собой тонкий узор, состоящий из множества линий. Оказывается, на фотопленке запечатлено явление, называемое интерференцией, т. е. наложением волн: световая волна, непосредственно падающая от лазера, наложилась на волну, отраженную от шахматного коня. Явление интерференции можно наблюдать на берегу спокойного озера, Бросив в озеро недалеко друг от друга два камешка, мы увидим, как от них расходятся волны, а там, где они встречаются, возникают характерные «горки» и «долины».

Итак, продолжаем наш воображаемый эксперимент. Фотопленку с экспонированной голограммой шахматной фигуры поместим в то же место, где раньше была сама фигура и направим на нее луч лазера. Затем посмотрим туда сквозь пленку, как через окно. Что мы увидим, как вы думаете? В поле зрения у нас возникает объемное изображение шахматного коня. Мало того, если мы посмотрим на голограмму под некоторым углом, то и коня мы увидим так, как будто рассматриваем его не в анфас, а сбоку. Причем если бы на голограмме были зафиксированы две шахматные фигуры, расположенные одна за другой, то сбоку мы увидим одну их них прикрытую второй, стоящей перед ней.

Следовательно, голография существенным образом отличается от «нормальной» — стереоскопической фотографии. Но на этом вовсе не исчерпываются замечательные свойства голограммы. Представьте себе, что если мы отрежем половину кадра пленки с голограммой, то все равно получим изображение всего объекта. Даже маленького кусочка голограммы вполне достаточно, чтобы получить полное изображение, на нем только будет меньшее число подробностей.

Голография — детище нашего времени. И хотя ее основы связаны с именами Гюйгенса, изложившего волновую теорию света, и Юнга, открывшего интерференцию излучения, первым, кто записал первую голограмму был англичанин Денис Габор. Это было в 1948 году.

Первые лабораторные опыты были очень несовершенны. И лишь в 1964 году американские ученые Э. Лейт и Ю. Упатниекс, применив лазер, получили первые трехмерные голограммы. Значит, от первых удовлетворяющих экспериментов в голографии нас отделяет лет десять. Но работы именно последних лет показали, что голография — действительно замечательное изобретение, у которого есть большое будущее.

Мы с вами лишь коротко остановимся на самых важных перспективах применения голографии.

Инженеры, увлеченные исключительными возможностями объемного воспроизведения изображений, работают над созданием голографического фильма. Сегодня трудно сказать, когда появятся первые голографические кинотеатры, но вы, дорогие читатели, непременно будете посещать их. Будущие стереоскопические комедии, боевики и детективы станут еще более захватывающими. Но не они — главное. Голографический фильм очень нужен науке. Он дает возможность наблюдать за жизнью клеток и тканей организмов в условиях, наиболее приближенных к реальным, действительным. Вероятно, такие наблюдения позволят изучить новые явления и раскрыть многие тайны.

По мнению инженеров, голографию можно использовать для регистрации различной информации. Здесь результаты могут оказаться ошеломляющими. Например, в кристалле, размером с кусочек пиленого сахара можно записать столько сведений, сколько при обычной записи хватило бы на несколько томов.

Уже сегодня предприняты попытки использовать голографию для контроля качества материалов и изделий, не повреждая их. Например, внутри гребного винта не должно быть малейшей трещины.

Нецелесообразно было бы разрезать винт, чтобы убедиться в этом. До сих пор подобный контроль проводился с помощью рентгеновских лучей, ультразвуков и т. д. Сейчас для измерения напряжений в деталях используют голографию. Она позволяет обнаруживать повреждения или неоднородности материала порядка микронов.

Рис. 1. Фиксирование голограммы на фотографической пластинке

Рис. 2. Воспроизведение голограммы.

Сравнительно недавно разработаны основы акустической голографии, когда изображение воспроизводится с помощью света, а фиксируется посредством звуковых волн. Поскольку звуковые волны проникают сквозь непрозрачные преграды, через которые не проходят световые, акустическую голографию предполагают использовать для исследований тайн морского дна, а также тела человека.

Любая область знаний постоянно развивается, дополняется новыми открытиями. Но есть такие области, которые развиваются быстрее других, а их огромные возможности обращают на себя всеобщее внимание. Среди таких областей голография занимает одно из первых мест.

СТЕФАН ВЕЙНФЕЛЬД