Восстановление изображения

Из рассмотренного выше примера следует, что дифракционную решетку можно рассматривать как голограмму простейшего объекта, представляющего собой плоское зеркало. Свойства дифракционной решетки хорошо изучены, и это значительно облегчит понимание принципов голографии.

Рис. 2

Если теперь такую решетку осветить параллельным пучком света, то есть той же самой опорной световой волной, которая использовалась при ее изготовлении, то в результате дифракции возникнут плоские волны, распространяющиеся под различными углами (рис.2). Часть энергии опорной волны пройдет сквозь решетку, сохранив прежнее направление, образуя волну нулевого порядка. Кроме того, возникают еще две плоские волны, которые распространяются под определенным углом к направлению основного луча. Это волны первого порядка, а направление их распространения определяется углом в, который связан с шагом решетки (то есть расстоянием d между соседними полосами) следующим соотношением:

(5)

где λ - длина волны.

Следует отметить, что это тот же угол θ, который фигурировал и при съемке голограммы (см. рис. 1).

Волны первого порядка, возникающие при дифракции опорной волны на голограмме, являются точными копиями волн, которые исходили от объекта (в нашем примере это плоское зеркало), и поэтому они формируют изображение самого объекта.

Рассмотрим пока лишь волну первого порядка, которая идет "вниз" (см. рис. 2). Для наблюдателя, воспринимающего эту волну, безразлично, как она создана: в результате просвечивания голограммы или в результате непосредственного отражения от реального объекта падающего на него света. В последнем случае мы видим этот объект непосредственно. Поэтому наблюдатель, смотрящий на голограмму, освещенную опорной волной, увидит изображение объекта за голограммой; ему будет казаться, что волны исходят от мнимого объекта, расположенного в том месте, где находился объект на самом деле при съемке. Таким образом, можно сказать, что рассматриваемая волна первого порядка образует мнимое изображение, аналогичное изображению в обычном зеркале.

Процесс образования волн, претерпевших дифракцию на голограмме, будет обратным процессу образования интерференционной картины на голограмме. Иными словами, мы как бы "замораживаем" на время волну, рассеянную объектом, фиксируя ее на голограмме, а затем "восстанавливаем" эту волну, освещая голограмму исходным опорным лучом. Причем наблюдатель воспримет ее как первоначальную волну, рассеянную объектом.

Несколько слов о второй волне первого порядка, которая идет "вверх" (см. рис. 2). Появление этой волны физически можно объяснить довольно просто. Если обратиться к рис. 1, то легко заметить, что полученная дифракционная решетка может быть образована тем же опорным лучом и лучом, падающим на фотопластинку не под углом θ, а под углом - θ. Между этими двумя случаями нет никакой разницы, и полученные голограммы можно будет описать фактически одинаковыми формулами. Различие имеется только в начальной фазе, что не принципиально. Поэтому при просвечивании голограммы условия для возбуждения двух волн первого порядка одинаковы. "Верхняя" волна первого порядка также содержит изображение объекта, но, как увидим ниже, образует его действительное изображение.