Роль зернистости фотоматериалов в голографии

Некоторые из фотоматериалов, используемых в голографии, представляют собой не сплошную среду, а взвесь светочувствительных зерен, расположенных на некотором расстоянии друг от друга. Это прежде всего относится к фотографическим эмульсиям, которые пока что наиболее широко используются в голографии. Дискретная структура фотоэмульсий приводит к тому, что на голограмме записывается не непрерывное распределение яркости интерференционной картины, а лишь ее "отрывки". Кроме того, в процессе съемки голограммы зерна эмульсии рассеивают часть падающего на них света, в результате чего возрастает освещенность зерен, находящихся в темных участках интерферограммы.

Зернистая структура оказывает существенное влияние на качество изображения при просвечивании готовой голограммы. Связано это с тем, что, проходя сквозь голограмму, свет рассеивается на проявленных зернах, в результате чего возникает световой фон, на котором наблюдается изображение. Интенсивность рассеянного излучения при r₀<><λ (r>₀- радиус зерна, не превышающий обычно 0,1 мкм) пропорциональна r₀⁴. Вот почему для голографии очень важно использовать мелкозернистые эмульсии.

Таким образом, наличие, зерен эмульсии является причиной появления шумов в изображении. Формула, определяющая отношение мощности полезного сигнала, формирующего изображение, к мощности фона, имеет вид:

где R - расстояние до объекта;

S_об- площадь объекта;

с₀ - постоянная;

n₀ - поверхностная, плотность зерен в эмульсии;

S_эфф-часть площади голограммы;

S_гол-вся площадь голограммы.

Как видим, чем больше по, тем меньше уровень шумов.

Если разрешающая способность фотоэмульсии не очень велика и контрастность интерференционной картины удовлетворительна не на всей площади голограммы, а только на ее части, то это приводит к ухудшению качества изображения. Оба сделанных замечания подтверждаются на эксперименте в соответствии с приведенной формулой.

В качестве иллюстрации на рис. 11 представлены фотографии мнимых изображений с двух голограмм, полученных на фотопластинках "Микрат 300" и "Микрат 900". Первая из этих фотоэмульсий, как мы видели, имеет невысокую разрешающую способность (см. рис. 10), вследствие чего изображение теряется в шумах (рис. 11, а). Фотоэмульсия "Микрат 900" имеет значительно большую поверхностную плотность зерен, и на ней изображение получается достаточно качественным (рис. 11,б).

Рис. 11

Более подробные теоретические исследования, проведенные для случая голографирования точечного объекта, показали, что при малых размерах зерен эмульсии распределение света в изображении определяется в основном дифракцией света на апертуре голограммы (см. рис. 6 и формулы 13, 14). Вследствие зернистости несколько повышается уровень боковых лепестков (см. рис. 6), появляется небольшая асимметрия в изображении точки, но разрешающая способность изображения (см. формулу 14) остается неизменной. В этом случае сильные искажения распределения света в изображении возникают лишь при больших передержках при съемке голограммы.

При увеличении размеров зерен искажения становятся более сильными. Они распространяются и на основной максимум в изображении, что проявляется в ухудшении разрешающей способности.

Таким образом, зернистость фотоматериалов приводит не только к появлению шумов в изображении, но также и К ухудшению разрешающей способности изображения (при больших размерах зерен). Поэтому в настоящее время для голографии приходится использовать специальные мелкозернистые эмульсии, чувствительность которых во много раз хуже чувствительности обычных фотопластинок. Ведутся интенсивные поиски новых без зернистых фотоматериалов, наиболее пригодных для целей голографии.