Приложение

Использование голограмм в науке и технике

Голограммы интересны не только как новый вид изобразительного искусства, но и как новый мощный инструмент научных исследований. Мы не будем останавливаться на их использовании в кибернетике для выявления ассоциативных связей между многими объектами, запечатленными на одной пластинке. А вот в технике с их помощью удается измерять сверхмалые перемещения, вращения, деформацию и эррозию тел. Делается это так.

Полученная голограмма как правило представляет собой полупрозрачную пластинку. Наблюдатель может видеть сквозь нее исходный объект. При освещении голограммы опорным лучом в добавок к этому появляется еще и фантомное изображение объекта. Эти два изображения можно совместить.

Так вот, наблюдения показали, что при малейшем смещении, повороте или деформации объекта (на величины, измеряемые долями длины волны света!) пространственная картина интерференции от совмещенных изображений как бы вскипает, настолько сильно она искажается. Казалось бы, из этого хаоса невозможно извлечь никакой полезной информации. Однако, на совмещенном изображении при этом появляются темные и светлые интерференционные полосы, похожие на те, что показаны на рисунке G.1 (См., например, лекции А.Владимирова, Голографические методы измерения и контроля, на сайтеhttp://gem.dpt.ustu.ru/NFMK/ со ссылками на работу Yamaguchi, Speckle displacement and decorrelation in the diffraction and image fields for small object deformation//Optica Acta. 1981. Vol. 28, No 10. P. 1359-1376. )

Когда объект плавно перемещается или вращается, то по его поверхности эти полосы бегут одна за другой. Основным движением здесь является приближение или удаление объекта к наблюдателю. Вращение сводится к тому, что один край объекта приближается, а другой удаляется. Чем больше скорости движения, тем больше полос пробегает в единицу времени. По их частоте мелькания можно определить скорость движения объекта.

Следуя лекциям А.Владимирова можно дать наглядное объяснение происхождению полос. Зафиксируем на одной пластинке две голограммы объекта в двух разных положениях. У каждой точки А1 объекта в первом положении есть соответствующая ей точка А2 во втором. Поскольку объект перемещается как единое целое, то все расстояния между парами соответственных точек равны между собой. Это значит, что каждая пара точек А1А2 излучает в точности, как пара источников в опыте Юнга, то есть порождает систему полос. Все вклады соответственных точек складываются, это позволяет полосам выделиться на фоне шума, порождаемого всеми другими парами точек, которые не являются соответственными.

И совсем уже очевидна связь движения полос с движением излучателей становится именно в опыте Юнга. Когда точечные излучатели расходятся, угол между их лучами растет. Это сразу же сказывается на количестве и ширине интерференционных полос. Грубо говоря, они тоже движутся. Недостатком схемы Юнга является малая амплитуда движений, при которых эффект еще заметен.

Оказалось, что движущиеся полосы наблюдаются и в других схемах голографирования. Например, получим негатив голограммы двух объектов, расположенных рядом. Если посмотреть сквозь эту голограмму на исходные объекты, освещенные опорным лучом, то наблюдатель ничего не увидит, так как пятна негатива перекроют как раз те места, где должно быть больше всего света. Но стоит привести в движение один из объектов, как по их совместной голограмме побегут уже знакомые нам полосы.

С точки зрения Концепции здесь важно, что обнаружилась взаимосвязь между движением объектов и динамикой полосатой структуры голограмм.