Голография – молодая и быстро развивающаяся наука
Голография – молодая и быстро развивающаяся наука, где еще много предстоит открыть, исследовать и применить на практике. За 60 лет развития голография завоевала устойчивое место в мире технологий, как передовое направление с установившимся рынком, большим объемом научно–технической продукции (до 20 млрд. долларов в год) и значительным потенциалом для дальнейшего развития. Новые направления в голографии связаны с прогрессом в разных областях техники и могут оказаться самыми неожиданными.
Полноцветная голограмма "Клоун", записанная Владимиром Кузнецовым в 2015 году
Сегодня приобретает популярность использование изобразительных цветных голограмм в музейных технологиях. Голограмма представляет собой оптическую копию реального объекта и может быть использована в качестве выставочного дублера бесценного исторического артефакта. Цветные голограммы визуально не отличаются от реальных предметов и могут быть использованы в качестве высококачественных трехмерных репродукций при каталогизации произведений искусства. Появление экономичных, компактных и мощных лазеров, высокочувствительных голографических регистрирующих материалов вселяет уверенность в успешном развитии этого направления в голографии.
Деннис Габор 05.06.1900 – 09.02.1979
В 1947 году Деннисом Габором было сделано научное открытие, которое первоначально восприняли просто как очередное доказательство волновых свойств света, но впоследствии оказалось, что оно более фундаментально. Именно тогда была открыта голография. Габор сообщил о разработанном методе только узкому кругу специалистов. Им было введено понятие и разъяснена сущность нового процесса, состоящего из двух этапов – формирования изображения и его восстановления. Процесс получения и восстановления трехмерных изображений стали называть по предложению Денниса Габора и Джорджа Строука, с которым он работал, голографическим процессом, а возникший впоследствии раздел физики, занимающийся изучением этих процессов, голографией. Однако идеи Габора надолго остались нереализованными. Открытия никто не замечал, о нем не знали, не было и практических результатов.
Юрий Николаевич Денисюк (27.07.1927 – 14.05.2006)
Совершенно независимо, отталкиваясь от сюжета фантастического рассказа Ивана Ефремова «Тень минувшего», в конце 50-х годов прошлого столетия молодой аспирант Государственного оптического института им. С. И. Вавилова Юрий Николаевич Дениcюк предложил свой метод записи «волновых фотографий». Вот что писал Ю.Н. Денисюк в своей работе «Мой путь в голографию»:
«У меня возникла дерзкая мысль: нельзя ли создать такую фотографию средствами современной оптики? Или, если быть более точным, нельзя ли создать фотографии, воспроизводящие полную иллюзию реальности зарегистрированных на них сцен? Первые шаги в решении этой задачи были достаточно просты. Было очевидно, что полностью обмануть зрительный аппарат человека и создать у него иллюзию того, что он наблюдает истинный предмет, можно, если бы удалось воспроизвести волновое поле света, рассеянного этим объектом. Было также понятно, что задача воспроизведения волнового поля могла бы быть решена, если бы удалось найти метод регистрации и воспроизведения распределения фаз этого поля. Работа Д. Габора , в которой он излагал принципы голографии, была мне неизвестна, и в 1958 г. я начал самостоятельно решать эту проблему. Следуя приблизительно по тому же пути, что и Габор, я пришел к идее выявления фаз сложной объектной волны за счет ее смешения с референтной волной, обладающей достаточно простой формой. Исходя, так же как и Габор, из принципа Гюйгенса, я считал, что запись и воспроизведение волнового поля должны обязательно осуществляться на поверхности. Именно в этом пункте и возникла основная сложность в реализации моей идеи. Выход из тупика подсказала работа Г. Липпмана, который в конце 19 века показал, что фотография объемной картины плоской стоячей волны обладает свойствами воспроизводить спектральный состав зарегистрированного на ней излучения. Тогда у меня возникло предположение, что может быть, не имеет смысла ограничиваться случаем записи на поверхности? Возможно, сложные изгибы поверхностей пучностей зарегистрированной в объеме стоячей волны содержат информацию не только о спектральном составе, но и о фазе волновых полей? Несколько вариантов теории и эксперимент подтвердили справедливость этого предположения. Действительно, оказалось, что объемная фотографическая модель картины стоячей волны обладает воистину чудесными отображающими свойствами: она способна воспроизвести точные значения фазы, амплитуды и спектрального состава объектной волны. В то время, поскольку я не знал о методе Габора, и введенном им термине «голография», я присвоил этой модели мой собственный термин «волновая фотография». Трехмерная голограмма: это метод или явление? Когда стали открыты волшебные свойства трехмерной голограммы, возник следующий вопрос: является ли трехмерная голограмма новым методом изображения или новым явлением природы, т.е. новой научной истиной? Несмотря на то, что моей первоначальной целью являлось создание нового метода получения изображений, мне стало ясно, что в данном случае самым важным было новое, интересное физическое явление. Различие между терминами «метод» и «явление» является далеко не формальным. В то время как метод предоставляет только возможности, обеспечиваемые его изобретателем, явление существует в соответствии со своими собственными законами и иногда может оказаться значительно более широким, чем считалось первоначально. Решив, что я имею дело с явлением, я дал ему довольно сложное название: «явление отображения оптических свойств объекта в волновом поле рассеянного им излучения».
По существу, он превратил фантастическую идею И. Ефремова – увидеть за плоскостью объёмное изображение, неотличимое от реальности – в научно обоснованный метод получения таких изображений, который сейчас носит название его имя: «Метод Денисюка». В основе этого метода лежит то обстоятельство, что высокоразрешающая фотоэмульсия голографических пластинок совершенно прозрачна для света. Прошедший через рассеивающую линзу свет лазера падает на пластинку и проникает сквозь нее, создавая, таким образом, опорный пучок, одновременно освещая предметы за пластинкой. На светочувствительную эмульсию пластинки падает часть света, отраженная от поверхности голографируемых предметов. Этот предметный волновой фронт, который взаимодействует со встречным опорным пучком и создает интерференционную картину. В результате регистрации интерференционной картины после проявления вы получаете отражательную голограмму.
Конечно, в своей научной работе он опирался на плечи «гигантов» - Ньютона, Гюйгенса, Юнга, Нобелевских лауреатов Липпмана и Брэгга, и не знал, что идеи голографии уже сформулированы Деннисом Габором. Свою первую голограмму Ю. Н. Денисюк получил 3 декабря 1959 года, т.е. ещё в «долазерную» эпоху. В качестве источника он, как и Габор, использовал зелёную линию из спектра ртути, а в качестве объекта использовал обычную линзу.
Установка, на которой Ю.Н. Денисюк получил свою первую голограмму в 1959 году
Восстановление изображения осуществлялось в белом свете. Выбор объекта, как сетовал впоследствии сам Юрий Николаевич, был неудачным, голограмма была маленькая и не очень яркая, поэтому она не впечатлила коллег. Однако, очень скоро появились лазеры и пришло мировое признание его открытия, зарегистрированного под №88 от 1 февраля 1962 г. «Явление отображения оптических свойств объекта в волновом поле рассеянного им излучения (голография)».
Первые голограммы Денисюка так же, как и у Габора, были осевыми в силу малой когерентности, но направление интерферирующих пучков у Юрия Николаевича было встречным. И это принципиально важно!
Схема записи отражательной голограммы по методу Ю.Н. Денисюка
В схеме Денисюка картина интерференции световых фронтов, бегущих навстречу друг другу, отображает не только амплитуду и фазу (информацию о трехмерной сцене), но и частоту волны (цвет), зашифрованный в объеме дифракционных структур, как в методе Липпмана. Это позволяет использовать для восстановления изображения голограммы источники «белого света» и открывает перспективу записи цветных голограмм. Схема регистрации голограммы, когда фотопластинка с прозрачной фотоэмульсией устанавливается между объектом и источником света, с тех пор носит имя Денисюка.
В 1962 г. было установлено, что двумерная голограмма – это лишь частный случай трехмерной и что запись в трехмерной среде обладает гораздо более полным комплексом отображающих свойств. Переход от плоскости к трехмерному пространству не только расширил сферу исследований, но и одновременно предопределил переход голографии из области инструментальной оптики в область физики. В своих работах Ю.Н. Денисюк открыл новые горизонты и возможности в голографии, чем навсегда прославил Российскую науку.
Но главное событие, открывшее широкую дорогу голографии, неторопливо зрело в мире физиков. В начале шестидесятых годов двадцатого века появились лазеры – удивительные источники излучения высокой когерентности.
