Лабораторный комплект "Прикладная голография"

  • Сборка и юстировка экспериментального стенда
  • Запись и чтение голографических изображений небольших статических объектов
  • Эксперимент
  • Эксперимент
  • Эксперимент
  • Эксперимент

лабораторный комплект
Прикладная голография

Голография – один из самых необычных способов регистрации и просмотра изображений открытый ещё в середине XX века и начавший стремительно развиваться после 1960 года с изобретением лазера – интенсивного оптического источника высокой степени когерентности. Смотря на обычную бумажную фотографию, мы считываем информацию об амплитуде несущей волны в конкретной области пространства, но что, если фотография будет хранить информацию не только об амплитуде, но и о фазе несущей волны? Тогда мы сможем видеть предметную сцену объемной, появится мнимая глубина и картинка при разных углах обзора будет различаться. Но как сохранить информацию о фазе несущей волны?
Информацию о фазе несет интерферограмма – запечатленный результат интерференции между несущей (опорной) волной и волной объектной, отраженной (диффузно рассеянной) объектом съемки. Интерферограмму, в свою очередь, можно записать в объеме фотоэмульсии на поверхности фотопластинки высокого разрешения. Однако для получения интерферограммы высокой контрастности необходим источник высокой когерентности коем является лазер. В 50-х годах таких источников не существовало, предпринимались попытки записи голограмм от источников наведенной когерентности (после пространственной и спектральной фильтрации широкополосных источников), однако длина когерентности и, как следствие, качество голограмм оставляли желать лучшего, качественный скачок произошел после 60-го года с изобретением рубинового, а затем и гелий-неонового лазера. Сейчас достаточно высокое качество записи голограмм могут обеспечить диодные лазерные источники.

Юрий Николаевич Денисюк
голографическое изображение "отца" советский голографии

Представленный лабораторный комплект работает на основе метода Денисюка. Метод Денисюка - технология голографии, объединяющая принцип Габора с методом цветной фотографии Липпмана.

Образованные проявленным серебром микроскопические структуры за счёт интерференции отражают те длины волн белого света, которые соответствуют цвету объекта, и гасят все остальные. Поэтому воспроизведение голограмм Денисюка не требует лазера, а цветное объёмное изображение видно при обычном дневном освещении, практически как на обычной фотографии.

Чтение голограмм

Теперь пару слов о чтении голограмм. При освещении проявленной пластинки, свет будет дифрагировать на неоднородностях записанной в фотоэмульсии интерферограммы, при этом произойдёт восстановление волнового фронта несущей волны. Таким образом, станет возможным считывание информации как об амплитуде, так и о фазе световой волны в конкретной точке пространства. Результатом станет просмотр мнимого объемного изображения предметной сцены. В зависимости от типа записанной голограммы для её чтения может потребоваться либо когерентный монохроматический, либо линейчатый, либо сплошной по спектральному составу источник света.

Удивительным также является тот факт, что каждая единица площади голограммы хранит информацию о всей запечатленной предметной сцене. Что это значит? Возьмем бумажную фотографию и разрежем её на две части, отложим одну половинку и посмотрим на вторую, мы потеряли информацию о половине предметной сцены. Теперь же возьмем голограмму и аналогично разрежем её на две части, одну половинку отложим и взглянем на вторую, но под различными углами. Мы можем видеть всю предметную сцену, но как бы «из-за угла». На основе этого можно с уверенностью говорить о том, что каждая единица площади голограммы содержит гораздо больше информации, чем аналогичная единица площади простой фотографии – это делает голограмму уникальным носителем информации.

Современное развитие науки и техники позволяет записать и воспроизвести голограмму даже в домашних условиях. Целью создания лабораторного комплекта по прикладной голографии стало изучение процесса записи и воспроизведения предметной голограммы наиболее простым и доступным способом по методу, названному в честь известного советского оптика - Юрия Николаевича Денисюка. Стенд позволяет также изучить основные закономерности и особенности протекающих при записи голограмм физических процессов.

Комплектация лабораторного комплекта "Прикладная голография"

Оптомеханика JCOPTIX

MMM-1 – Двухосевое кинематическое крепление
  • Для установки оптики диаметром Ø25,4 мм
  • Винты с плоской головкой для крепления оптики
2 шт
OMM1-A2 – Зеркало Ø25,4 мм
  • Усиленное УФ-излучением алюминиевое покрытие
  • Рабочий спектральный диапазон: 450 нм - 20 мкм
2 шт
LDM10-638 – Диодный лазер
  • Длина волны: 638 нм
  • Мощность: 10 мВт
1 шт
MCT-XY1 – Крепление для смещения по осям XY для оптики Ø25,4 мм
  • Максимальная толщина оптики 10 мм
  • Перемещение XY ±1 мм
2 шт
MPS1-50 – Пинхол
  • Диаметр отверстия: 50 мкм
  • Внешний диаметр: 25,4 мм
1 шт
OLC240124-T2 – Плоско-выпуклая линза Ø25,4 мм
  • Просветляющее покрытие: 350-700 нм
  • Материал: N-BK7
1 шт
MCR-4-P4 – Коаксиальные стойки
  • Длина: 101,6 мм
  • Диаметр: 6 мм
1 шт
FADT-16 – Резьбовой переходник SM1
  • Для оптики диаметром Ø16 мм
  • Длина: 15 мм
1 шт
MCO-9A – Коаксиальная монтажная пластина 30 мм
  • Центральное отверстие: SM1
  • В комплекте 2 стопорных кольца SM1
1 шт
MMK-1 – Зажим для плоской оптики
  • Ширина зажима: 58 мм
  • Максимальная толщина оптики: 10 мм
1 шт
MBB-05L – Монтажное основание
  • Размер: 75 мм x 50 мм x 10 мм
  • Сквозные пазы: 32 мм
1 шт
MBP05-75-P6– Стойка Ø12,7 мм
  • Длина: 75 мм
  • Установочный винт: M4 × 12
1 шт
MBH-75C-P6– Поворотный держатель стойки Ø12,7 мм
  • Длина: 75 мм
  • Внешний диаметр: 25 мм
1 шт

Дополнительные возможности по расширению функционала: лазер CNI Laser

PGL-V-H-635-80 – Непрерывный диодный лазер
  • Длина волны: 635 нм
  • Мощность: 80 мВт
1 шт

Лабораторный комплект "Прикладная голография"
предназначен для изучения методов записи и чтения голографических изображений по методу Денисюка.

Схема экспериментальной установки для записи голограмм методом Денисюка

  • 1 – лазерный источник;
  • 2,5 – поворотные зеркала;
  • 3 – линза;
  • 4 – пинхол (точечная диафрагма);
  • 6 – фотопластинка в держателе;
  • 7 – объект съемки на предметном столике
В методе Денисюка объект экспозиции устанавливается за фотопластинкой и освещается лазерным излучением проходящем сквозь пластинку, в результате интерференция возникает между излучением, падающим на фотопластинку и излучением обратно рассеянным предметом съемки. Полученная интерферограмма записывается фоточувствительным слоем (фотоэмульсией) пластинки. Метод Денисюка отличается изящной простотой и универсальностью, однако предъявляет высокие требования к оптическому качеству и разрешению фотопластинок, поэтому учебный стенд укомплектовывается специальными фотопластинками высокого разрешения производства объединения «Славич».

Возможные эксперименты

  1. Запись и чтение голографических изображений небольших статических объектов
  2. Изучение зависимости качества голограмм от времени экспозиции фотопластинки при постоянной мощности лазера;
  3. Определение оптимальной апертуры излучения при освещении сцены экспозиции и оптимального соотношения плотность мощности/время экспозиции
  4. Изучение зависимости качества голограмм от степени шероховатости поверхности регистрируемого объекта;
  5. Зависимость качества голограмм от степени прозрачности поверхности регистрируемого объекта
  6. Зависимости качества голограмм от размеров и геометрии регистрируемого объекта
  7. Оценка длины когерентности лазера по зависимости качества голограммы от удаления предмета от фотопластинки
  8. Оценка качества чтения голограмм при использовании монохроматического и широкополосного (линейчатого и непрерывного) источников освещения

Дополнительные эксперименты

  1. Поиск оптимальных параметров проявления фотопластинок
  2. Изучение зависимости качества записываемых голограмм от степени микровибраций основания экспериментальной установки, степени вибрации регистрируемого объекта, фотопластинки, лазерного источника (в качестве источника вибрации можно использовать мобильный телефон)