Демонстрация свойств объемных голограмм

Ôèçè÷åñêîå îáðàçîâàíèå â âóçàõ, Ò. 8, ¹ 1, 2002

65

Äåìîíñòðàöèîííûé ëåêöèîííûé ýêñïåðèìåíò Äåìîíñòðàöèÿ ñâîéñòâ îáúåìíûõ ãîëîãðàìì Î.Â. Àíäðååâà, Î.Â. ×èñòÿêîâà*, Í.Â. Àíäðååâ* ÂÍÖ «Ãîñóäàðñòâåííûé îïòè÷åñêèé èíñòèòóò èì. Ñ.È. Âàâèëîâà» *Ðîññèéñêèé ãîñóäàðñòâåííûé ïåäàãîãè÷åñêèé óíèâåðñèòåò èì. À.È. Ãåðöåíà  ðàáîòå ïðåäñòàâëåí ïëàí èçëîæåíèÿ ìàòåðèàëà ïî îñíîâíûì ñâîéñòâàì òðåõìåðíûõ ãîëîãðàìì ñ ïðèìåíåíèåì äåìîíñòðàöèîííîé óñòàíîâêè, èñïîëüçóþùåé îáúåìíóþ ïðîïóñêàþùóþ ãîëîãðàììó òîëùèíîé 1 ìì, èçãîòîâëåííóþ â ÂÍÖ ÃÎÈ. Óñòàíîâêà ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíà äëÿ ñîïðîâîæäåíèÿ ëåêöèîííîãî ìàòåðèàëà, à òàêæå â êà÷åñòâå îñíîâû äëÿ ëàáîðàòîðíûõ ðàáîò è ó÷åáíûõ çàäàíèé ïî êóðñó îïòèêè.

Ãîëîãðàôèÿ – íîâîå íàó÷íîå íàïðàâëåíèå âòîðîé ïîëîâèíû ÕÕ âåêà, çíàêîìñòâî ñ êîòîðûì íåîáõîäèìî äëÿ øêîëüíèêîâ è ñòóäåíòîâ, êàê â îñíîâíîì êóðñå ôèçèêè, òàê è íà ôàêóëüòàòèâíûõ çàíÿòèÿõ. Ãîëîãðàôèÿ èçó÷àåò êîìïëåêñ ÿâëåíèé, ñâÿçàííûõ ñ ðåãèñòðàöèåé è âîññòàíîâëåíèåì (ëèáî ïðåîáðàçîâàíèåì) âîëíîâûõ ïîëåé, è îòêðûâàåò òåõíè÷åñêèå âîçìîæíîñòè, îñóùåñòâëåíèå êîòîðûõ íåâîçìîæíî òðàäèöèîííûìè îïòè÷åñêèìè ìåòîäàìè [1]. Ðàçäåë «Ãîëîãðàôèÿ» âõîäèò â êóðñ îáùåé ôèçèêè, êîòîðûé ÷èòàåòñÿ âî âñåõ òåõíè÷åñêèõ âóçàõ, íà ôèçè÷åñêèõ è åñòåòñòâåííî-íàó÷íûõ ôàêóëüòåòàõ óíèâåðñèòåòîâ.  êà÷åñòâå äåìîíñòðàöèîííîãî ìàòåðèàëà, êàê ïðàâèëî, èñïîëüçóþò èçîáðàçèòåëüíûå ãîëîãðàììû, êîòîðûå â íàñòîÿùåå âðåìÿ ìîæíî âèäåòü íà âûñòàâêàõ, à òàêæå â êà÷åñòâå íàêëååê è çàùèòíûõ çíàêîâ. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ èçîáðàçèòåëüíûõ ãîëîãðàìì îáû÷íî èñïîëüçóþò ñëîæíûå ñõåìû ðåãèñòðàöèè è âîëíû ïðîèçâîëüíîé ôîðìû, ÷òî íå ïîçâîëÿåò âî âðåìÿ ó÷åáíûõ çàíÿòèé ïðîâåñòè äîñòàòî÷íî ïðîñòîå è íàãëÿäíîå îïèñàíèå ïðîèñõîäÿùèõ ïðè îñâåùåíèè òàêîé ãîëîãðàììû ÿâëåíèé è èõ èíòåðïðåòàöèþ. Öåíòðàëüíûì ðàçäåëîì ñîâðåìåííîé ãîëîãðàôèè ÿâëÿþòñÿ çàêîíîìåðíîñòè çàïèñè ãîëîãðàìì â òðåõìåðíûõ, (îáúåìíûõ) ñðåäàõ [2]. Íî èìåííî ýòîò âîïðîñ çà÷àñòóþ îñòàåòñÿ «çà êàäðîì» ëåêöèîííîãî ìàòåðèàëà, òàê êàê â íàñòîÿùåå âðåìÿ íåò äîñòóïíîé ëèòåðàòóðû ïî òðåõìåðíîé ãîëîãðàôèè è íåîáõîäèìîãî îáîðóäîâàíèÿ äëÿ äåìîíñòðàöèîííûõ îïûòîâ.  íàñòîÿùåé ðàáîòå ïðåäñòàâëåí ïëàí èçëîæåíèÿ ìàòåðèàëà ïî îñíîâíûì ñâîéñòâàì òðåõìåðíûõ ãîëîãðàìì, âûðàáîòàííûé â ðåçóëüòàòå ìíîãîëåòíåé ðàáîòû ñ ó÷åíèêàìè Àêàäåìè÷åñêîé ãèìíàçèè Ñàíêò-Ïåòåðáóðãñêîãî ïîñóäàðñòâåííîãî óíèâåðñèòåòà, à òàêæå ñî ñòóäåíòàìè òåõíè÷åñêèõ âóçîâ. Êðîìå òîãî îïèñàíà íåñëîæíàÿ äåìîíñòðàöèîííàÿ óñòàíîâêà è òå âîçìîæíîñòè, êîòîðûå îíà ïðåäîñòàâëÿåò ïðåïîäàâàòåëÿì ïðè ðàçðàáîòêå ìàòåðèàëà ïî ðàçäåëó «ãîëîãðàôèÿ». Ñâîéñòâà ãîëîãðàìì ðàññìàòðèâàþòñÿ íà ïðèìåðå ýëåìåíòàðíûõ ãîëîãðàìì, òî åñòü ãîëîãðàìì-ðåøåòîê [3], ïîëó÷åííûõ ïðè âçàèìîäåéñòâèè äâóõ ïëîñêèõ êîãåðåíòíûõ âîëí (Ðèñóíîê 1). Ýëåìåíòàðíûå ãîëîãðàììû ÿâëÿþòñÿ õîðîøî èçó÷åííîé è óäîáíîé ìîäåëüþ

66

Î.Â. Àíäðååâà, Î.Â. ×èñòÿêîâà, Í.Â. Àíäðååâ

äëÿ êîëè÷åñòâåííûõ îöåíîê è àíàëèòè÷åñêîãî îïèñàíèÿ ïðîöåññîâ ïîëó÷åíèÿ è ñ÷èòûâàíèÿ ãîëîãðàìì. Ïðîèçâîëüíóþ ãîëîãðàììó â ðÿäå ñëó÷àåâ ìîæíî ïðåäñòàâèòü â âèäå ñóïåðïîçèöèè ýëåìåíòàðíûõ ãîëîãðàìì ñ ðàçëè÷íûìè ïàðàìåòðàìè. Âàæíåéøèìè õàðàêòåðèñòèêàìè, îïðåäåëÿþùèìè ñâîéñòâà ïîëó÷åííûõ ãîëîãðàìì, ÿâëÿþòñÿ: ïåðèîä ãîëîãðàììû (d), òîëùèíà ãîëîãðàììû (Ò), õàðàêòåð îòêëèêà ðåãèñòðèðóþùåé ñðåäû íà âîçäåéñòâèå èçëó÷åíèÿ, îðèåíòàöèÿ èçîôàçíûõ ïîâåðõíîñòåé èíòåðôåðåíöèîííîé êàðòèíû îòíîñèòåëüíî ãðàíèö ãîëîãðàììû.

Ðèñóíîê 1. Ðåãèñòðàöèÿ ýëåìåíòàðíîé ïðîïóñêàþùåé ãîëîãðàììû, îáðàçîâàííîé ïðè âçàèìîäåéñòâèè äâóõ êîãåðåíòíûõ ïëîñêèõ âîëí I1 è I2 , óãîë ìåæäó êîòîðûìè 2θ, â ðåãèñòðèðóþùåé ñðåäå (ÐÑ) òîëùèíû Ò; d – ïåðèîä ãîëîãðàììû.

Äåìîíñòðàöèÿ ñâîéñòâ îáúåìíûõ ãîëîãðàìì

67

 ïåðâóþ î÷åðåäü ìû ðàññìàòðèâàåì òå ñâîéñòâà, êîòîðûå îïðåäåëÿþòñÿ ñîîòíîøåíèåì ìåæäó ïåðèîäîì è òîëùèíîé ãîëîãðàììû. Åñëè òîëùèíà ãîëîãðàììû ñðàâíèìà ñ åå ïåðèîäîì, ãîëîãðàììó íàçûâàþò äâóìåðíîé, èëè ïëîñêîé. Ñâîéñòâà òàêèõ ãîëîãðàìì àíàëîãè÷íû ñâîéñòâàì òðàäèöèîííûõ äèôðàêöèîííûõ ðåøåòîê è â íàñòîÿùåå âðåìÿ õîðîøî èçó÷åíû. (Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî äâóìåðíûå ãîëîãðàììû, ïðè ðàññìîòðåíèè êîòîðûõ ìîæíî áûëî áû ïðåíåáðå÷ü ýôôåêòàìè òðåòüåãî èçìåðåíèÿ, íà ïðàêòèêå âñòðå÷àþòñÿ êàê ðåäêîå èñêëþ÷åíèå.) Åñëè òîëùèíà ãîëîãðàììû çíà÷èòåëüíî ïðåâûøàåò åå ïåðèîä, ãîëîãðàììà ÿâëÿåòñÿ òðåõìåðíîé.  íàñòîÿùåå âðåìÿ â çàâèñèìîñòè îò òèïà ðåãèñòðèðóþùåé ñðåäû òðåõìåðíûå ãîëîãðàììû ðàçäåëÿþò íà 3 îñíîâíûå ãðóïïû: 1 - òîíêîñëîéíûå òðåõìåðíûå ãîëîãðàììû, ïîëó÷åííûå â ñðåäàõ òîëùèíîé ïîðÿäêà 10-20 ìêì; 2 – îáúåìíûå (ãëóáîêèå, 3D) ãîëîãðàììû - ñòàòè÷åñêèå ãîëîãðàììû â ñðåäàõ òîëùèíîé ïîðÿäêà 1000 ìêì è áîëåå (ñòàòè÷åñêèìè íàçûâàþòñÿ ãîëîãðàììû, ïàðàìåòðû êîòîðûõ ïîñëå èõ ïîëó÷åíèÿ íå èçìåíÿþòñÿ âî âðåìåíè); 3 - äèíàìè÷åñêèå òðåõìåðíûå ãîëîãðàììû, ðåãèñòðèðóåìûå â ñðåäàõ, îïòè÷åñêèå ïàðàìåòðû êîòîðûõ èçìåíÿþòñÿ ïîä äåéñòâèåì ôîðìèðóþùåãî ãîëîãðàììó èçëó÷åíèÿ, ÷òî ïðèâîäèò ê äèôðàêöèè èçëó÷åíèÿ íà ãîëîãðàììå â ïðîöåññå åå ðåãèñòðàöèè, ê èçìåíåíèþ õàðàêòåðèñòèê çàïèñûâàþùèõ âîëí è ïîÿâëåíèþ íîâûõ âîëí [4,5]. Îñíîâàòåëåì òðåõìåðíîé (îáúåìíîé) ãîëîãðàôèè ÿâëÿåòñÿ Þðèé Íèêîëàåâè÷ Äåíèñþê, ðóññêèé ó÷åíûé, ñîòðóäíèê Ãîñóäàðñòâåííîãî îïòè÷åñêîãî èíñòèòóòà. Âïåðâûå ïîëó÷åííàÿ èì â 1962 ã. òðåõìåðíàÿ ãîëîãðàììà (ãîëîãðàììà Äåíèñþêà) îòíîñèòñÿ ê òîíêîñëîéíûì òðåõìåðíûì ãîëîãðàììàì. Èçîáðàçèòåëüíûå ãîëîãðàììû, ïîëó÷åííûå ïî ìåòîäó Äåíèñþêà, ïîçâîëÿþò íàáëþäàòü êà÷åñòâåííîå èçîáðàæåíèå îáúåêòà ïðè îñâåùåíèè èñòî÷íèêîì èçëó÷åíèÿ ñî ñïëîøíûì ñïåêòðîì (Ñîëíöå, ëàìïû íàêàëèâàíèÿ). Ãîëîãðàììû Äåíèñþêà ìîæíî âèäåòü íà ìíîãî÷èñëåííûõ âûñòàâêàõ â Ïåòåðáóðãå è Ìîñêâå. Ñâåòî÷óâñòâèòåëüíûå ôîòîãðàôè÷åñêèå ìàòåðèàëû äëÿ ïîëó÷åíèÿ òàêèõ ãîëîãðàìì âûïóñêàåò íàøà ïðîìûøëåííîñòü. Òðåõìåðíûå ñòàòè÷åñêèå ãîëîãðàììû, ïîëó÷åííûå â îáúåìíûõ ñðåäàõ òîëùèíîé íåñêîëüêî ìèëëèìåòðîâ, îáëàäàþò óíèêàëüíûìè ñâîéñòâàìè è íàõîäÿò ïðèìåíåíèå â íàóêå è òåõíèêå â êà÷åñòâå óçêîïîëîñíûõ ñåëåêòîðîâ èçëó÷åíèÿ, â ñèñòåìàõ çàïèñè è õðàíåíèÿ èíôîðìàöèè. Ê ñîæàëåíèþ, â íàñòîÿùåå âðåìÿ äëÿ ðåãèñòðàöèè òàêèõ ãîëîãðàìì ñóùåñòâóþò ìàòåðèàëû òîëüêî ëàáîðàòîðíîãî èçãîòîâëåíèÿ [4], îïòè÷åñêèå ýëåìåíòû íà îñíîâå îáúåìíûõ ãîëîãðàìì åùå íå ïîëó÷èëè øèðîêîãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ è âèäåòü èõ ìîãóò òîëüêî ñïåöèàëèñòû-ïðîôåññèîíàëû. Ïîýòîìó ìû ïðåäëàãàåì ðàññìîòðåíèå òðåõìåðíûõ (îáúåìíûõ) ãîëîãðàìì ïðîâîäèòü ñ ïîìîùüþ ðåàëüíîé ãîëîãðàììû, ñâîéñòâà êîòîðîé ëåêòîð ìîæåò ëåãêî äåìîíñòðèðîâàòü, èñïîëüçóÿ ïðåäëàãàåìóþ íàìè óñòàíîâêó èëè òåõíè÷åñêèå ïðèñïîñîáëåíèÿ, èìåþùèåñÿ â äàííîì ó÷åáíîì çàâåäåíèè. (Íåîáõîäèìî îáåñïå÷èòü îñâåùåíèå ýêñêëþçèâíîé ãîëîãðàììû ìîíîõðîìàòè÷åñêèì èçëó÷åíèåì è åå ïîâîðîò îòíîñèòåëüíî ïàäàþùåãî èçëó÷åíèÿ). Òðåõìåðíûå ãîëîãðàììû îáëàäàþò ñëåäóþùèìè îñíîâíûìè ñâîéñòâàìè.

68

Î.Â. Àíäðååâà, Î.Â. ×èñòÿêîâà, Í.Â. Àíäðååâ

1. Ïðè îñâåùåíèè òðåõìåðíîé ãîëîãðàììû âîçíèêàåò òîëüêî îäèí äèôðàêöèîííûé ïîðÿäîê. Ïðè ýòîì äëÿ ïîëó÷åíèÿ ìàêñèìàëüíîé èíòåíñèâíîñòè äèôðàãèðîâàííîãî ïó÷êà íåîáõîäèìî âûïîëíåíèå ñëåäóþùåãî óñëîâèÿ: 2d sinθ = λ, ãäå d - ïîñòîÿííàÿ ðåøåòêè, θ óãîë ìåæäó íàïðàâëåíèåì ðàñïðîñòðàíåíèÿ âîëíû è ïëîñêîñòüþ ðåøåòêè, λ - äëèíà âîëíû èçëó÷åíèÿ. Ýòî ñîîòíîøåíèå, èçâåñòíîå â ôèçèêå êàê çàêîí Âóëüôà-Áðýããà (1913 ã.), øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ â ãîëîãðàôèè ïîä íàçâàíèåì «óñëîâèå Áðýããà». Îíî îïðåäåëÿåò äëÿ ýëåìåíòàðíîé îáúåìíîé ãîëîãðàììû óñëîâèå îáðàçîâàíèÿ ãëàâíîãî ìàêñèìóìà äèôðàãèðîâàííîé âîëíû: âûáîð óãëà ïàäåíèÿ (θÁð) çàäàåò äëèíó âîëíû (λÁð) ïàäàþùåãî íà ãîëîãðàììó èçëó÷åíèÿ, è íàîáîðîò. Òàêèì îáðàçîì, ïðè îñâåùåíèè òðåõìåðíîé ãîëîãðàììû â óñëîâèÿõ Áðýããà çà ãîëîãðàììîé âîçíèêàþò òîëüêî äâà ïó÷êà – íóëåâîãî ïîðÿäêà äèôðàêöèè è (-1) ïîðÿäêà äèôðàêöèè (Ðèñóíîê 2à). Ïðè îñâåùåíèè äâóìåðíîé ãîëîãðàììû (Ðèñóíîê 2á) âñåãäà ïðèñóòñòâóåò, ïî êðàéíåé ìåðå, åùå îäèí (+1) ïîðÿäîê, à âîçìîæíî è áîëüøåå èõ êîëè÷åñòâî. Ýòî ïåðâîå îñíîâíîå ñâîéñòâî òðåõìåðíîé ãîëîãðàììû – ôîðìèðîâàíèå òîëüêî îäíîãî ïîðÿäêà äèôðàêöèè.

à )

á )

Ðèñóíîê 2. Äèôðàêöèÿ èçëó÷åíèÿ íà òðåõìåðíîé (à) è äâóìåðíîé (á) ãîëîãðàììå.

2. Âòîðîå îñíîâíîå ñâîéñòâî òðåõìåðíûõ ãîëîãðàìì – ñåëåêòèâíîñòü. Ñåëåêòèâíîñòü

69

Äåìîíñòðàöèÿ ñâîéñòâ îáúåìíûõ ãîëîãðàìì

– ýòî ñâîéñòâî ãîëîãðàììû, ñâÿçàííîå ñ óìåíüøåíèåì èíòåíñèâíîñòè äèôðàãèðîâàííîé âîëíû (IÄ) ïðè îòêëîíåíèè óñëîâèé îñâåùåíèÿ ãîëîãðàììû îò îïòèìàëüíûõ, îïðåäåëÿåìûõ óñëîâèåì Áðýããà. Ñåëåêòèâíîñòüþ îáëàäàþò òîëüêî òðåõìåðíûå ãîëîãðàììû. Äâóìåðíûå ãîëîãðàììû (êàê è òðàäèöèîííûå ïëîñêèå äèôðàêöèîííûå ðåøåòêè) íåñåëåêòèâíû. Ðàçëè÷àþò ñïåêòðàëüíóþ ñåëåêòèâíîñòü ãîëîãðàììû, ñâÿçàííóþ ñ èçìåíåíèåì äëèíû âîëíû îñâåùàþùåãî (âîññòàíàâëèâàþùåãî) èçëó÷åíèÿ è óãëîâóþ ñåëåêòèâíîñòü, îáóñëîâëåííóþ èçìåíåíèåì ïðîñòðàíñòâåííîãî ñïåêòðà âîññòàíàâëèâàþùåé âîëíû. Ýòî ñâîéñòâî ìû ðàññìàòðèâàåì íà ïðèìåðå óãëîâîé ñåëåêòèâíîñòè îáúåìíîé ïðîïóñêàþùåé ãîëîãðàììû – Ðèñóíîê 3. Êàê âèäíî èç ðèñóíêà, ïðè îòêëîíåíèè îò óñëîâèé Áðýããà (λ=λÁð±δλ è θ=θÁð±δθ) èíòåíñèâíîñòü äèôðàãèðîâàííîé âîëíû ïàäàåò. Èíòåðâàë óãëîâ, â ïðåäåëàõ êîòîðîãî èíòåíñèâíîñòü äèôðàãèðîâàííîãî ïó÷êà âûøå 50% åå ìàêñèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ, ñîñòàâëÿåò 1-2 ìèëëèðàäèàíà äëÿ ãîëîãðàììû òîëùèíîé 1 ìì, òî åñòü 2-4 óãëîâûå ìèíóòû. Ýòî êîëè÷åñòâåííîå îïðåäåëåíèå óãëîâîé ñåëåêòèâíîñòè.

I/I m ax

1

Δθ

0 ,5

0 -1 0

-5

0

5

10

δθ , ì ðàä.

θ Áð Ðèñóíîê 3. Çàâèñèìîñòü èíòåíñèâíîñòè äèôðàãèðîâàííîé âîëíû (Id) îò óãëà ïîâîðîòà ãîëîãðàììû îòíîñèòåëüíî ïàäàþùåãî èçëó÷åíèÿ. Δθ – óãëîâàÿ ñåëåêòèâíîñòü ãîëîãðàììû.

Äëÿ èçìåðåíèÿ óãëîâîé ñåëåêòèâíîñòè èñïîëüçóåòñÿ óñòàíîâêà, îïòè÷åñêàÿ ñõåìà êîòîðîé ïðèâåäåíà íà Ðèñóíêå 4. Îñâåùåíèå ãîëîãðàììû ïðîèçâîäèòñÿ êîëëèìèðîâàííûì ìîíîõðîìàòè÷åñêèì èçëó÷åíèåì (íàïðèìåð, ëàçåð ñ äëèíîé âîëíû 633 íì). Ãîëîãðàììà ðàñïîëàãàåòñÿ íà ñòîëèêå, ïîçâîëÿþùåì îñóùåñòâëÿòü ïîâîðîò îáðàçöà îòíîñèòåëüíî

70

Î.Â. Àíäðååâà, Î.Â. ×èñòÿêîâà, Í.Â. Àíäðååâ

ïàäàþùåãî èçëó÷åíèÿ ñ òî÷íîñòüþ ïîðÿäêà 0,1 ìèëëèðàäèàí. Ôîòîïðèåìíèê ðåãèñòðèðóåò èíòåíñèâíîñòü äèôðàãèðîâàííîãî èçëó÷åíèÿ (Iä). Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ çàâèñèìîñòü Iä îò óãëà ïîâîðîòà ãîëîãðàììû îòíîñèòåëüíî ïàäàþùåãî ïó÷êà, (òàê íàçûâàåìûé êîíòóð óãëîâîé ñåëåêòèâíîñòè ãîëîãðàììû), ïîëó÷åííàÿ íà òàêîé óñòàíîâêå, ïðèâåäåíà íà Ðèñóíêå 3. Êàê âèäíî, â îáúåìíîé ðåãèñòðèðóþùåé ñðåäå ìîæíî çàïèñàòü ìíîãî ãîëîãðàìì, íàëîæåííûõ äðóã íà äðóãà ïîä ðàçíûìè óãëàìè ê ïîâåðõíîñòè îáðàçöà. Ñ÷èòûâàíèå ãîëîãðàìì ìîæíî ïðîèçâîäèòü ïî î÷åðåäè, ïîâîðà÷èâàÿ îáðàçåö îòíîñèòåëüíî ïàäàþùåãî ïó÷êà. Ïðè ïîâîðîòå ãîëîãðàììû òîëùèíîé 1 ìì âñåãî íà îäèí ãðàäóñ, ìîæíî ïîëó÷èòü áîëåå äåñÿòêà ãîëîãðàìì, êîòîðûå ïðè ñ÷èòûâàíèè íå áóäóò ñîçäàâàòü âçàèìíûå ïîìåõè.

Ðèñóíîê 4. Ñõåìà èçìåðåíèÿ óãëîâîé ñåëåêòèâíîñòè îáúåìíîé ïðîïóñêàþùåé ãîëîãðàìì.

Ñåëåêòèâíîñòü - ýòî âòîðîå îñíîâíîå ñâîéñòâî òðåõìåðíûõ ãîëîãðàìì, êîòîðîå â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè îïðåäåëÿåòñÿ òîëùèíîé ãîëîãðàììû. Âûñîêàÿ ñåëåêòèâíîñòü îáúåìíîé ãîëîãðàììû èìååò áîëüøîå ïðàêòè÷åñêîå çíà÷åíèå äëÿ ñîçäàíèÿ óíèêàëüíûõ îïòè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ, â òîì ÷èñëå îïòè÷åñêîé ïàìÿòè áîëüøîé åìêîñòè, ñ ïàðàìåòðàìè, êîòîðûå â íàñòîÿùåå âðåìÿ íåäîñòèæèìû äðóãèìè òåõíè÷åñêèìè ñðåäñòâàìè. Ìàëîãàáàðèòíàÿ óñòàíîâêà, ïðåäíàçíà÷åííàÿ äëÿ äåìîíñòðàöèè îñíîâíûõ ñâîéñòâ îáúåìíûõ ãîëîãðàìì, ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 5.  êà÷åñòâå èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ èñïîëüçóåòñÿ ìàëåíüêèé ïîëóïðîâîäíèêîâûé ëàçåð-óêàçêà, ïèòàíèå êîòîðîãî ìîæíî îñóùåñòâëÿòü îò áàòàðåéêè, è îò ñåòè. Äåìîíñòðàöèîííàÿ ãîëîãðàììà íàõîäèòñÿ â öåíòðå îáðàçöà, êîòîðûé ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïðîçðà÷íûé äèñê äèàìåòðîì 40 ìì è òîëùèíîé 1,0-1,2 ìì. Îïðàâêà ñ

Äåìîíñòðàöèÿ ñâîéñòâ îáúåìíûõ ãîëîãðàìì

71

îáðàçöîì óñòàíîâëåíà íà ñòåðæíå, çàêðåïëåííîì íà îñíîâàíèè óñòàíîâêè â øàðèêîïîäøèïíèêå, ÷òî ïîçâîëÿåò ïîâîðà÷èâàòü ãîëîãðàììó îòíîñèòåëüíî ïàäàþùåãî ïó÷êà è óäåðæèâàòü åå â íóæíîì ïîëîæåíèè. Çà ãîëîãðàììîé óñòàíîâëåí ýêðàí, íà êîòîðîì âèäåí íóëåâîé ïó÷îê, à òàêæå ìîæíî íàáëþäàòü ïîÿâëåíèå è èñ÷åçíîâåíèå äèôðàãèðîâàííîãî ïó÷êà ïðè ïîâîðîòå ãîëîãðàììû âîêðóã óãëà Áðýããà. Òàêóþ óñòàíîâêó ëåãêî ïåðåíîñèòü èç ïîìåùåíèÿ â ïîìåùåíèå, ìîæíî óñòàíîâèòü íà ëþáîì ñòîëå èëè ïîäñòàâêå; äåìîíñòðàöèÿ ïîÿâëåíèÿ è èñ÷åçíîâåíèÿ äèôðàãèðîâàííîãî ïó÷êà íå òðåáóåò äîïîëëíèòåëüíîé íàñòðîéêè è ëåãêî âûïîëíèìà âî âðåìÿ ÷òåíèÿ ëåêöèè è ïîäà÷è ó÷åáíîãî ìàòåðèàëà. (Ãàáàðèòû ïðåäñòàâëåííîé íà Ðèñóíêå 5 óñòàíîâêè 10õ20õ15 ñì).

Ðèñóíîê 5. Óñòàíîâêà äëÿ äåìîíñòðàöèè ñâîéñòâ îáúåìíûõ ãîëîãðàìì.

Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî â êà÷åñòâå ýêðàíà ìîæíî èñïîëüçîâàòü ëþáóþ ïëîñêîñòü – ó÷åáíóþ äîñêó, ñòåíó, ëèñò áóìàãè, - ëàçåðíûé ïó÷îê õîðîøî âèäåí ïðàêòè÷åñêè íà ëþáîì ñâåòëîì ôîíå.  êà÷åñòâå èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ ìîæíî èñïîëüçîâàòü èìåþùèéñÿ ìîíîõðîìàòè÷åñêèé èñòî÷íèê ñ ëþáîé äëèíîé âîëíû (ïðè èçìåíåíèè äëèíû âîëíû èçëó÷åíèÿ èçìåíÿåòñÿ óãîë ïîâîðîòà ãîëîãðàììû îòíîñèòåëüíî ïàäàþùåãî ïó÷êà â ñîîòâåòñòâèè ñ óñëîâèåì Áðýããà). Äëÿ ïîëó÷åíèÿ äèôðàãèðîâàííîãî ïó÷êà õîðîøåãî êà÷åñòâà æåëàòåëüíî, ÷òîáû ðàñõîäèìîñòü îñâåùàþùåãî ïó÷êà áûëà ñðàâíèìà ñ óãëîâîé ñåëåêòèâíîñòè äåìîíñòðèðóåìîé ãîëîãðàììû. Òàêèì îáðàçîì, äåìîíñòðàöèîííûé ýêñïåðèìåíò ìîæíî ìîäèôèöèðîâàòü â ñîîòâåòñòâèè ñ èìåþùèìèñÿ òåõíè÷åñêèìè âîçìîæíîñòÿìè.

72

Î.Â. Àíäðååâà, Î.Â. ×èñòÿêîâà, Í.Â. Àíäðååâ

Äàííàÿ óñòàíîâêà ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíà òàêæå â êà÷åñòâå îñíîâû ëàáîðàòîðíîé ðàáîòû èëè ó÷åáíîãî çàäàíèÿ ïî êóðñó îïòèêè äëÿ îïðåäåëåíèÿ óãëîâîé ñåëåêòèâíîñòè îáúåìíîé ãîëîãðàììû. Ïðè ïðîâåäåíèè ðàáîòû íåîáõîäèìî èçìåðèòü èíòåíñèâíîñòü äèôðàãèðîâàííîãî ïó÷êà â çàâèñèìîñòè îò óãëà ïàäåíèÿ èçëó÷åíèÿ íà ãîëîãðàììó. Äëÿ ýòîãî ãîëîãðàììà äîëæíà áûòü óñòàíîâëåíà íà ïîâîðîòíîì ñòîëèêå ñ óãëîâûì îòñ÷åòîì, à âìåñòî ýêðàíà â äèôðàãèðîâàííûé ïó÷îê äîëæåí áûòü óñòàíîâëåí ôîòîïðèåìíèê, êàê ýòî ïîêàçàíî íà Ðèñóíêå 4. Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ çàâèñèìîñòü, àíàëîãè÷íàÿ ïðèâåäåííîé íà Ðèñóíêå 3, ïîëó÷åííàÿ ñòóäåíòîì ñàìîñòîÿòåëüíî, äàñò íàãëÿäíîå ïðåäñòàâëåíèå î çíà÷åíèè òàêîãî ñâîéñòâà ãîëîãðàììû, êàê óãëîâàÿ ñåëåêòèâíîñòü, äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ âîçìîæíîñòè çàïèñè íà îäíîì ó÷àñòêå îáðàçöà îáúåìíîé ðåãèñòðèðóþùåé ñðåäû áîëüøîãî êîëè÷åñòâà ãîëîãðàìì, êîòîðûå ïðè ñ÷èòûâàíèè íàáëþäàþòñÿ ïî îòäåëüíîñòè. Òàêàÿ ðàáîòà íàìè ïîñòàâëåíà, îíà èìååò ìåòîäè÷åñêîå îïèñàíèå è, íåñìîòðÿ íà îòíîñèòåëüíóþ ïðîñòîòó âûïîëíåíèÿ, òðåáóåò îò ñòóäåíòîâ è ó÷àùèõñÿ áîëüøîé ðàáîòû ïî îñìûñëåíèþ ïîëó÷åííîãî ýêñïåðèìåíòàëüíîãî ìàòåðèàëà. Êîðîòêî îñòàíîâèìñÿ åùå íà îäíîì ïðèìåíåíèè îáúåìíûõ ïðîïóñêàþùèõ ãîëîãðàìì, íåïîñðåäñòâåííî îáóñëîâëåííîì åå îñíîâíûìè ñâîéñòâàìè. Äåìîíñòðàöèîííàÿ ãîëîãðàììà ìîæåò ñëóæèòü ïðèìåðîì òàêîãî îïòè÷åñêîãî ýëåìåíòà êàê äåëèòåëü ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ ïî àìïëèòóäå è èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ ïîëó÷åíèÿ äâóõ êîãåðåíòíûõ ïó÷êîâ ñ íóëåâîé ðàçíîñòüþ õîäà. Òàêîé äåëèòåëü ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàí òàêæå äëÿ ðåãèñòðàöèè èíòåðôåðåíöèîííîé êàðòèíû è ïîëó÷åíèÿ ãîëîãðàìì áåç ïðîñòðàíñòâåííîãî ðàçäåëåíèÿ èíòåðôåðèðóþùèõ ïó÷êîâ (Îáëàñòü ñóùåñòâîâàíèÿ èíòåðôåðåíöèîííîé êàðòèíû, îáðàçîâàííîé íàëîæåíèåì ïó÷êîâ, óêàçàíà íà Ðèñóíêå 4). Ðåãèñòðèðóþùàÿ ñðåäà óñòàíàâëèâàåòñÿ âïëîòíóþ ê äåëèòåëþ, ÷òî îáåñïå÷èâàåò ìàêñèìàëüíóþ ñòàáèëüíîñòü èíòåðôåðåíöèîííîé êàðòèíû îòíîñèòåëüíî ðåãèñòðèðóþùåé ñðåäû â ïðîöåññå ðåãèñòðàöèè. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî îñíîâîé ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ëàáîðàòîðíûõ ðàáîò è äåìîíñòðàöèîííûõ îïûòîâ ÿâëÿåòñÿ îáúåìíàÿ ïðîïóñêàþùàÿ ãîëîãðàììà ïîëó÷åííàÿ â ÃÎÈ, äëÿ ðåãèñòðàöèè êîòîðîé áûëà èñïîëüçîâàíà ïîëèìåðíàÿ ðåãèñòðèðóþùàÿ ñðåäà [6]. Ãîñóäàðñòâåííûé îïòè÷åñêèé èíñòèòóò ãîòîâ îêàçàòü ó÷åáíûì çàâåäåíèÿì è çàèíòåðåñîâàííûì ëèöàì ïîìîùü â èçãîòîâëåíèè äåìîíñòðàöèîííîé óñòàíîâêè, ñíàáæåííîé îáúåìíîé ãîëîãðàììîé, è â åå ñåðâèñíîì îáñëóæèâàíèè.  çàêëþ÷åíèå àâòîðû âûðàæàþò áëàãîäàðíîñòü Å.Ð. Ãàâðèëþê çà ïîìîùü ïðè ïîäãîòîâêå ðèñóíêîâ.

Ëèòåðàòóðà 1.

.Äåíèñþê Þ.Í. Ïðèíöèïû ãîëîãðàôèè. - Ë.:ÃÎÈ. 197.

2.

Äåíèñþê Þ.Í. Ãîëîãðàôèÿ è åå ïåðñïåêòèâû // Æóðí.ïðèêë.ñïåêòð. – 1980. – Ò. 33. – Ñ. 397 - 414.

Äåìîíñòðàöèÿ ñâîéñòâ îáúåìíûõ ãîëîãðàìì

73

3.

Ëàíäñáåðã Ã.Ñ. Îïòèêà.-Ì.: Íàóêà. 1976.

4.

Ñóõàíîâ Â.È. Òðåõìåðíûå ãëóáîêèå ãîëîãðàììû è ìàòåðèàëû äëÿ èõ çàïèñè //Îïòè÷. æóðí., 1994, ¹ 1, Ñ. 61-70.

5.

Àíäðååâà Î.Â. Ãîëîãðàôèÿ. Òåðìèíû è îïðåäåëåíèÿ. Ïðåäëîæåíèÿ ê òåðìèíîëîãè÷åñêîìó ñëîâàðþ ïî îïòèêå/ /Îïòè÷. æóðí., 2002, Ò. 69, ¹ 5, â ïå÷àòè.

6.

Àíäðååâà Î.Â., Áàíäþê Î.Â., Ïàðàìîíîâ À.À. è äð. Îáúåìíûå ïðîïóñêàþùèå ãîëîãðàììû â ïîëèìåðíîé ñðåäå ñ ôåíàíòðåíõèíîíîì// Îïòè÷. æóðí., 2000, Ò. 67, ¹ 12, Ñ. 27-33.