что такое голограмма в медицинской практике

ГОЛОГРАФИЯ

Голография (греч. holos весь, полный + grapho писать, изображать) — метод получения объемного изображения объекта. Голография основана на регистрации и последующем восстановлении фронта отраженной от объекта электромагнитной (оптическая Голография) или звуковой (акустическая Голография) волны.

Открытие метода Голографии связано с именем английского физика Габора (D. Gabor, 1948). Однако технически реализовать метод в то время было чрезвычайно сложно, и Г. не получила распространения. Первые голограммы были получены в начале 60-х гг. амер. физиками Лэйтом (Е. Leith) и Упатниексом (I. Upatnieks) и советским физиком Ю. М. Денисюком в связи с появлением лазеров (см.). При этом открылись многочисленные возможности практического использования Г. в радиоэлектронике, физике, оптике, различных областях техники, искусства и в медицине.

В медицине оптическая Голография особенно перспективна в микроскопии и эндоскопии. Применение метода позволит достигнуть высокой разрешающей способности микроскопов благодаря использованию для регистрации объекта излучения с малой длиной волны (напр., рентгеновского), а для восстановления изображения — излучения с большей длиной волны (видимый свет). Благодаря свойству звуковых волн проникать в оптически непрозрачные среды акустическая Г. позволит получить информацию о внутренних структурах объекта. В связи с этим она может оказаться перспективной при неразрушающем исследовании головного мозга, сердца и других органов и крупных кровеносных сосудов, при определении физ.-хим. свойств крови и динамики различных изменений в ее составе, при контроле функциональных характеристик кровообращения.

Голография осуществляется в два этапа: получение голограммы (запись всего фронта электромагнитной или звуковой волны, отраженной от объекта) и восстановление изображения объекта на голограмме. Принципы получения электромагнитной и акустической голограммы идентичны. В обоих случаях применяют когерентные (одинаковые) источники, только вместо изменения интенсивности света вследствие наложения волн при оптической Г. в случае использования акустического метода регистрируют изменение акустического давления. Сначала фотографируют дифракционную картину (или картину изменения акустического давления), данную объектом, вместе с когерентным фоном. Затем голограмму освещают параллельным монохроматическим пучком света и вследствие его дифракции на голограмме получают изображение объекта. Для цветной Г. используют трехмерные голограммы: объект фотографируют в свете трех волн разной длины на толстую пластинку. Рельефное цветное изображение получается после освещений трехмерной голограммы белым светом. В установках для получения и восстановления голограммы (рис. 1 и 2) в качестве источника света используют оптический квантовый генератор. Объект освещают светом, полученным от оптического квантового генератора. Отраженная от объекта рассеянная световая волна попадает на фотопластинку, на к-рую падает также опорный пучок света, создаваемый при помощи того же генератора и зеркала, и т. о. фиксируется изображение объекта (голограмма). Для восстановления изображения объекта голограмму освещают монохроматическим светом и рассматривают на просвет мнимое изображение. Действительное изображение висит перед голограммой, увидеть его невооруженным глазом довольно трудно. Наблюдая и фотографируя мнимое изображение объекта (напр., внутренней стенки мочевого пузыря или желудка), можно в зависимости от местоположения аппарата и его фокусировки зафиксировать этот объект с разных сторон в нескольких снимках. Изучение снимков и просмотр голограммы позволяют получить полное представление об исследуемом участке слизистой оболочки благодаря объемности изображения.

При акустической Г. восстановление волнового фронта осуществляется при непосредственном взаимодействии света со звуковой волной. В качестве зондирующего излучения наиболее эффективен ультразвук (см.), т. к. он вполне отвечает основным требованиям мед. диагностики: способен проникать сквозь органические ткани, обеспечивает контрастность границ различных органических тканей, в применяемой дозе (1 мвт/см 2 ) существенно не влияет на течение физиологических процессов и структуру изучаемых тканей. Ультразвуковые диагностические приборы обладают достаточно высокой разрешающей способностью. На характер взаимодействия ультразвука с веществом оказывают влияние не столько параметры самой сплошной среды (как при рентгеновском излучении), сколько границы сред, обладающие различными акустическими свойствами (контрастность и прозрачность).

Величину контраста (α) между двумя различными средами и прозрачность слоя (β) можно определить по формулам:

где W и W’ — доли энергии, прошедшей через среды, W₀ —энергия падающего излучения.

Вариабельность значений коэффициентов для ультразвука особенно велика по сравнению с рентгеновским излучением. Напр., при использовании ультразвука (частота 1 Мгц) величина контраста сред кость — мышца, кровь — мышца и кровь — кость при толщине слоя 1 см (контактная среда вода) составляет соответственно 71, 20 и 91%; величина контраста тех же сред при использовании рентгеновского излучения (длина волны 0,1 нм, энергия пучка 0,01 мэв, контактная среда воздух) соответственно 15; 0 и 15%. Значение этих коэффициентов свидетельствует о возможности получения при помощи ультразвуковой Голографии послойного изображения внутренней структуры исследуемого объекта.

Библиография Бабин Л. В. и Ковалев О. А. Проблемы применения акустической голографии для исследования внутренних органов и системы кровообращения, Науч. труды Ленингр, ин-та усовершенств. врачей, в. 105, ч. 1, с. 141, Л., 1971, библиогр.; Вьено Ж.-Ш., Смигильский П. и Руайе А. Оптическая голография, Развитие и применение, пер. с франц., М., 1973, библиогр.; Островский Ю. И. Голография, Л., 1970, библиогр.; Франсон М. Голография, пер. с франц., М., 1972, библиогр.; Acoustical holography, в кн.: Proc, of the intern, symposium on acoustical holography, v. 1— 2, California, 1969, N. Y.— L., 1969—1970; Brenden В. B. Acoustical holography as a tool for nondestructive testing, Materials evolution, v. 27, p. 140, 1969, bibliogr.

В. С. Андреев, В. И. Белькевич.

Источник

Понятие о голографии и ее возможном применении в медицине

Голография — метод записи и восстановления волнового поля, основанный на интерференции и дифракции волн.

Идея голографии была впервые высказана Д. Табором в 1948 г., однако ее практическое использование оказалось возможным после появления лазеров.

Изложение основ голографии уместно начать сравнением с фотографией. При фотографировании на фотопленке фиксируется интенсивность световых волн, отраженных предметом. Изображение в этом случае является совокупностью темных и светлых точек. Фазы рассеиваемых волн не регистрируются, и таким образом пропадает значительная часть информации о предмете.

Голография позволяет регистрировать и воспроизводить более полную информацию об объекте с учетом амплитуд и фаз волн, рассеянных предметом. Регистрация фазы возможна вследствие интерференции волн. С этой целью на светофиксирующую поверхность посылают две когерентные волны: опорную, идущую непосредственно от источника света или зеркал, которые используют как вспомогательные устройства, и сигнальную, которая появляется при рассеянии (отражении) части опорной волны предметом и содержит соответствующую информацию о нем.

Интерференционную картину, образованную сложением сигнальной и опорной волн и зафиксированную на светочувствительной пластинке, называют голограммой. Для восстановления изображения голограмму освещают той же опорной волной.

Покажем на некоторых примерах, как получается голограмма и восстанавливается изображение.

Голограмма плоской волны. В этом случае на голограмме фиксируется плоская сигнальная волна I, попадающая под углом a₁на фотопластинку Ф (рис. 19.23, а).

Рис. 19.23

Опорная волна II падает нормально, поэтому во всех точках фотопластинки одновременно ее фаза одинакова. Фазы сигнальной волны вследствие ее наклонного падения различны в разных точках светочувствительного слоя. Из этого следует, что разность фаз между лучами опорной и сигнальной волн зависит от места встречи этих лучей на фотопластинке и, согласно условиям максимумов и минимумов интерференции, полученная голограмма будет состоять из темных и светлых полос.

Пусть АВ (рис. 19.23, б) соответствует расстоянию между центрами ближайших темных или светлых интерференционных полос. Это означает, что фазы точек А и В в сигнальной волне отличаются на 2p. Построим нормаль АС к ее лучам (фронт волны). Очевидно, что фазы точек А и С одинаковы. Различие фаз точек В и С на 2p означает, что |ВС| = l. Из прямоугольного D АВС имеем

|АВ| = |BC|/sin a₁= l/sin a₁, (19.43)

Итак, в этом примере голограмма подобна дифракционной решетке, так как на светочувствительной поверхности зарегистрированы области усиленных (максимум) и ос-лабленных (минимум) колебаний, расстояние АВ между которыми определяется по формуле (19.43).

Так как сигнальная волна образуется при отражении части опорной oт предмета, то понятно, что в данном случае предметом является плоское зеркало или призма, т. е. такие устройства, которые преобразуют плоскую опорную волну в плоскую сигнальную (технические подробности на рис. 19.23, а не показаны).

Направив на голограмму опорную волну II (рис. 19.24), осуществим дифракцию (см. § 19.6). Согласно (19.29), первые главные максимумы (k = 1) соответствуют направлениям

Подставив в это выражение АВ из (19.43) вместо с, имеем

sin a = ± lsin a₁/l,= ± sina₁, (19.45)

a = ± a₁. (19.46)

Из (19.46) видно, что направление волны I¢ (рис. 19.24), дифрагированной под углом a₁, соответствует сигнальной: так восстанавливают волну, отраженную (рассеянную) предметом. Волна I¢¢ и волны остальных главных максимумов (на рисунке не показаны) также воспроизводят информацию, зафиксированную в голограмме.

Голограмма точки. Одна часть опорной волны II попадает на точечный объект А (рис. 19.25, а) и рассеивается от него в виде сферической сигнальной волны I, другая часть плоским зеркалом 3 направляется на фотопластинку Ф, где эти волны и интерферируют. Источником излучения является лазер Л. На рис. 19.25, б схематически изображена полученная голограмма.

Рис. 19.25

Хотя в данном примере сигнальная волна является сферической, можно с некоторым приближением применить формулу (19.43) и заметить, что по мере увеличения угла a₁(см. рис. 19.23, а) уменьшается расстояние АВ между соседними полосами. Нижние дуги на голограмме (рис. 19.25, б) расположены более тесно.

Если вырезать из голограммы узкую полоску, показанную штриховыми линиями на рис. 19.25, б, то она будет подобна узкой дифракционной решетке, постоянная которой уменьшается в направлении оси X. На такой решетке отклонение вторичных волн, соответствующих первому главному максимуму, возрастает по мере увеличения координаты X щели [см. (19.29)]: с становится меньше, |sin a| — больше.

Таким образом, при восстановлении изображения плоской опорной волной дифрагированные волны уже не будут плоскими. На рис. 19.26 показаны волна I¢, формирующая мнимое изображение А’ точки А, и волна I¢¢, создающая действительное изображение А¢¢.

Так как рассеянные предметом волны попадают совместно с опорной волной во все точки голограммы, то все ее участки содержат информацию о предмете, и для восстановления изображения не обязательно использовать полностью всю голограмму. Следует, однако, заметить, что качество восстановленного изображения тем хуже, чем меньшую часть голограммы для этого применяют. Из рис. 19.26 видно, что мнимое и действительное изображения образуются и в том случае, если восстановление осуществляют, например, нижней половиной голограммы, однако изображение при этом формируется меньшим коли­чеством лучей.

Любой предмет является совокупностью точек, поэтому рассуждения, приведенные для одной точки, могут быть обобщены и на голографирование любого предмета. Голографические изображения объемны, и их зрительное восприятие ничем не отличается от восприятия соответствующих предметов: ясное видение разных точек изображения осуществляется посредством аккомодации глаза (см. § 21.4); при изменении точки зрения изменяется перспектива, одни детали изображения могут заслонять другие.

При восстановлении изображения можно изменить длину опорной волны. Так, например, голограмму, образованную невидимыми электромагнитными волнами (ультрафиолетовыми, инфракрасными и рентгеновскими), можно восстановить видимым светом. Так как условия отражения и поглощения электромагнитных волн телами зависят, в частности, от длины волны, то эта особенность голографии позволяет использовать ее как метод внутривидения, или интроскопии.

Особо интересные и важные перспективы открываются в связи с ультразвуковой голографией. Получив голограмму в ультразву­ковых механических волнах, можно восстановить ее видимым светом. Ультразвуковая голография в перспективе может быть использована в медицине для рассматривания внутренних органов человека с диагностической целью. Учитывая большую информативность этого метода и существенно меньший вред ультразвука по сравнению с рентгеновским излучением, можно ожидать, что в будущем ультразвуковая голографическая интроскопия заменит традиционную рентгенодиагностику.

Еще одно медико-биологическое приложение голографии связано с голографическим микроскопом. Один из первых способов построения голографического микроскопа основан на том, что изображение предмета получается увеличенным, если голограмму, записанную с плоской опорной волной, осветить расходящейся сферической волной.

В развитие голографии внес вклад советский физик Ю. Н. Денисюк, разработавший метод цветной голографии.

Сейчас трудно оценить все возможности применения голографии: кино, телевидение, запоминающие устройства и т. д. Несомненно лишь, что голография является одним из величайших изобретений XX в.

Источник

Тема: ”Понятие о голографии и ее возможном применении в медицине”

Читинская Государственная Медицинская Академия

Кафедра медицинской физики и информатики

Учебно-методическое пособие для самостоятельной работы студентов

Тема: ”Понятие о голографии и ее возможном применении в медицине”

Тема: ”Понятие о голографии и ее возможном применении в медицине”

1. Историческая справка.

2. Понятие голографии и голограммы.

3. Голограмма плоской волны.

4. Голограмма точки.

6. Свойства голограмм.

7. Источники света в голографии, регистрирующие материалы.

8. Применение голографии в медицине.

2.1. Историческая справка.

Основы голографии были заложены в 1948 физиком Д. Габором (Великобрита­ ния). Желая усовершенствовать элект­ ронный микроскоп, Габор предложил регистрировать информацию не только об амплитудах, но и о фазах электрон­ ных волн путём наложения на пред­метную волну попутной когерентной опорной волны. Модельные оптические опыты Габора положили начало голографии. Однако отсутствие мощных источников когерентного света не позволило ему получить качественных голографического изображений.

К 1965 —1966 были созданы теоретически и экспериментально ос­ новы голографии.

В последующие годы развитие голографии идёт главным образом по пути совершенство­ вания её применений.

2.2. Понятие голографии и голограммы.

Голография — метод записи и восстановления изображения, ос­ нованный на интерференции и дифракции волн.

Изложение голографии уместно начать сравнением с фотогра­ фией.

При фотографировании на фотопленке фиксируется интен­ сивность световых волн, отраженных предметом. Изображение в этом случае является совокупностью темных и светлых точек. Фазы рассеиваемых волн не регистрируются, и таким образом пропадает значительная часть информации о предмете.

Голография же позволяет фиксировать и воспроизводить более полные сведения об объекте с учетом амплитуд и фаз волн, рас­ сеянных предметом. Регистрация фазы возможна вследствие интер­ ференции волн.

С этой целью, на светофиксирующую поверхность посылают две когерентные волны:

a) опорную, идущую непосредствен­но от источника света или зеркал, которые используют как вспомо­ гательные устройства, и

b) сигнальную (предметную), которая появляется при рас­ сеянии (отражении) части опорной волны предметом и содержит соответствующую информацию о нем.

Интерференционную картину, образованную сложением предметной и опорной волн, и зафиксированную на светочувствительной пластинке, называют голограммой.

Тогда, другими словами, ГОЛОГРАФИЯ (от греч. holos — весь, полный и grapho — пишу), способ записи и восстановления волн, поля, основанный на регистрации интерфе ренционной картины, которая образована вол­ ной, отражённой предметом, освеща­ емым источником света (предмет ная волна), и когерентной с ней волной, идущей непосредственно от источника света (опорная волна; рис. 1(штриховкой показаны зеркала).).

Рис.1. Схема получения голограммы.

Для восстановления изображения голограмму освещают той же опорной волной. Голограмма, освещённая опор­ ной волной, создаёт такое же ампли­тудно-фазовое пространств, распреде­ ление волн, поля, которое создавала при записи предметная волна. Т. о., в соответствии с Гюйгенса — Френеля принципом, голограмма преобразует опорную волну в копию предметной волны (рис.2.).

Рис.2. Схема восстановления волнового фронта.

Пусть интерференционная структура, об­разованная опорной и предметной вол­ нами, зарегистрирована позитивным фотоматериалом. Тогда участки го­ лограммы с максимальным пропусканием света будут соответствовать тем участкам фронта предметной волны, в которых её фаза совпадает с фазой опорной волны. Эти участки будут тем про­ зрачнее, чем большей была интенсив­ ность предметной волны. Поэтому при последующем освещении голограммы опорной волной в её плоскости непо­средственно за ней образуется то же распределение амплитуды и фазы, которое было у предметной волны, что и обеспечивает восстановление по­ следней.

Для восстановления предметной вол­ ны голограмму освещают источником, создающим копию опорной волны. В результате дифракции света на ин­ терференционной структуре голограммы в дифракциальном пучке первого порядка вос станавливается копия предметной вол­ны, образующая неискажённое мнимое изображение предмета, расположенное в том месте, где предмет находился при голографировании.

В случае двух­ мерной голограммы одновременно вос­ станавливается сопряжённая волна минус первого порядка, образующая искажённое действительное изображение предмета. Углы, под которыми распро­ страняются дифракциальные пучки нулевых и первых порядков, определяются уг­лами падения на фотопластинку пред­ метной и опорной волн. В схеме Га бора источник опорной волны и объ ект располагались на оси голограммы (осевая схема). При этом все три волны распространялись за голо­ граммой в одном и том же направ­ лении, создавая взаимные помехи. В схеме Лейта и Упатниекса такие поме­ хи были устранены наклоном опорной волны (в неосевая схема).

Покажем на некоторых примерах, как получается голограмма и восстанавливается изображение.

Опорная волна II падает нормально, поэтому во всех точках фотопластинки одновременно ее фаза одинакова. Фазы предметной волны вследствие ее наклонного падения различны в разных точ­ ках светочувствительного слоя. Из этого следует, что разность фаз между лучами опорной и предметной волн зависит от места встречи этих лучей на фотопластинке и, согласно условиям максимумов и минимумов интерференции, полученная голограмма будет состоять из темных и светлых полос.

Пусть АВ (рис.3., б) соответствует расстоянию между цен­ трами ближайших темных или светлых интерференционных полос. Это означает, что фазы точек А и В в предметной волне отличают­ ся на 2π. Построив нормаль АС к ее лучам (фронт волны), нетруд­ но видеть, что фазы точек А и С одинаковы. Различие фаз точек В и С на 2π означает, что .

Из прямоугольного Δ АВС име­ ем: . (1)

Направив на голограмму опорную волну I (рис.4.) и осущест­ вим дифракцию. Первые главные максимумы соответствуют направлениям . Подставив АВ из (1) вместо с, имеем (2)

Откуда . (3)

Из (3) видно, что направление волны I ‘ (рис.4.), диф­ рагированной под углом α, соответствует предметной: так восста­ навливают волну, отраженную (рассеянную) предметом. Волна I » и волны остальных главных максимумов (на рисунке не показаны) также воспроизводят информацию, зафиксированную в голограмме.

Хотя в данном примере предмет ная волна является сфери­ ческой, можно с некоторым приб­ лижением применить формулу (2) и заметить, что по мере увеличения угла α1 (см. рис. 3., б) уменьшается расстояние АВ между соседними полосами. Нижние дуги на голограмме (рис. 5., б) расположены более тесно.

Если вырезать из голограммы узкую полоску, показанную пунктирными линиями на рис. 5., б, то она будет подобна узкой дифракционной решетке, постоянная которой уменьшается в направлении оси X . На такой решетке от­клонение вторичных волн, соответствующих первому главному максимуму, возрастает по мере увеличения координаты х щели становится меньше, | | —больше.

Таким образом, при восстановлении изображения плоской опор­ ной волной дифрагированные волны уже не будут плоскими.

Так как рассеянные предметом волны попадают совместно с опорной волной во все точки голограммы, то все ее участки содер­ жат, информацию о предмете и для восстановления изображения не обязательно использовать полностью всю голограмму. Следует, однако, заметить, что восстановленное изображение тем хуже, чем меньшую часть голограммы для этого применяют. Из рис.6. видно, что мнимое и действительное изображения образуются и в том случае, если восстановление осуществляют, например, нижней половиной голограммы (штриховые линии), однако изображение при этом формируется меньшим количеством лучей.

Структура голо­ граммы зависит от способа формиро­ вания предметной и опорной волн и от способа записи интерференционной кар­ тины. Предмет освещается пучком когерентного света, рассеянная им световая волна, несущая информацию о предмете, падает на фотопластинку, освещаемую опорным пучком. В за­ висимости от взаимного расположения предмета и пластинки, а также от наличия оптических элементов между ни­ ми, связь между амплитудно-фазовыми распределениями предметной волны в плоскостях голограммы и предмета различна. Если предмет лежит в плоскости голограммы пли сфокусировав на неё (рис. 7, а), то амплитудно- фазовое распределение на голограмме будет тем же, что и в плоскости пред, мета (голограмма с ф о к у с и рованного изображения ).

В случае без линзовой Фурье-голограммы опорный источник располагают в плоскости предмета (рис. 7, д). При этом фронт опорной волны и фронты элементарных волн, рассеянных отдельными точками объекта, имеют одинаковую кривизну. В ре­ зультате структура и свойства голо­ граммы практически такие же, как у фурье-голограммы.

Голограм­ мы Френеля образуются в том случае, когда каждая точка предмета посылает на пластинку сферическую волну (рис. 7, в). По мере увеличения расстояния между объектом и пластинкой голограммы Френеля переходят в го­ лограммы Фраунгофера, а с умень­ шением этого расстояния — в голо­ граммы сфокусированных изображений.

Рис.7. Схемы получения голограмм различных типов: а) голограмма сфокусированного изображения; б)голограмма Фраунгофера; в)голограмма Френеля; г)голограмма Фурье; д)безлинзовая фурье – голограмма; 1- предмет; 2- фотопластина; f — фокусное расстояние линзы.

При встрече опорной и предметной волн в пространстве образуется система стоя­ чих волн, максимумы которых соот­ ветствуют зонам, в которых интерфери­ рующие волны находятся в одной фазе, а минимумы — в противофазе. Для точечного опорного источника О1 и точечного предмета О2, поверхности максимумов и минимумов представ­ ляют собой систему гиперболоидов вращения (рис. 8). Пространственная ча­ стота v интерференционной структуры (ве­ личина, обратная её периоду) опре­ деляется углом α, под которым сходятся в данной точке световые лучи, исхо­ дящие от опорного источника и пред­ мета: где λ — длина волны. Плоскости, касательные к по­верхности узлов и пучностей в каждой точке пространства, делят пополам угол α.

Рис.8.Пространственная интерференционная структура, образующаяся в случае точечных объекта О1 и источника света О2: I – расположение пластины в схеме Габора; II – в схеме Лейта и Упатниекса; III – при записи голограммы на встречных пучках; IV – при записи безлинзовой фурье – голограммы.

В схеме Габора опорный источник и предмет расположены на оси голо граммы, угол α близок к нулю и ν минимальна. Осевые голограммы называются также однолучевыми, так как используется один пучок света, часть которого рассеивается предметом и образует предметную волну, а другая часть, прошедшая через объект без искажения,— опорную волну,

В схеме Лейта и Упатниекса коге­рентный наклонный опорный пучок формируется отдельно (двухлуче вя голограмма). Для двух лучевых голограмм v выше, чем для однолучевых (требуются фотоматериа­лы с более высоким пространств, разрешением). Если опорный и пред­ метный пучок падают на светочувст вительный слой с разных сторон (α

Интерференционная структура может быть зарегистрирована светочувствительным материалом одним из нескольких способов: например, с помощью фазовой или амплитудной модуляции, а иногда одновременно осуществляется и фазовая и амплитудная модуляции.

2.6. Свойства голограмм.

a) Основное свойство голограммы, отличающее её от фотографического снимка, состоит в том, что на снимке регистрируется лишь распределение амплитуды падающей на неё предмет­ ной световой волны, в то время как на голограмме, кроме того, регистри­ руется и распределение фазы пред­ метной волны относительно фазы опор­ ной волны. Информация об амплитуде предметной волны записана на голо­ грамме в виде контраста интерфе­ ренционного рельефа, а информация о фазе — в виде формы и частоты интерференционных полос. В результате голограмма при освещении опорной волной восста­ навливает копию предметной волны;

b) Свойства голограммы, регистриру­ емой обычно на негативном фотома­ териале, остаются такими же, как в случае позитивной записи — светлым местам объекта соответствуют свет­ лые места восстановленного изобра­ жения, а тёмным — тёмные;

c) В тех случаях, когда при записи голограммы свет от каждой точки объекта попадает на всю поверхность голограммы, каждый малый участок последней способен восстановить всё изображение объекта. Однако мень­ ший участок голограммы восстановит меньший участок волн, фронта, несу­ щего информацию об объекте;

d) Полный интервал яркостей, пе­ редаваемый фотографической пластинкой, как правило, не превышает одного-двух порядков, между тем реальные объ­ екты часто имеют гораздо большие перепады яркостей. В голограмме, обладающей фокусирующими свойствами, используется для построения наиболее ярких участков изображения весь свет, падающий на всю её поверх­ность, и она способна передать гра­ дации яркости до пяти-шести поряд­ ков;

e) Если при восстановлении волнового фронта освещать голограмму опорным источником, расположенным относи­ тельно голограммы так же, как и при её экспонировании, то восстановлен ное мнимое изображение совпадает по форме и положению с самим предме том;

2.7. Источники света в голографии, регистрирующие материалы.

Источники света в голографии дол­жны создавать когерентное излучение достаточно большой яркости. Вре­ менная когерентность определяет макс, разность хода между предмет­ным и опорным пучками, допустимую без уменьшения контраста интерфе­ ренционной структуры. Эта величина определяется шириной спектральной линии излучения: . Пространственная когерентность излучения определяет способность создавать контрастную интерференционную картину световыми вол­ нами, испущенными источником в разных направлениях.

Лазерное излучение обладает вы­ сокой пространственной и временной когерент­ ностью при огромной мощности из­ лучения. Для голограмм стационарных объ­ ектов обычно используются лазеры непрерывного излучения, генерирую­ щие в одной поперечной моде, в част­ ности гелий-неоновый лазер (Å) и аргоновый (Å, Å).

Голограммы предъявляет к регистрирующим материалам ряд требований, из которых важнейшее — достаточно высокая раз­ решающая способность. Максимальная про­ странственная частота структуры реа­ лизуется во встречных пучках (α = 180°). Наиболее подходящий для голограмм фотоматериал — фотопластинки ВРЛ, ЛОИ, ПЭ и фотопленка ФПГВ.

Помимо галогеносеребряных фотома­ териалов, применяют и другие среды, в том числе допускающие многократное по­ вторение цикла запись — стирание, а в некоторых случаях и регистрацию голо­ грамм в реальном времени. К их числу относятся термопластики, халь- когенидные фотохромные стёкла, ди электрические и ПП кристаллы. Голо­ граммы могут также регистрироваться на магнитных плёнках, жидких кристаллах, фотополимерах, фоторезистах, на на­ несённых на подложку слоях метал лов, на хромированной желатине и т. д.

2.8. Применение голографии в медицине.

Записанные на голо­ грамме световые волны при их вос­ становлении создают полную иллюзию существования объекта, неотличимого от оригинала.

Особо интересные и важные перспективы открываются в связи с ультразвуковой голографией. Получив голограмму в ультразвуковых механических волнах, можно восстановить ее видимым светом. Ультразвуковая голография в перспективе может быть использо­вана в медицине для рассматривания внутренних органов человека с диагностической целью, определения пола внутриутробного ребенка и т. д. Учитывая большую информативность этого метода и существенно меньший вред ультразвука по сравнению с рентгеновс­ким излучением, можно ожидать, что в будущем ультразвуковая голографическая интроскопия заменит традиционную рентгено­диагностику.

Еще одно медико-биологическое приложение голографии связа­но с голографическим микроскопом. Его устройство основано на том, что изображение предмета получается увеличенным, если голограмму, записанную с плоской опорной волной, осветить расходящейся сферической волной.

Кроме этого, голограммы можно использовать для создания объёмных копий произведений искусства, голографических портретов, для исследования дви­ жущихся частиц, капель дождя или тумана, треков ядерных частиц в пузырько­ вых камерах и искровых камерах.

Так же голограмма применяется для хранения и об­работки информации.

Сейчас трудно оценить все возможности применения голографии: кино, телевидение, запоминающие устройства и т. д.

Несомнен­но лишь, что этот метод является одним из величайших изобрете­ний нашего времени.

1. Денисюк голографии –М.:Просвещение, 1978.

2. Островский и ее применение. – М.:Просвещение, 1999.

4. Физический энциклопедический словарь.

4. Контрольные вопросы:

1. Какова история развития голографии?

2. Что называют голографией?

3. Что называют голограммой?

4. Нарисуйте схемы получения и восстановления голограммы.

5. Каковы особенности голограммы плоской волны? Голограммы точки?

6. Назовите основные типы голограмм.

7. Перечислите основные свойства голограмм.

8. Каковы особенности источников света и регистрирующих материалов, применяемых в голографии?

9. Где можно применять голограммы в медицине?

Источник