В статье объясняется основа явления голографии, а также приведён пример создания готового голографического изображения.
Ключевые слова: голография, голограмма, оптика.
Перед тем, как перейти непосредственно к технологии записи, разберёмся немного с теорией. Как известно свет может вести себя как волна, так и как частица. Голография же в свою очередь — это не что иное, как метод записи и последующего восстановления волнового поля света.
Исходя из этого, голография основывается на двух физических явлениях — дифракции и интерференции световых волн.
Как это ни странно, но за пониманием этих физических явлений мы можем обратиться к волнам на поверхности воды. Интерференция — явление наложения двух (или более) волн, в результате которого наблюдается их взаимное усиление или ослабление, то есть в одних местах возникают максимумы, а в других минимумы интенсивности. А дифракция — явление, наблюдаемое при отклонении волн от прямолинейного распространения на краях препятствия.
Интерференция на воде
Дифракция на воде
Однако если при проведении опыта с водой мы можем позволить себе некие «вольности», то со светом следует быть более точным: эти волны должны быть когерентными, то есть иметь одинаковые частоты (длины волн), которые также показывают спектр излучения, его цвет, и постоянной во времени разностью фаз. На роль такого источника света отлично подойдёт лазер.
Существует много различных схем записи голограммы, но в данной работе рассмотрим схему Лейта — Упатниекса. Опорный пучок испускается лазером красного спектра излучения. Затем рассеивается линзой, отражаясь от зеркала, попадает непосредственно на фотопленку. Объектный пучок получается путем отражения опорного от регистрируемого объекта и направляется также на фотопленку.
Перейдём к химии. В процессе работы будут необходимы растворы проявителя и фиксажа.
«Метол-гидрохиноновый проявитель Д-42»
− вода (30–40 °) — 750мл
− метол — 2г
− сульфит натрия безводный — 100г
− гидрохинон — 5г
− бура кристаллическая — 2г
− сода кальцинированная — 5г
− бензотриазол (0,2 % раствор) — 10мл
− вода холодная — до 1л
Такой раствор бы выбран, так как он хорош для микрофотографии, а также для получения высокого контраста получаемого изображения.
Чтобы проявленная голограмма не потемнела со временем под воздействием света, неэкспонированные микрокристаллы бромистого серебра должны быть удалены из эмульсионного слоя. Для этого фотопластинка обрабатывается фиксирующим раствором, в котором оставшиеся микрокристаллы бромистого серебра растворяются и выводятся из эмульсионного слоя. Для фиксирования данных фотопластинок был использован раствор кислого фиксажа. Микрокристаллы бромистого серебра имеют очень маленькие размеры, а их растворение в фиксаже происходит буквально за считанные секунды.
Состав фиксажа:
- тиосульфат натрия (Na2S2O3*5H2O) — 150 г
- сульфит натрия безводный (Na2SO3) — 50 г
- вода до 1л
Сначала идёт растворение сульфита натрия в 700 мл воды. Затем растворяется тиосульфат натрия, а после объём раствора доводился до 1л. Растворение тиосульфата является эндотермической реакцией (реакция с поглощением тепла), поэтому воду для раствора изначально следует подогреть до 40–50 градусов. Готовый фиксаж совершенно прозрачен и не имеет запаха.
Чтобы записать голограмму наиболее удачно необходимо выбрать темное место без доступа света и минимизировать лишние колебания. В данном случае приведена гелий-неоновая лазерная установка, расположенная на увесистой подвешенной к сваям плите, то есть она имеет независимый от здания фундамент. Также лучше не выбирать слишком темные и «мохнатые» объекты, так как качество получаемого изображения может быть хуже.
Как предмет записи была выбрана белая пластиковая фигурка высотой около двух сантиметров
Гелий-неоновая лазерная установка для записи голограммы
Перед началом записи необходимо подготовить нужные реактивы в верном порядке, так как дальнейшая работа будет происходить в темноте. Он следующий: проявитель, чистая вода, фиксаж, чистая вода. После, ограничив попадание света в комнату, можно начать запись голограммы.
Запись осуществлялась на светочувствительную плёнку, которую, чтобы не «засветить», лучше не доставать «на свет» до получения изображения.
Дальше следует закрепить светочувствительную пленку в специальном месте на установке и перекрыть темным экраном источник ещё не включенного излучения, для того чтобы предотвратить нежеланное засвечивание пленки и избежать неудачной попытки. Включив лазер, не убирая экран от него, следует принять меры по исключению излишних колебаний (вплоть до задержки дыхания). После чего экран аккуратно убирается и начинается запись изображения. В зависимости от плёнки может потребоваться от 30 до 90 секунд непрерывного освещения лазером объекта. В это время происходит регистрация изображения. После лазер выключается, пленка извлекается и можно приступать к проявлению изображения.
Этот процесс требует особой точности и навыка. Сначала необходимо погрузить пленку в проявитель целиком и ждать, пока её потемнение будет обильным. Затем необходимо смыть проявитель в чистой воде. После промывки пленки от проявителя необходимо погрузить ее в фиксаж для закрепления изображения. Продержав её в фиксирующем растворе около 4–6 минут можно её доставать и смыть раствор.
Голограмма готова. Но чтобы увидеть результат, её необходимо проявить, то есть осветить с обратной стороны от фотоэмульсионного слоя в том же свете, в котором она была записана (в когерентном).
Результатом такой работы станет готовое голографическое 3-D изображение исходного объекта в плоской пленке.
Особая благодарность Антонову С. Д. (инженер Дальневосточного государственного гуманитарного университета) за помощь в работе и предоставлении реактивов и рабочей установки.
Литература:
- Харламов А. А. (ред.) Специальный физический практикум. Часть 3. 1977г.
- В. П. Микулин. Фоторецептурный справочник для фотолюбителей. 1957 г.
- Сайт, посвящённый голографии: http://www.holography.ru/
