История голографии
Денеш Габор (Gábor Dénes) - (1900 - 1979)
Физик – венгерского происхождения, работавший в Германии, а затем с 1933 г. в Великобритании. С 1937 по 1948 г. Габор занимался главным образом электронной оптикой – областью физики, изучающей способы управления электронными пучками и их фокусировки. В частности он вел исследования по поиску методов увеличения разрешения электронных микроскопов.
К 1947 г., разрешающая способность электронно-оптических систем микроскопов имела величину порядка 10 А, и было ясно, что сферическая аберрация ограничивает предельное разрешение величиной около 5 А. В процессе поиска электронно-микроскопического метода получения изображений объектов атомных размеров, Габор пришел к мысли, что аберрационное изображение, созданное объективом микроскопа, сохраняет всю информацию об объекте, хотя и в закодированной некоторым образом форме. Если бы удалось как-то декодировать аберрационное изображение, то предел разрешения электронного микроскопа можно было бы свести к 1 А, что позволило бы наблюдать атомную структуру.
В результате, в 1947 г. Габор разработал теорию, лежащую в основе такого метода декодирования изображения и 15 мая 1948 г. опубликовал статью в Nature – A New Miсroscopic Principle.
Рис. 1 Рисунок из статьи Габора 1948 г.
1948 год считают годом изобретения голографии – принципиально нового метода получения объемных изображений предметов, основанного на использовании интерференции света. Габор продемонстрировал возможности своего подхода, используя не электронные пучки, а световые лучи, получив наглядный результат по восстановлению искаженного изображения (рис. 2).
Рис. 2 Результаты ранних голографических экспериментов Габора (объект, голограмма, восстановленное изображение )
Интересен тот факт, что фактическое применение голографического метода в электронной микроскопии не привело к нужным результатам, а открытие голографического принципа не вызывало интереса вплоть до появления лазерных источников света, позволивших получать высококачественные оптические голограммы.
Термин «голография» придумано самим Габором и составлено из греческих слов др.-греч. ὅλος (всё) и γράφω (рисую, записываю), чтобы подчеркнуть полную запись оптических свойств объекта.
В 1971 г. Габору была присуждена Нобелевская премия по физике «за изобретение и разработку голографического метода».
Денисюк, Юрий Николаевич – (1927-2006)
Советский физик, один из основоположников оптической голографии. С 1954 по 2006 работал в Государственном Оптическом Институте (Ленинград - С.-Петербург). Основные научные труды по физической оптике.
Начиная с 1958 года, решал проблему создание метода с помощью которого можно было бы воспроизвести полную иллюзию зарегистрированной сцены.
Вот что пишет Ю.Н. Денисюк в своей статье «Мой Путь в Голографии» (ссылка)
“… 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.
Действительно, в то время как Габор записывал голограмму на фотопластинке, расположенной за объектом, т.е. там, где объектная и референтная волны распространяются приблизительно в одном направлении, я предполагал подавать референтную волну навстречу объектной волне.
Рис. 3 размещение объекта фотопластины и источника в Схеме Денисюка.
Как показано на рис.3, это означает, что фотопластинка F должна располагаться в пространстве между источником излучения S и объектом O. В этой области возникающая интерференционная картина (стоячая волна) объектной и референтной волн имеет очень мелкую структуру. Действительно, расстояние между поверхностями пучностей стоячей волны равно половине длины световой волны или 0,25 мкм в видимом диапазоне спектра. Для того, чтобы записать плоское сечение такой структуры, необходимо иметь фотопластинку с толщиной эмульсионного слоя порядка 0,1 мкм, тогда как у реальных фотопластинок она составляет 5-10 мкм. Трудность казалась мне непреодолимой, и я был близок к тому, чтобы прекратить работу в этом направлении.
Выход из тупика показала работа Г.Липпмана, который в конце 19 века показал, что фотография объемной картины плоской стоячей волны обладает свойством 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 реально 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»…”
В 1962 Ю.Н. Денисюк предложил и обосновал голографический метод с записью в трехмерных средах, который впервые позволил записать амплитуду, фазу и спектральный состав волнового поля излучения объекта и получить его неискаженное пространственное изображение. Такие трехмерные голограммы, дают объёмное изображение объекта при освещении их излучением со сплошным спектром.
Денисюк занимался вопросами практических применений голографии, включая хранение, обработку и передачу оптической информации. Ленинская пр. (1970). Гос. пр. СССР (1982, 1989), международная награда им. Д. Габора (1983), пр. Р. Вуда Оптического общества Америки (1992).
Сейчас способ записи голограмм во встречных пучках на трехмерных средах называют «методом Денисюка». С точки зрения оптической схемотехники, метод Денисюка является самым простым и доступным способом записи отражательных голограмм и очень широко используется.
Эмметт Лейт (1927-2005) и Юрис Упатниекс (1936)
В 1962 г. в результате поиска способа устранения двойного изображения, которое присутствовало в осевых голограммах Денеша Габора, Эмметт Лейт и Юрис Упатниекс , предложили метод, по которому были созданы первые внеосевые пропускающие голограммы. В отличие от схемы Д. Габора, объектный и опорный пучки предлагалось пространственно разделить, направив опорный пучок под некоторым углом к предметному. Данный метод позволил решить проблему двойного изображения, а также убрать наложение непродифрагировавшего луча на изображение объекта.
Рис. 4 Первоначальная схема записи внеосевых голограмм по Лейту и Упатниексу
В 1963 г. с помощью внеосевой схемы Э. Лейта и Ю. Упатниекса были получены первые объемные голографические изображения, созданные с применением лазерных источников с достаточной пространственной когерентностью. Полученные объемные изображения дали начало изобразительной голографии.
Рис. 5 Первая пропускающая (монохромная) изобразительная голограмма Э. Лейта и Ю.Упатниекса 1963 г.