Лазерные и голографические УОИ

Представляют интерес следующие свойства излучения лазеров: пространственная когерентность, временная когерентность, цвет и яркость.

Когерентность — высокая степень согласованности фаз колеба­ний, образующих волновой фронт. Пространственная когерентность означает жесткую взаимосвязь фаз колебаний в двух точках про­странства, лежащих в плоскости, перпендикулярной фронту волны. Временная когерентность означает жесткую взаимосвязь фаз коле­баний, разделенных временным интервалом, и равнозначна узкополосности по частоте.

Лазер представляет собой когерентный источник света. Путем подбора трех источников света с соответствующими основными цветами и введения их в схему аддитивного образования цветов можно воспроизвести широкую гамму цветов.

На рис. 13 показана схема УОИ с использованием лазера. Вспомогательное оборудование обеспечивает управ­ление процессом отображения информации, а также долговремен­ное и кратковременное ее хранение.

Рис. 13. Устройство отображения ин­формации с использованием лазера:

Л-ла­зер; МО -оптический модулятор; Д- дефлектор; СУМ- схема управления модулятором; СУД -схема управления дефлектором; ИП- источ­ник питания; Э -экран; БЗУ- буферно-преобразовательное запоминающее устройство.

При отображении информации используют способ «последова­тельной выдачи», когда луч лазера последовательно обходит все точки поверхности экрана, либо способ «выборочного отображе­ния», когда луч лазера направляется только на те элементы экра­на, в которые вводится информация.

Модулятор света предназначен для наложения изменяющейся во времени информации на излучение лазера путем изменения во времени его яркости.

Если изменения информации синхронизирова­ны с перемещением луча дефлектором, то информация превращает­ся в зрительно воспринимаемое изображение.

Многоцветное изображение может быть получено использова­нием нескольких лазеров, работающих параллельно и имеющих различные спектральные линии излучения, причем у каждого лазе­ра своя система отклонения, настроенная на соответствующую линию излучения.

В настоящее время находят применение голографические индикаторы. В наиболее общем виде идея голографии может быть сформулирована так - если каким-то способом точно зафиксирована структура светового поля, исходящего от объекта и записать ее на какой-либо носитель, а затем восстановить это поле с достаточной точностью, то наблюдатель не сможет различить, наблюдает ли он сам объект или же эту имитацию.

Голография - это чисто оптический процесс, но по объему информации, записываемой и участвующей в этом процессе, голография может сравниться с любым суперкомпьютером.

Основная физическая идея состоит в том, что при наложении двух световых пучков, при определенных условиях, может возникать интерференционная картина, то есть, в пространстве возникают максимумы и минимумы интенсивности света (это подобно тому, как две системы волн на воде при пересечении образуют чередующиеся максимумы и минимумы амплитуды волн).

Для того чтобы эта интерференционная картина была устойчивой какое-то время, и ее можно было записать, эти два пучка должны обладать определенными свойствами. Оптики говорят, что они должны быть взаимно когерентными. Для простоты скажем, что у них должна быть одна и та же длина волны, и кроме этого, за время регистрации должна быть одна фаза колебаний, то есть колебания светового поля должны быть синхронными.

Самая простая схема съемки голограммы представлена на рис.14.

Рис. 14. Схема записи пропускающей голограммы

 

Лазерный луч расщепляется на два пучка, расширяется оптикой, чтобы осветить весь объект целиком, один пучок, который называется "объектным", направляется на объект, освещая его так, чтобы отраженное от него излучение попадало на фотопластинку. Второй пучок, который называют "опорным", направляется прямо на фотопластинку. Эти два пучка будут интерферировать на поверхности фотопластинки и после проявления ничего полезного на поверхности этой пластинки не видно. При рассмотрении под микроскопом поверхность пластинки будет покрыта множеством интерференционных линий, колец. Это и есть запись структуры волнового поля, отраженного объектом или технология изготовления так называемой "пропускающей" голограммы.

Если теперь эту голограмму осветить пучком лазерного света (на просвет, отсюда и название - пропускающая), смотри рис.15, то можно увидеть восстановленное изображение, которое будет находиться точно в том месте, где ранее, при съемке, находился объект. А произошло следующее - чистый лазерный свет, проходя через фотопластинку с записанной ранее структурой светового поля приобретает все свойства светового потока, который ранее, при записи, отражался объектом. И наблюдатель видит этот объект - причем полностью объемным.

Рис. 15. Схема восстановления изображения, записанного на пропускающей голограмме