Свет иногда рассматривают как поток фотонов, а иногда как волну, переносящую электромагнитные колебания. Все зависит от решаемой задачи. В одних случаях проявляются главным образом волновые свойства света, а в других - корпускулярные, когда свет нужно рассматривать как поток частиц - фотонов. Квантовая механика помогает физику установить, какие свойства света окажутся главными в том или ином явлении.

Если световые колебания можно представить гармоническими функциями, например синусоидальной функцией с неизменной фазой, то такие колебания называют когерентными. Когда речь идет о когерентном свете, то его следует рассматривать как электромагнитную волну. В когерентном луче напряженность магнитного и электрического полей меняется по синусоидальному закону без наложений и сбоев. Потоки когерентного излучения по-настоящему стали доступны только после изобретения лазера.

Рис. 18.

Осветим фотографическую пластинку двумя когерентными пучками света (рис. 18, а). Один из них (1) направим перпендикулярно к поверхности пластинки, а другой (1') - под углом тета. Тогда, складываясь, световые колебания дадут на пластинке систему интерференционных полос. После проявления пластинки она представит собой дифракционную решетку. Осветим эту решетку вновь перпендикулярным к ее поверхности пучком когерентного света (1). Часть энергии этого пучка пройдет через щели решетки, не изменив направления, и, кроме того, возникнут еще два параллельных пучка света, распространяющихся под углами тета и -тета к поверхности пластинки. Эти углы будут в точности такими же, как и угол, под которым освещалась пластинка, а интенсивность пучка (1"), идущего под углом в, будет такой же, как и падавшего ранее на пластинку. Иными словами, фотопластинка "запомнила", под каким углом и с какой интенсивностью на нее падал луч. Этот "старый" луч восстанавливается под действием перпендикулярного луча, который мы назовем опорным (рис. 18, б).

Возможность восстановления первичного светового пучка с помощью опорного луча приводит к далеко идущим последствиям. Оказывается, с помощью когерентного излучения на фотопластинку можно записать не только характеристики параллельного пучка света, но и свет, отраженный лепестками розы, мраморной колоннадой или хрустальной вазой. Записать, а потом восстановить свет, отраженный любым предметом.

Рис. 19. Телеграфирование светящейся точки: а -получение голограммы точки А; б - восстановление изображения точки А по голограмме.

Освещенный или светящийся предмет всегда можно представить как совокупность отдельных светящихся точек. Поэтому если научиться записывать на фотопластинке свет одной точки, то можно записать и свет, испускаемый самым сложным объектом. Свет от светящейся точки падает на фотопластинку конусом (рис. 19, а). Разобьем этот конусообразный пучок на очень узкие кольца, такие, что расходимостью лучей в них можно практически пренебречь. Это означает, что каждый узкий пучок мы можем считать как бы параллельным.

Фотопластинка на участке А₁В₁ запомнит пучок, падавший на нее под углом ф₁, на участке А₂В₂ -под углом ф₂, а вообще на участке А_iВ_i; - под углом ф_i (рис. 19, б). Чем больше угол ф, чем чаще дифракционные полосы, тем больше "штрихов" приходится на единицу длины пластинки. Если после такого освещения проявить пластинку и осветить ее опорным пучком когерентного излучения, то возникнет точно такой же световой поток, который падал на пластинку до ее проявления от точечного источника. Таким путем мы с вами решили задачу записи светового потока, отраженного малым участком предмета, который можно принять за точечный источник света. Отраженный всем предметом световой поток пластинка запомнит как сумму потоков от малых частей предмета - отдельных точек, испускающих или отражающих свет.

Полосы на пластинке будут очень сложными и, конечно, совсем не будут напоминать сам предмет, так же как система правильных полос вовсе не похожа на параллельный пучок света. Такая запись изображения предмета называется голограммой. Свойства голограммы поистине чудесны. Освещая изображенные на фотопластинке полосы и кольца, образующие какие-то запутанные и непонятные фигуры, мы восстанавливаем когда-то отраженный предметом световой поток, и этот поток ничем не отличается от того, который падал на пластинку.

Допустим, фотопластинка с записанной на ней голограммой разбилась. И все же любой осколок этой пластинки, освещенной опорным светом, восстановит изображение. Это станет понятным, если посмотреть на рисунок. В самом деле, части А₁В₁ и А₂B₂ пластинки независимо создают изображение точки А. Правда, с уменьшением размеров голограмм качество изображения ухудшается.

Опорный световой пучок воссоздает объемное изображение предмета, и даже не такое, как мы видим на стереоснимках, когда создается иллюзия объемного изображения, но никаких новых подробностей не увидишь, рассматривая снимок под разными углами зрения, а такое, когда, двигаясь вдоль экрана, можно увидеть то, что прежде загораживали другие предметы.

Удивительные возможности открывает голография. Если снять фильм, где каждый кадр - голограмма, то получится объемная кинокартина необыкновенно высокого качества. Пройдет не так уж много времени, и ученые и инженеры смогут создать установки, передающие голограммы на большое расстояние. Будет осуществлено объемное телевидение. Происходящее за многие тысячи километров событие можно будет перенести в зрительный зал. Но не только кино и телевидение станут иными. Преобразятся и наши библиотеки. На одну пленку голограммы можно записать более ста страниц текста. Мощным источником когерентного света, необходимым для голографии, является лазер. Поговорим теперь о его излучении.

Механика

Мир голографии