Физическая оптика

Из истории физической оптики

Цитати из оригинальных работ Габора, Лейта и Упатниекса.

Дэннис Габор. Новый принцип микроскопии. “Известно, что сфериче­ская аберрация электронных линз устанавливает предел разрешающей способ­ности электронных микроскопов на уровне 5 А. Были сделаны предложения об улучшении объективов, однако они сложны сами по себе и, кроме того, перспек­тивы улучшения осложняются тем обстоятельством, что предел разрешения пропорционален корню четвертой степени из сферической аберрации. Поэтому улучшение разрешения на порядок потребовало бы уменьшения аберрации на четыре порядка, что является практически безнадежной задачей.

Новый принцип микроскопии, описанный ниже, дает возможность обойти эту трудность, поскольку позволяет вообще обойтись без электронных объек­тивов. Изображения получаются в результате процесса, включающего в себя два этапа: электронный анализ и оптический синтез — как в рентгеновском микроскопе сэра Лоурэнса Брэгга. Однако если рентгеновский микроскоп при­меним только в очень специальных случаях, когда фазы известны заранее, но­вый принцип обеспечивает полную запись амплитуд и фаз на одной диаграмме и применим для очень широкого класса объектов.

В общих чертах принцип объясняется рис. Д14.1. Объект освещается сфо­кусированным электронным пучком, расходящимся из точки фокуса с полу - углом расходимости а. Достаточная когерентность будет обеспечена, если но­минальный или гауссов диаметр фокуса будет меньше, чем предел разреше­ния, (А/2) sin а. Физический диаметр, определяемый дифракцией и сфериче­ской аберрацией освещающей системы, может быть много больше. Объект рас­полагается на небольшом расстоянии позади (или впереди) точки фокуса, а фотографическая пластинка помещается позади объекта на расстоянии, много­кратно превышающем расстояние между объектом и фокусом. Таким образом, схема напоминает электронный теневой микроскоп, однако она используется в области, где теневой микроскоп бесполезен, поскольку дает изображения, совершенно непохожие на оригинал. Желательно, чтобы объект был меньше, чем освещенная область в плоскости объекта, и он должен быть установлен на опоре, которая пропускает значительную часть первичной волны. На фотопла­стинке записывается картина интерференции первичной волны с когерентной частью вторичной волны, испускаемой объектом. Можно показать, что по край­ней мере во внешних частях диаграммы интерференционные максимумы будут возникать очень близко к тем точкам, где фазы первичной и вторичной волн совпали, как показано на рис. Д14.1.

Если эта фотография проявлена обратимым образом или напечатана, то ме­стоположения максимумов пропускания будут указывать районы, в которых первичная волна имела ту же фазу, что и модифицированная волна; при этом изменения пропускания в этих точках будут приблизительно пропорциональ­ны интенсивности модифицированной волны. Таким образом, если осветить фотографическую запись оптической имитацией электронной волны, то фото­пластинка хорошо пропустит только ту часть первичной волны, которая ими­тирует модифицированную волну как по фазам, так и по амплитудам. Можно

показать, что “маскировка” районов вне местоположений максимального про­пускания дает лишь слабый искажающий эффект. Можно ожидать, что глядя через такую соответствующим образом обработанную диаграмму, наблюдатель будет видеть позади нее исходный объект так, как если бы он действительно был на месте.”

Эммет Лейт, Юрис Упатниекс. Восстановление волнового фронта с использованием рассеянного освещения и трехмерных объектов. “По­лучены голограммы транспарантов в рассеянном свете. Восстановленные изо­бражения свободны от дефектов и имеют качество, сравнимое с качеством изо­бражения в традиционной фотографии, использующей некогерентное освеще­ние. С помощью отраженного света получены голограммы трехмерных объек­тов. Эти голограммы позволяют воспроизводить трехмерное световое поле, ко­торое обладает всеми видимыми свойствами поля исходного объекта: параллак­сом между ближними и дальними деталями заснятой сцены, необходимостью перефокусировать глаз при наблюдении различных частей сцены, а также сте­рео эффектом, подобным эффекту обычной стереоскопической фотографии.”

Первая демонстрация голографических изображений (из рекламно­го проспекта к выставке “Фотография в США”). “Полугодовые съезды Аме­риканского оптического общества редко бывают захватывающе интересными событиями, и 800 ученых, собравшихся в апреле 1964 года под крышей старой гостиницы Шератон-Парк в Вашингтоне, никаких потрясений не ожидали. На­звание одного доклада, который представили на рассмотрение съезда ученые Мичиганского университета Эммет Н. Лейте и Юрис Упатниекс “Реконструк­ция волнового фронта при рассеянном освещении трехмерных объектов”, не содержало, казалось, и намека на феноменальное открытие. Но демонстрация результатов работы молодых ученых вызвала сенсацию. Фурор был, по сло­вам Лейтса, “неописуемым”. Сотни маститых ученых и научных сотрудников промышленных предприятий растянулись в очередь по всему коридору, дожи­даясь возможности взглянуть на объемное изображение игрушечного поезда — самое реалистичное фотографическое изображение, которое когда-либо суще­ствовало. Большинство присутствовавших, никогда до сих пор не видевших голографического изображения, с недоумением спрашивали: “А где же этот

поезд спрятан?” Они не могли поверить, что перед ними лишь изображение, и оглядывались в поисках зеркального устройства, которое бы отображало за­прятанную в каком-нибудь тайнике игрушку.”