Оборудование Thorlabs для создания голограмм

В традиционной фотографии трехмерный объект сводится к двумерному изображению, так как камера способна регистрировать амплитуду света, исходящего от объекта, но она не может дать информации о фазе световой волны. Если записать как фазу, так и амплитуду света, то изображение будет выглядеть точно так же, как и исходный объект, если смотреть при одном и том же освещении. Голограммы создаются путем освещения фотопластинки двумя когерентными лучами: один является опорным лучом, а другой либо отражается от объекта, либо рассеивается вокруг него. Для каждой точки на объекте два интерферирующих луча создают интерференционную картину в виде концентрических колец на голографической пластине. Если освещать пластину с той же длиной волны света, которая использовалась для ее экспонирования, то создастся виртуальное голографическое изображение; это изображение формируется путем дифракции света от светлых и темных полос на пластине. Это виртуальное изображение будет иметь ту же информацию об интенсивности и фазе, что и свет, изначально падающий на объект.

Создание Голограмм

Существует два основных способа создания голограмм: через отражение или через пропускание. Различия в том, как голографические пластины расположены относительно объекта. Для отражающих голограмм объект и источник находятся на противоположных сторонах пластины, в то время как для «пропускающих» голограмм источник и объект находятся на одной стороне пластины. Поскольку пластины Thorlabs оптимизированы для записи отражающих голограмм, будет рассмотрено создание голограммы с помощью этой техникой.

Отражающие голограммы 

На рисунке 1 ниже показана установка, которая использовалась для создания голограмм. Чтобы свести к минимуму отражения от оптического стола, монеты были помещены на черную матовую поверхность (например, маленький кусочек черной древесно-волокнистой плиты TB4). Поскольку голография может сильно пострадать от вибраций, может быть полезно использовать виброизоляционные пластины Thorlabs (S913B или S913A) вместе с листом сорботана (SB12B или SB12A). Свет, излучаемый из волокна, может быть направлен на пластину с помощью оптического столика с шарнирным соединением SL20.

TB4 - Черная древесно-волокнистая плита

В этой конфигурации пластина размещается непосредственно рядом с изображаемым объектом, в то время как лазерный луч падает на другую сторону пластины. В качестве начального объекта рекомендуется использовать монеты или другой отражающий объект. В этой конфигурации, луч, который падает непосредственно на пластину, образует опорный пучок, а пучок, отраженный от объекта, интерферирует с опорным лучом для того, чтобы сформировать интерференционную картину на голографической пластине.

SL20 - Оптический столик с шарнирным соединением

Рисунок 1. Установка для простой отражательной голографии с голографической пластиной, лежащей сверху монет, и волоконно-оптическим лазерным источником, освещающем пластину. (На вставке показано лазерное излучение, освещающее пластину в затемненной комнате).

Вся установка должна быть в довольно темной комнате, и любой свет должен быть заблокирован при создании голографической установки. Дня начала настраивается объект и лазер. Включается лазер, далее необходимо отрегулировать направление луча, пока луч полностью не осветит объекты. Затем выключается лазер и помещается голографическая пластина на место так, чтобы эмульсионная (липкая) сторона пластинки касалась объектов. Затем включается лазер на 5–10 секунд. После выключения лазера пластина обрабатывается.

Обработка голограммы

Голограммы могут быть обработаны с использованием химических пакетов PHRKIT Thorlabs для чувствительных к красному цвету пластин или химических пакетов PHGKIT Thorlabs для чувствительных к зеленому цвету пластин.

Просмотр отражающих голограмм

Отражающие голограммы можно просматривать с помощью точечного источника белого света, например, от фонарика, светодиода или лампы накаливания (на рисунках 2 и 3 использовали небольшую матрицу светодиодов). Существует два способа просмотра отраженных голограмм. Голограмма может быть освещена спереди, чтобы свет отражался от поверхности и отраженное излучение попадало в глаз зрителя. Регулируя угол падения света, можно увидеть голограмму, которая будет видна в том цвете, с какой длиной волны был источник, используемый для записи голограммы, как видно на рисунке 2.

Рисунок 2. Отражающая голограмма, получаемая путем отражения света от пластины.

Отражающую голограмму также можно просматривать с помощью точечного источника, расположенного так, чтобы свет проходил через пластину. Угол падения света от источника и угол, под которым можно наблюдать голограмму, нужно будет отрегулировать. Результаты показаны на рисунке 3.

Рисунок 3. Отражающая голограмма, просматриваемая путем пропускания света через пластину.

«Пропускающие» голограммы должны освещаться лазером, используемым для экспонирования пластин, чтобы изображение было видимым.

Источники света для чувствительных к красному и зеленому цвету пластин

Чтобы легко создавать голограммы, диаметр лазерного пучка должен быть достаточно большой, чтобы полностью осветить голографическую пластину. Поскольку допустимо использование расходящегося луча, можно использовать лазерный источник Thorlabs с волоконно-оптической связью. Свет будет широко распространяться от кончика волокна, и он полностью осветит пластину, если будет находиться на достаточном расстоянии. Если используется коллимированный лазерный источник, то рекомендуется использовать линзу для рассеивания света. Thorlabs предлагает в качестве источников излучения для этих задач красные HeNe лазеры и лазерные диоды, излучающие в диапазоне от 633 до 635 нм. Для чувствительных к зеленому цвету голографических пластин Thorlabs предлагает лазерный диод DJ532-10 и лазерный модуль CPS532. Для рассеивания света требуется линза, чтобы лазерный луч осветил пластину.

Крепления для голографических пластин Для более крупных объектов, где желательно установить пластину вертикально, Thorlabs предлагает несколько креплений. Для наиболее надежного крепления голографической пластины можно использовать держатель фильтра SFH3; однако он уменьшает апертуру пластины до 1,64 дюйма (41,7 мм) в горизонтальном направлении. Цилиндрическая оправа объектива CH2B позволяет обнажить всю апертуру пластины, но пластина может быть не такой устойчивой, что приводит к для снижения качества голограммы. Для повышения стабильности можно использовать два крепления CH2B.

SFH3 - Держатель квадратных фильтров