В Политехническом музее в Москве в отделе голографии всегда много любопытных. Включают лампы подсветки, и неожиданно из плоских пластин, висящих на стенах, «выходят наружу» старинные кубки, статуэтки, оружие. Внешне они ничем не отличаются от настоящих. Их можно осмотреть с разных сторон, они объемны.
Трудно представить, что эти изображения содержатся в эмульсии фотопластинок. Если рассматривать голограмму через микроскоп, то будет видна структура из темных и светлых участков, и только... Тем не менее, освещая такую пластинку, мы полностью восстанавливаем фронт световой волны, отраженной когда-то предметом.
Главное при получении голограммы — монохроматический и когерентный лазерный луч (см. Лазер). Фотопластинка освещается опорным лазерным лучом и одновременно светом, отраженным от предмета. В результате сложения световых волн в плоскости пластинки возникает интерференционная картина. В ней содержится вся информация об отраженной световой волне. Если теперь проявить пластинку и осветить лазерным лучом опорного пучка, то волновой фронт восстановится благодаря дифракции лазерного пучка на голограмме.
Интерференционная картина в большом объеме пространства возможна только при освещении предмета когерентными пучками. Поэтому голография начала развиваться с появлением в 1960-х гг. источников света высокой когерентности — лазеров. В 1948 г., когда английский ученый Д. Габор предложил голографический метод получения изображений, о нем знали лишь немногие специалисты. Ныне голография — одна из важнейших областей оптики.
Существуют различные способы получения голограмм. Один из самых интересных — способ, предложенный советским ученым Ю. Н. Денисюком. Запись голограммы ведется на фотопластинку с толстым слоем эмульсии, таким, что его толщина намного больше длины световой волны. Интерференционная картина предметного и опорного пучков возникает в толще эмульсии. В Политехническом музее представлены именно такие голограммы. Они воспроизводят изображение предмета при освещении обычным осветителем или солнечным светом. Структура такой голограммы сама «выбирает» лучи, нужные для восстановления волнового фронта.
Голограммы нужны не только для воссоздания образов предметов. Они помогают записывать громадное количество информации, их применяют для исправления аберраций (погрешностей изображения) оптических систем, для контроля за вибрациями машин.
Теоретический расчет дает зависимость: на единице площади голограммы регистрируется N= 1 / Л.2 независимых сведений о предмете. Таким образом, на 1 см2 голограммы, полученной с помощью излучений гелий-неонового лазера (^, = 0,632 мкм), приходится 250 млн. независимых сведений. Большое число сведений, содержащихся в голограмме, проявляется в сложности ее структуры. Человек воспринимает сильно увеличенный участок голограммы как хаотический набор пятнышек с различной степенью почернения. Такое впечатление объясняется неспособностью зрения извлечь из голограммы вполне закономерно заложенные в ней сведения о предмете. Восстановление голографического изображения — это преобразование сведений из одной формы в другую, более удобную для восприятия человеком или для введения их в ЭВМ. Время восстановления голограммы очень мало (до 10 ~10 с). Следовательно, голография позволяет записывать, хранить и очень быстро преобразовывать громадное количество данных.
Эти особенности голографии используют для решения многих технических и научных проблем. Так, голографическая интерферометрия дала возможность интерференционными методами исследовать объекты, диффузно рассеивающие свет, например покрытые коррозией металлические конструкции, бетонные балки, покрышки автомобилей и т. п. Если требуется изучить деформации такого объекта, с помощью голограммы восстанавливают его трехмерное изображение и совмещают с самим объектом. При этом объект и голограмма освещены точно так же, как и во время получения голограммы. Теперь свет изображения и свет, отраженный предметом, интерферируют, так как они когерентны. Если объект немного изменил свою форму, то наблюдается разность хода между лучами голографического изображения и отраженными объектом. В результате возникают интерференционные полосы, характеризующие изменение формы объекта.
Голограммы можно получать и с помощью звуковых волн. Когерентные звуковые волны известны давно, и ультразвуком можно «освещать» очень большие объекты. Принципы получения звуковой оптической голограммы одни и те же, только вместо изменений интенсивности света ученые имеют дело с изменением давления. Звуковые волны без труда проникают в непрозрачные для света предметы. Акустическая голография в перспективе может найти применение в медицине, геофизике, металлургии. Врач с помощью такой голограммы сможет осмотреть внутренние органы человека, а геофизик — заглянуть в недра Земли.