Александр Акилов - Голография для любознательных. Книга для научных сотрудников школьного возраста

• Название: Голография для любознательных. Книга для научных сотрудников школьного возраста
• Автор: Александр Акилов
• Жанр: Хобби и ремесла

Не беда, что физика – мудреная наука. Без сложных формул и вычислений авторы рассказывают, как долго и упорно люди шли к изобретению голографии и лазеров, без которых бы эта наука, скорее всего, не состоялась. В книге читатели смогут найти множество практических советов как в домашних условиях создать голографическую лабораторию, самостоятельно собрать одночастотный полупроводниковый лазер и успешно изготавливать качественные голограммы.

---

Этапы фотопроцесса Дагера были следующими:

1. Тонкий лист серебра припаивался к толстому листу меди.

2. Серебряная поверхность полировалась до блеска.

3. Серебряная пластина пропитывалась парами йодида и становилась чувствительной к свету.

4. Подготовленная пластина помещалась в темноте в камеру.

5. Камера устанавливалась на треногу, выносилась на улицу и направлялась на любой предмет, освещенный солнцем.

6. Объектив открывался на время от 15 до 30 минут.

7. Скрытое изображение проявлялось и закреплялось в следующем порядке:

a. Пластина помещалась в небольшую кабину под углом 45 градусов над контейнером с ртутью, которую спиртовая лампа нагревала до 150 градусов (по Фаренгейту).

b. За пластиной велось внимательное наблюдение до тех пор, пока изображение не становилось видимым благодаря проникновению частиц ртути на экспонированную часть серебра.

c. Пластина помещалась в холодную воду, чтобы поверхность стала твердой.

d. Пластина помещалась в раствор обыкновенной соли (после 1839 года заменена гипосульфитом натрия – фиксирующим элементом, открытым Джоном Гершелем и немедленно взятым для использования Дагером).

e. Затем пластина тщательно промывалась, чтобы прекратилось действие фиксажа.

В результате получалась единственная фотография, позитив. Видеть ее можно было только при определенном освещении – под прямыми лучами солнца она становилась просто блестящей пластинкой металла. Изображение получалось зеркальным. Невозможно было сделать несколько таких пластинок или напечатать неограниченное количество экземпляров, как можно напечатать позитивы с одного негатива. Фотографический принцип негатив – позитив был изобретен Фоксом Тальботом. Оба изобретения стали известны в одном и том же году.

Художники, ученые и простые фотолюбители вскоре улучшили и модифицировали процесс Дагера, сократив время экспозиции до нескольких минут. Применение призмы позволило перевернуть изображение, и теперь портреты смотрелись нормально, а не зеркально. Решительным шагом вперед было создание к 1841 году аппарата меньшего размера, что привело к уменьшению его веса. Были улучшены средства, предохранявшие поверхность дагеротипа от повреждений и царапин. В 1840 году Ипполит Физо стал тонировать изображение хлоридом золота. Это не только сделало изображение более контрастным – создавался превосходный глубокий серебряно-серый тон, который, окисляясь, превращался в богатый пурпурно-коричневый.

Признание и слава Дагера росли по мере того, как его изобретение повсюду покоряло воображение людей. Сам он, однако, ничего не внес в фотографию после опубликования данных о своем процессе. До самой смерти в 1851 году он жил в уединении в шести милях от Парижа. В 1843 году он заявил, что усовершенствовал мгновенную фотографию и может снимать птицу в полете, но не привел никаких доказательств в правдивость этого заявления.

Всего 12 лет прошло с момента появления дагеротипа, а в 1851 году на Всемирной выставке в Лондоне были продемонстрированы первые стереоскопические снимки!

В то время возникли жаркие споры о месте фотографии в искусстве. Художники упрекали фотографию в бесстрастной натуралистичности, а ее сторонники предрекали скорый конец живописи. К счастью, ни те, ни другие не оказались правы. Тем не менее, настойчивое желание отобразить мир в естественном для нашего восприятия объеме заставляло людей искать новые пути в третье измерение. XIX век вместе с появлением стереофотографии готовил еще один фантастический прорыв!

Метод цветной фотографии Габриэля Липпмана

В истории науки есть события, которые на многие десятки, а иногда сотни лет опережают время. Голография, как наука, могла бы появиться на шестьдесят лет раньше. Но этого не случилось, несмотря на то, что учеными XIX века был возведен основательный фундамент, как в области теории, так и практики.

Габриэль Липпман (16.08.1845 – 12.07.1921)

В 1892 году Габриэль Липпман опубликовал результаты собственных опытов, связанных с регистрацией цветного изображения на черно—белых фотоматериалах. Как выяснилось 70 лет спустя, талантливым ученым—изобретателем был сделан огромный вклад в развитие голографии.

Принцип записи цветных изображений Липпмана заключался в том, что картина интерференции стоячих световых волн ограниченной когерентности записывалась на фоточувствительной эмульсии в виде сфокусированного изображения. За эту работу Габриэль Липпман был удостоен Нобелевской премии. Постараемся разобраться, как он это делал.

Стоячие волны в бассейне с водой

Представьте себе бассейн наполненный водой. В бассейне с помощью широкой доски мы создаем когерентные волны с постоянным периодом и фазой. Волны достигают противоположной стенки бассейна, отражаются и бегут обратно. В результате наложения друг на друга бегущих по поверхности бассейна волн мы получим удивительную картину. Гребни будут подниматься и опускаться, но бега их мы не увидим. И самое интересное, между гребнями окажутся точки, которые не будут ни подниматься, ни опускаться относительно уровня воды в спокойном бассейне. Это явление называют стоячими волнами, а эффект, вызывающий это явление, – интерференцией.

Свет – это тоже волна, только электромагнитная. И в случае со светом будет наблюдаться аналогичная картина.

Картина стоячих световых волн

Допустим, что световая волна прошла сквозь прозрачную фотоэмульсию, затем отразилась от некоторой поверхности и направилась обратно. Должна возникнуть та же картина, что и в бассейне. Там, где расположены неподвижные узлы стоячей волны, будет всегда темнота, а там, где «эфир» колеблется – будет свет. И самое главное, если электромагнитная «зебра» останется неподвижной, картину стоячих световых волн можно зафиксировать в фоточувствительной эмульсии.

После химической обработки фотопластинка, по мнению Липпмана, должна была восстанавливать отраженную волну той же частоты, какая использовалась при записи интерферограммы. Так, если в некоторую область фотоэмульсии попадает зеленый свет, то «зеркальце», записанное в этой точке, должно отражать только зеленую длину волны. Получается, что каждая точка сфокусированного изображения отражала световую волну той длины, посредством которой была записана картина стоячих волн. Липпман успешно получил прогнозируемый результат.

Невзрачные в пасмурную погоду, но вспыхивающие радугой на открытом солнце крылья тропических бабочек, хитиновые пластинки насекомых и яркие перья некоторых птиц не содержат красителей. Здесь цвет создается за счет дифракции Брэгга на многослойных биологически воспроизведенных структурах

На фотографии изображены чешуйки крыльев бабочек под электронным микроскопом

Свет солнца или электрической лампочки, отраженный от объектов, имеет очень малую когерентность, а точнее, длину когерентности. Область интерференции для такого излучения ограничится разностью хода лучей порядка нескольких микрометров. Другими словами, стоячие световые волны, отраженные от какой—либо поверхности, будут наблюдаться в области, сравнимой с толщиной фотоэмульсии. Липпман, понимая это, придумал в 1892 году оригинальную схему записи интерференционной картины световых волн с ограниченной когерентностью.

Устройство кассеты с ртутным зеркалом в методе цветной фотографии Липпмана

Для создания цветного изображения гениальным изобретателем использовалась фотографическая камера со светосильным объективом (3). Липпман сконструировал оригинальную кассету для стеклянных фотопластинок (1) с эмульсией очень высокого разрешения. Фотопластинка прижималась к задней стенке кассеты через тонкую резиновую прокладку (2), образуя герметичную полость, в которую из небольшого резервуара (4) перед съемкой заливалась ртуть. Фотоэмульсия во время регистрации соприкасается с жидкой ртутью, которая является идеально прилегающим зеркалом. После экспозиции, которая длилась 3 – 5 минут, ртуть снова выливалась в резервуар, а фотопластинка заменялась на новую. Ртутное зеркало отражало падающие лучи разной длины волны, создавая в объеме фотографической эмульсии картину стоячих волн соответствующей частоты.

Ртутное зеркало отражало падающие лучи разной длины волны, создавая в объеме фотографической эмульсии картину стоячих волн соответствующей частоты