Объемная голография

Внимательно изучив работы Габора и сравнив их со своими, Денисюк смог со всей ясностью установить и их идейную общность, и всю глубину их различия.

Общей была задача отображения объекта путем фиксации волнового поля, исходящего от объекта. Общим был метод фиксации, основанный на сравнении этого волнового поля с опорным волновым полем, например с полем сферических волн. Общим был способ расшифровки записи, при котором на голограмму (Денисюку понравился этот термин) направлялась волна такой же структуры, как и структура опорной волны, использованной при получении голограммы. Этим и ограничивалась общность. На ее фоне четко выступали различия. И были ясно видны причины, направившие ученых различными путями. Габор отталкивался от электронного микроскопа. Может быть, поэтому и в его оптических опытах опорный пучок света направлялся на пластинку с той же стороны, что и свет от объекта. Денисюк, может быть бессознательно, опирался на опыт Липмана, у которого эти пучки падали на эмульсию с различных сторон. У Габора интерференционные максимумы отстояли сравнительно далеко один от другого, и в каждом участке эмульсии располагался лишь один из них. Можно сказать, что эмульсия давала плоский разрез поля стоячих волн. В опытах Денисюка интерференционные максимумы располагались очень близко один от другого, так что в толще эмульсии укладывалось много таких максимумов. В эмульсии фиксировалась объемная структура стоячих волн. При этом Денисюку, конечно, нужны были очень хорошие эмульсии.

Такие, казалось, незначительные различия вели к существенным последствиям. Расшифровывать плоские голограммы Габора, рассматривать зафиксированный на них объект можно было только при столь же монохроматическом (одноцветном) свете, как тот, при котором голограмма была получена. Но ограниченная чувствительность глаза приводила при этом к резкому ограничению объема пространства, отображенного голограммой. Для увеличения объема требуется сужать спектр, а применение узкополосных фильтров уменьшает яркость света, и глаз ничего не видит.

Объемные голограммы Денисюка можно рассматривать при ярком белом свете. Они сами, подобно липмановским фотографиям, отфильтровывают нужную часть спектра. А применение узкополосных фильтров при получении голограммы не ограничивается чувствительностью глаза. Оно приводит только к увеличению времени экспозиции. Одно это различие давало Денисюку возможность применять голографию там, где метод Габора был совершенно непригоден.

Но обнаружилось и второе существенное различие. При рассматривании голограммы Габора образовывалось сразу два изображения объекта - действительное, подобное тому, что видно через выпуклую линзу, и мнимое, аналогичное возникающему в обычном зеркале. Изображения налагались друг на друга, вызывая взаимные помехи.

Метод Денисюка приводил к одновременному восстановлению лишь одного изображения объекта. Это могло быть действительное изображение или мнимое, в зависимости от того, с какой стороны направлялся на голограмму пучок света при восстановлении изображения. Благодаря такому свойству объемной голограммы не возникало искажений, свойственных методу Габора, Не менее отчетливо видны и различия между объемной голограммой Денисюка и цветной фотографией Липмана, объединяемыми тем, что та и другая основаны на возникновении в толще эмульсии пространственной системы, соответствующей распределению пучностей стоячих волн света. В фотографиях Липмана белый свет, отраженный от объекта, попадает на объектив, а объектив рисует плоское изображение объекта на эмульсии. Ртутное зеркало, отражая обратно свет, прошедший эмульсию, образует в ней систему стоячих волн. После проявления в эмульсии возникают слои почернения, выделяющие из белого света цвета, «окрашивающие» изображение. Все сведения о пространственной структуре объекта оказываются утраченными в результате комбинации специфических свойств объектива и фотоэмульсии.

В голограмме Денисюка зеркало, образующее опорный пучок света, вынесено на некоторое расстояние от эмульсии. Он использует упорядоченный фильтром одноцветный свет, выделенный из излучения ртутной лампы. И жертвует воспроизведением окраски объекта. Но он может обойтись без объектива, без непосредственного формирования изображения и благодаря этому получает возможность полностью фиксировать сведения о пространственной структуре объекта, о его форме.

Но Денисюк называет свою голограмму объемной не потому, что она способна воспроизводить объемность объекта, этого можно достигнуть и при помощи плоской голограммы Габора, а лишь потому, что его голограмма формируется во всем объеме толстослойной эмульсии. Только это позволяет ему реконструировать изображение в белом свете и избежать искажений, свойственных голограммам Габора.

В отличие от Габора Денисюк не прекращал работы в области голографии. Дело двигалось медленно. Основным препятствием оставалось отсутствие подходящего источника света. Но, может быть, Денисюк предчувствовал грядущую революцию в этой области. Ведь квантовая электроника уже тогда достигла высокого уровня развития. Денисюк не занимался ею. У него хватало своих проблем. Однако он внимательно следил за работами Басова и Прохорова, за статьями других советских и иностранных ученых.

Конечно, и для Денисюка известие о создании первого лазера было сюрпризом. Можно понимать глубокое родство между радиоволнами и светом, сознавать принципиальную возможность получения оптических волн, по упорядоченности - когерентности - не уступающих радиоволнам. Следить за тем, как Басов и Прохоров и Таунс с сотрудниками идут в этом направлении. Но кто мог предсказать, что именно в 1960 году, почти одновременно, Мейман создаст лазер на рубине, а Джаван с сотрудниками - лазер на смеси гелия и неона.

Естественно, первые лазеры были несовершенны. Но стала ясна близкая перспектива. Благодаря усилиям многих ученых она вскоре превратилась в реальность. Лазеры теперь столь стабильны, что они способны покрыть системой упорядоченных стоячих световых волн объемы размером во много кубических метров.

Именно этого и недоставало для нужд голографии. Теперь перед нею открылись огромные возможности.

Не приходится сомневаться в том, что Денисюк тотчас начал работать с лазерами. Первоначально они ничего не изменили в его методе. Просто стало удобнее и легче работать. Заменив лазером ртутную лампу с фильтром, Денисюк смог получать голограмму значительно быстрее. В ряде случаев, практически за мгновения. Очень существенное обстоятельство.

Теперь голография имеет дело не со специально изготовленными миниатюрными объектами и даже не с шахматными фигурами и игрушками, а с предметами обычной жизни и техники. А в технике скорость исследования играет не последнюю роль.

Лазер внес в работу Денисюка еще одно важное достижение. Объемная голограмма способна запомнить столь полную информацию об объекте, что, освещая его тремя лазерами, дающими синее, зеленое и красное излучения, Денисюк может получать голограммы, которые при солнечном свете дают не только объемное, но и многоцветное изображение.

Но Денисюк - реалист, умеющий разумно оценивать и нужды техники, и потребности искусства. Он отнюдь не стремился конкурировать таким путем с современными дешевыми и удобными цветными фотоэмульсиями, фиксирующими цветное изображение при естественном освещении, непосредственно кодируя его в трех основных цветах. Он увидел в лазерах средство получения изображений одновременно и объемных и цветных.