Понятие о голографии. Запись информации с помощью голографии.

Голография – особый способ записи и последующего восстановления волнового поля, основанный на регистрации интерференционной картины. Основана на интерференции и дифракции.

Голограмма – зарегистрированная на фотопластинке интерференционная картина, образованная при сложении опорной и предметной волн. Предметная волна – волна идущая от предмета, опорная волна – волна идущая от источника света.

Процесс получения изображения с помощью голограммы называется восстановлением.

Для восстановления изображения (рис. 17.23, б) голограмма помещается в то же самое положение, где она находилась до регистрации. Ее освещают опорным пучком того же лазера (вторая часть лазерного пучка перекрывается диафрагмой). В результате дифракции света на интерференционной структуре голограммы восстанавливается копия предметной волны, образующая объемное мнимое изображение, расположенное в том месте, где предмет находился при голографировании.

Рассматривая из разных положений объемное изображение предмета, даваемое голограммой, можно увидеть более удаленные предметы, закрытые более близкими из них. Голограмму можно разделить на несколько частей. Но даже малая ее часть восстанавливает изображение полностью.

На одной фотопластинке можно поочередно записать несколько изображений различных предметов. Для этого после экспонирования одного предмета другой располагают в ином месте или просто меняют направление опорного пучка света. Каждое изображение восстанавливается без помех со стороны других изображений.

Применения голографии разнообразны, но наиболее важными являются запись и хранение информации. Методы голографии позволяют записывать в сотни раз больше страниц печатного текста, чем методы обычной микрофотографии.

1.Чем объяснить образование цветных пятен на поверхности воды в тех местах, где она загрязнена нефтью, бензином или смазочным маслом?

Радужные полосы в тонких плёнках возникают в результате интерференции световых волн, отражённых от верхней и нижней границ плёнки. Волна, отражённая от нижней границы, отстаёт по фазе от волны, отражённой от верхней границы. Величина этого отставания зависит от толщины плёнки и от длины световых волн в плёнке. Вследствие интерференции будет происходить гашение одних цветов спектра и усиление других. Поэтому места плёнки, обладающие разной толщиной, будут окрашены в различные цвета.

2.На поверхности реки, озера или моря в направлении Луны видна сверкающая лунная дорожка. Объясните, как она образуется. Можно ли наблюдать лунную дорожку на идеально гладкой спокойной поверхности воды? Почему дорожка всегда направлена на наблюдателя? Из-за волнений воды на ней появляется большое число изображений Луны - лунная дорожка. На идеально гладкой поверхности воды может быть только одно изображение Луны - лунной дорожки нет. Так как наблюдатель может видеть не дальше горизонта, находясь на поверхности Земли, то лунная дорожка может быть направлена лишь в его сторону.

3.Почему не всё небо имеет одинаковый оттенок, а часть окрашена в более яркий голубой цвет? Солнечный свет рассеивается на молекулах воздуха, причём свет с меньшей длиной волны рассеивается сильнее. Поэтому, когда Солнце близко к горизонту, небо над наблюдателем в основном голубое. Голубизна неба на расстоянии больше 90° от Солнца слабее, так как небо освещено светом, прошедшим больший путь в атмосфере и потерявшим синюю составляющую.

4.Почему вечером человек хуже различает очертания предметов, чем днём? Вечером зрачки у человека расширяются. Но хрусталик – не идеальная линза. Изображения, даваемые различными участками хрусталика, из-за аберрации смещены относительно друг друга. Чем большая часть хрусталика «работает», тем более размытое изображение.

5.Как далеко от нас образуется радуга, т.е. на каком расстоянии находятся те капли воды, благодаря которым она и возникает? Для радуги имеет значение лишь угол между падающим солнечным лучом и линией зрения наблюдателя. Капли же могут находиться на расстоянии от нескольких метров до нескольких километров. Можно наблюдать радугу, возникающую на фоне струй водопада или фонтана.

6.Солнечные лучи, пробивающиеся сквозь тучи, представляются радиально расходящимися во все стороны. Между тем солнечные лучи, падающие на землю параллельны. Как объяснить такое противоречие? Расхождение лучей объясняется перспективным эффектом схождения удаляющихся параллельных прямы

7.Одна сторона стекла полированная, а другая матовая (исцарапанная). Если стекло прижать матовой стороной к надписи на листе бумаги, то она хорошо видна. Если стекло отодвинуть, то надписи не видно. Объясните демонстрируемое явление. Когда бумага прижата вплотную, то рассеяние света от «точки» надписи происходит на малом участке матовой поверхности, примыкающей к точке. Тогда лучи, идущие в направление наблюдателя от разных точек, не совпадают и детали надписи видны чётко. Когда лист бумаги отодвинут, то на любой малый участок матовой поверхности одновременно попадают лучи от разных точек надписи и в направление наблюдателя будут совместно идти лучи света от всех точек надписи. Поэтому надпись полностью «размажется».

8.Пучок света от лазера падает на боковую грань равнобедренной прямоугольной призмы и выходит под углом 90°. Если к наклонной грани приложить сухую черную бумагу, то ничего не изменится. Однако если приложить мокрую черную бумагу, то интенсивность выходящего из призмы света резко уменьшится. Объясните демонстрируемое явление. Из-за эффекта полного внутреннего отражения свет, отразившись от наклонной грани, как от зеркала, не дойдет до сухой бумаги, между которой и стеклом призмы находится воздух. Свет после отражения практически полностью выйдет через нижнюю грань. Если же бумагу смочить, то между ней и стеклом призмы будет прослойка воды, у которой показатель преломления, в отличие от воздуха, близок к показателю преломления стекла. В результате эффект полного внутреннего отражения в этом случае пропадет, свет в значительной мере пройдет через боковую грань к мокрой черной бумаге и поглотится в ней. В итоге света, выходящего через нижнюю грань, практически не будет.

9.Если кольцо диаметром 3-4 см, согнутое из тонкой проволоки, окунуть в раствор мыла, то, вынув его из раствора, можно обнаружить радужную пленку, затягивающую отверстие кольца. Если держать кольцо так, чтобы его плоскость была вертикальна, и рассматривать пленку в отраженном свете на темном фоне, то в верхней части пленники через некоторое время будет видно растущее темное пятно, окольцованное разноцветными полосами. Как чередуется цвет полос в направлении от темного пятна к нижней части кольца? Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности вы использовали для объяснения. 1. Окрас­ка плен­ки обу­слов­ле­на ин­тер­фе­рен­ци­ей света, от­ра­жен­но­го от пе­ред­ней и зад­ней по­верх­но­стей плен­ки. 2. Тем­ное пятно на плен­ке по­яв­ля­ет­ся, когда из-за сте­ка­ния мыль­но­го рас­тво­ра вниз тол­щи­на плен­ки ста­но­вит­ся слиш­ком малой и не на­блю­да­ет­ся ин­тер­фе­рен­ци­он­ный мак­си­мум ни для одной из длин волн в ви­ди­мом диа­па­зо­не. По на­прав­ле­нию от тем­но­го пятна к ниж­ней части коль­ца тол­щи­на плен­ки по­сте­пен­но уве­ли­чи­ва­ет­ся, по­это­му усло­вие на­блю­де­ния пер­во­го ин­тер­фе­рен­ци­он­но­го мак­си­му­ма при пе­ре­хо­де от тем­но­го пятна к ниж­ней части коль­ца вы­пол­ня­ет­ся сна­ча­ла для света с наи­мень­шей дли­ной волны (фи­о­ле­то­во­го), а затем по оче­ре­ди для света всех цве­тов ра­ду­ги, за­кан­чи­вая све­том с наи­боль­шей дли­ной волны (крас­ным). Затем на­блю­да­ют­ся мак­си­му­мы сле­ду­ю­щих по­ряд­ков. В ре­зуль­та­те под тем­ным пят­ном плен­ка окра­ше­на в фи­о­ле­то­вый цвет, затем в синий и т. д. до крас­но­го. Затем че­ре­до­ва­ние цве­тов по­вто­ря­ет­ся, но цвета на­чи­на­ют сме­ши­вать­ся, т. к. воз­мож­но на­ло­же­ние друг на друга мак­си­му­мов раз­ных по­ряд­ков для раз­ных длин волн.

10. Неровности дороги днем видны хуже, чем ночью при освещении дороги фарами автомобиля. Почему? Свет и тени.
Днем свет создает тени небольшие, так как источник света вверху.
Ночью, в свете фар, которые светят почти параллельно дороге, маленькие неровности создают большие тени

11. Лампочка в автомобильной фаре имеет две независимые нити накала. Нить накала, дающая так называемый дальний свет, и нить накала, дающая ближний свет. Чем отличаются световые пучки ближнего и дальнего света? Где помещены нити лампы?Пучок лучей ближнего света широкий и направлен вниз ,т.к. нить смещена от фокуса немного вверх и расположена ближе к зеркалу

12. В знойное время в пустыне наблюдается мираж: появляется двойное изображение предметов — прямое (сверху) и перевернутое (снизу). Как объяснить это явление? Почему над морем мираж выглядит иначе — сверху наблюдается перевернутое изображение предмета, а снизу — прямое?Когда солнце сильно нагревает землю ,нижний слой воздуха становится менее плотным, чем верхние. Лучи идущие вниз от верхних слоев воздуха и составляющие с вертикалью углы ,большие предельного ,отражаются кверху. Поэтому наблюдатель видит прямое изображение предмета, созданное лучами, идущими параллельно горизонту ,и обратное- отражение лучами. Над морем мираж наблюдается в следствия отражения лучей от верхних слоев воздуха.

13. Как изменится фокусное расстояние линзы, если температура ее повысится? расстояние уменьшится, так как тела при нагревании расширяются, и она станет более выпуклой в середине

14. Укажите, которые из линз, изображенные на рисунке непригодны для получения действительных изображений предметов.2,4,6

15. Чтобы яснее видеть под водой, пловец надевает двояковыпуклые очки из сильно преломляющего стекла (n=1,96). Почему не нужны такие очки пловцу, на лицо которого надета герметическая маска с плоским стеклом?Линзы очков увеличивают оптическую силу глаза ,находящегося в воде. Если глаза плавца закрывает герметическая маска,то очки не нужны , т.к. глаза находятся не в воде,а в воздухе.

16. Почему грязный снег скорее тает, чем чистый? Грязный снег в солнечную погоду тает быстрее, чем чистый, потому что тела с темной поверхностью лучше поглощают солнечное излучение и сильнее нагреваются.

17. Что такое близорукость и дальнозоркость, объясните эти явления.У некоторых людей глаза в расслабленном состоянии создают изображение предмета не на сетчатке, а перед ней. В результате изображение предмет "расплывается". Такие люди не могут видеть четко удаленные предметы, но зато хорошо видят предметы, находящиеся вблизи. Это наблюдается, если велика ширина глаза или хрусталик слишком выпуклый ( имеет большую кривизну). В этом случае четкое изображение предмета формируется не на сетчатке, а перед ней. Этот недостаток (дефект) зрения называется близорукостью.

Другие люди хорошо видят далекие предметы, но не могут различить те, что находятся вблизи. У них в расслабленном состоянии четкое изображение удаленных предметов получается за сетчаткой. В результате изображение предмет "расплывается". Это возможно, когда ширина глаза недостаточно большая или хрусталик глаза плоский, тогда человек видит удаленные предметы четко, а близкие плохо. Этот недостаток зрения называется дальнозоркостью.