ГОЛОГРАФИЯ, о п т и к а л ы қ (грекше «һолос – түгел, толық» + «графия – жазамын») – ғылыми-техникалық толқындық өрістерді жазу, қайтадан жаңғыртып көрсету және түрлендірумен және осылардың негізінде голографиялық құрылғылар жасаумен айналысатын бағыт. Голографиялық әдістер әр қилы физикалық табиғатты [мысалы, электрмагниттік (көрінетін, инфрақызыл, радио және басқа диапазонды) акустикалық, электрондық толқындық өрістерді, радиоголографиялық, т.б.] толқындық өрістерді жазып алуға, қайтадан көрсетуге және түрлендіруге мүмкіндік береді. Оптикалық голография нысан шашыратқан толқындық өрісті жазу және көрсету тәсілімен нысанның (объектінің) көлемді кескінін шығару үшін жарық сәуленің интерференциясын пайдалануға негізделген. Нысанды жарық сәуле көзімен (заттық
толқын деп аталған толқынмен) және онымен когерентті толқынмен (тірек толқын деп аталған толқынмен) сәулелендірген кезде нысаннан шағылған толқыннан пайда болған интерференциялық кескін суретті тіркеу арқылы нысанның толқындық өрісін жазу іске асырылады. Нысанның толқындық өрісін қайта жаңғырту жарық сәуле сезгіш материал тіркеген интерференциялық кескін суретке тірек толқынның дифракциясы арқылы жүзеге асырылады.
Голография алғашында электрондық микроскопты кемелдендіру тұрғы- сында болжанған идея болды. Оған монохроматты өте күшті жарық көзі қажет еді. Сол себепті ол іс жүзінде бірден қолдау таппады. Лазердің пайда болуына байланысты голографияны физикада, оптикада, радиотехникада,
1-сызба. Голограмма алу (а) және толқын ше- бін қалпына келтіру (б) сұлбасы. Үзік сызықпен айналар көрсетілген.
т.б. техника салаларында кеңінен пайдалануға мүмкіндік туды. Нысанның кәдімгі фотографиялық кескінін шығару жарықтың сфералық толқын шебінің жан-жаққа таралуына негізделген. Әр нүктенің жарық сәулелерін шағылдыру ерекшеліктері әртүрлі, сондықтан жарық сезгіш қабатқа түсетін сәуленің қарқындылығы да түрліше. Көлемдік денелерден шағылған жарық фотопластинкаға жазық кескін болып түсірілгенімен, оның сапасы төмен, сурет нысанға дәл үйлесімді болмайды. Оған себеп, фотопластинкаға тек шағылған сәуле қарқындылығы, яғни электрмагниттік толқындрдың амплитудасы ғана әсер етеді. Шағылдырушы беттің қасиеттеріне сәйкес жарық толқынының амплитудасы мен фазасы өзгереді. Егер кәдімгі фотографияда денеден шағылып шашыраған сәуле толқындарының амплитудасы ғана пайдаланылса, голографияда оған қоса толқындардың фазалық өзгерісі де тіркеледі. Сол себепті фотопластинкаға нысаннан шағылған фазасы мен амплитудасы өзгерген сәуле (сигналдық толқын) түсіруге қоса оған фазасы мен амплитудасы тұрақты лазерлік сәуле (тірек толқын) түсіріледі (1-сұлба). Сигналдық толқын мен тірек толқынның өзараәсерлесуінен фотопластинкада 219 интерференциялық бейне сурет пайда болады. Өңделген фотопластинка голограмма деп аталған. Қарапайым жағдайда, (мысалы, сызықты дене) голограмма күңгірт (көмескі) және жарық жолақтардан түзіледі. Нысанның сырт пішіні күрделі болса, голограммадағы интерференциялық сурет те күрделенеді. Голограммаға жазылған нысандарды жай көзбен не микроскоппен ажырату мүмкін емес. Дене кеңістіктегі кескінін қайтадан жаңғыртып шығару үшін голограммаға диапозитив секілді тірек сәуле түсірілуі қажет. Бұл сәуленің толқындық сипаттамалары голограмма түсірілген сәуленің қасиеттерімен бірдей болуы шарт. Дененің кескіні жарықтандыратын сәулеге белгілі бір бұрышпен көрінеді (2-сұлба). Ол кескінге кез келген бағытта қарауға болады. Бақылаушы адам дененің кеңістіктегі кескінін байқайды. Егер суретке түсірер мезетте денелердің біреуі екіншісін қалқалаған болса, онда голограммаға өзгедей бір бұрышпен қарап, әлгі қалқаланып көрінбей
қалған дененің кескінін байқауға болады.
Голографияның басқадай өзіне тән ерекшелігі – кескін голограмманың әрбір нүктесіне түгелдей жазылады (түсіріледі). Мысалы, тұтас голограмманы бірнешеге бөліп, әрқайсысын жеке-жеке тірек толқынмен сәулелен- дірсе, әр бөлік голограммадағы бү- тін суретті көрсетеді. Оған себеп, го- лограмманың әр нүктесіне нысанның бүкіл нүктесінен шағылған толқындар әсер етеді. Голографияның екінші бір ерекшелігі – нысанның тек позитив- тік кескіні ғана шығады. Егер голограмма жанаспа әдісі бойынша басқа фотопластинкаға көшірілсе, оны сәулелендіргенде бастапқы го- лограммадағыдан өзгеріссіз кескін пайда болады. Фотопластинкаға бір- неше нысанның суретін бірінен соң бірін түсіріп, олардың әрқайсысын бір-біріне кедергісіз жекелей кескін- деу голографияны келешекте кине-
2-сызба. Әртүрлі голограммалар сұлбалары: а – фокусталған кескін шығару; б – Фраун- гофер голограммасы; в – Френель голограм- масы; г – Фурье голограммасы. 1 – зат; 2 – фотопластинка; Л – линза; f – линзаның фокус қашықтығы.
Голография жарықтың толқындық шебін түрлендіруге негізделген. Жарқырайтын нүкте сфералық толқын тудырады (А), заттың беті күрделі пішінді (Б) толқындық шеп шығарады. Бір көзден таралатын екі жазық толқын фотопластинкаға түскенде қара және ақ жолақтардан (В) түзілген кәдімгі интерференциялық сурет түсіреді – осы сурет қарапайым голограмма болады. Жазық және күрделі толқындар (Г) интерференцияланған кезде әлгі сурет өзгеше болып байқалады.
матографияда қолдануға мүмкіндік тұғызады.
Сәулелендіруші тірек толқынның ұзындығын өзгерту арқылы голограм- малық кескіндердің пайда болу қа- шықтықтарын өзгертуге болады. Бұл ерекшелік – радиотолқын, инфрақызыл, ультракүлгін және рентген сәулелері арқылы жазылып алынған голограммалық суретті көрінетін кескінге айналдыруға мүмкіндік беретін бірден-бір тәсіл. Голограмманы сәулелендіру кезінде толқынның тек ұзындығы ғана емес, толқын шебін де өзгертуге болады. Мысалы, голограммаға сфералық шашыранды толқын түсіріп, нысанның ұлғайтылған кескінін шығаруға болады. Голографиялық микроскоп осы қаси- етке негізделіп жасалған. Бұл микроскоп арқылы (ұлғайту коэффициенті 107 – 108 мөлшерінде) тірі организмдердің, заттардың ішкі құрылымын зерттеу мүмкіндігі бар.
1948 жылы ағылшын физигі Деннис Габор (1900 – 1979) голографияның не- гізін қалап ең алғашқы голограмманы да ойлап тапқан болатын. 1962 – 63 жылдары американ физиктері Э.Лейт пен Ю.Упатниекс жарық сәуле көзі ретінде лазерді қолданып, көлбеу тірек ағынды голографиялық сұлба жасаған. Орыс физигі Юрий Денисюк (1927 – 2006) үш қабатты көлемдік (үш өлшемді ортаға жазылған) голограмма шығарған. Голографиялық әдістер акустикалық өріс- терді (голография акустикалық) және электрмагниттік өрістерді (радиодиапазон- дағы) көрінетін кескіндерге айналдыру үшін де пайдаланылуда.
Голографиялық әдіс тек қана электрмагниттік сәулелерге ғана емес, дыбыстық толқындарға да тән қасиет. Мысалы, жарық сәуле өтпейтін сұйық ішіндегі көзден таса дененің голографиялық кескінін анықтауға болады. Ол үшін денеге дыбыс генераторларымен әсер етіледі. Сонда сұйық бетінде дыбыстық голограмма пайда болады. Оны көру үшін лазермен сәулелендіру қажет. Тірі организмдердің ішкі құрылымдарын зерттеуде дыбыстық голограмма арқылы көрудің маңызы 221 өте зор. Голографияны белгілі бір затты не оның бөліктерін голограммалары бойынша басқа денелердің арасынан дәл «іздеп» табу үшін қолдануға болады. Бұл әдіс криминалистикада (мысалы, қылмыскердің саусақ таңбаларын басқалардан ажыратуға), өшірілген әріптерді, сөздерді, суреттерді айқындауға, т.б. қолданылады.