по курсу «Квантовая радиофизика»

РЕФЕРАТ

«КОЛОРИМЕТРИЯ - НОВАЯ ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ГОЛОГРАФИИ»

Подготовил:

Москва 2005

Одним из направлений оптико-физических измерений, имеющих существенное практическое значение, является колориметрия. Решаемые ею задачи можно условно разделить на два основных класса.

1. Измерение цветовых характеристик источников излучения, материалов, изделий.

2. Воспроизводство требуемого цвета в виде цветовых атласов, цветовых образцов и т.д.

Покажем, что при решении второго класса задач целесообразно применение радужной голографии, которая из всех известных способов получения голограмм. обеспечивающих при их восстановлении наблюдение многоцветных изображений с распределением цветов, соответствующих объекту записи, получила наибольшее практическое распространение.

Еще в первых работах по развитию радужной голографии было предложено получать цветные восстановленные изображения многоцветных объектов, освещая белым светом голограмму, на которой последовательно зарегистрированы волновые фронты от черно-белых цветоделенных позитивов с помощью монохроматического излучения одного и того же лазера. При этом различие по цвету закодировано периодом несущей пространственной частоты голограммы и расстоянием объект-голограмма. Восстановленное в белом свете изображение составлено из цветоделенных изображений, визуально воспринимается как одно целое, причем, цвет восстановленного изображения изменяется при смешении глаз наблюдателя в вертикальном направлении, что можно рассматривать как принципиальную

возможность управления цветом восстановленного изображения. Если несколько изменить схему записи голограммы, а также осуществить пространственную фильтрацию временного спектра восстановленного изображения для стабилизации цвета последнего, то выявляется возможность в синтезировании практически любого цветового стимула. Это происходит преобразованием отношений амплитудных пропусканий черно-белых транспарантов в отношение интенсивностей основных монохроматических (спектральных) компонентов, синтезирующих требуемый цветовой стимул.

Указанная возможность радужной голографии с успехом может быть применена в колориметрии, которая, несмотря на все возрастающую значимость, до сих пор слабо обеспечена в аппаратурном и метрологическом отношении. Таким образом, если ввести цифровые значения на оптическое пропускание участков черно-белых транспарантов при записи голограммы и, тем самым, учитывать степень снижения интенсивности основных монохроматических цветовых компонентов, то можно, исходя из предварительных расчетов, синтезировать практически любой требуемый цветовой стимул из цветового треугольника системы МКО.

Для примера рассмотрим задачу получения образцов чистых пурпурных цветов. Как известно, чистые пурпурные цвета можно получить, смешивая в разных пропорциях излучения с длинами волн λk=700 нм и λс=400 нм, то есть для получения образцов чистых пурпурных цветов нужна разновеликая смесь только двух основных монохроматических компонентов - излучений с красным и синим цветовыми стимулами. Для записи такой голограммы достаточно двух экспозиций, например, в излучении гелий-неонового лазера. Схема записи голограммы показана на рис.1. Освещенная линия 1, сформированная лазерным источником и цилиндрической оптикой (на схеме не указана), на матовом стекле 2 отображается в положение 3 линзой 4, обладащей небольшим диаметром. Вблизи линзы 4 находится транспарант 5, представляющий собой непрозрачный экран, в который вмонтированы полутоновые черно-белые квадраты. Пропускание квадратов транспаранта последовательно и дискретно изменяется от максимального, принятого за 100% (сквозное отверстие) до нулевого (непрозрачный участок). Между экспозициями первоначальный транспарант заменяется на другой, пропускание полутоновых квадратов которого изменяется, в отличие от первого транспаранта, от нулевого до максимального так, чтобы для любой пары квадратов, совпадающих по положению перпендикулярно оптической оси, значение суммы величин пропускания составляло 100% (это требование необходимо для сохранения непрерывно изменяющейся пропорции между синим и красным компонентами на каждой точке линии пурпурных цветов цветового треугольника системы МКО).

Рис.1. Схема записи голограммы.

Между экспозициями, как уже говорилось, изменяется расстояние транспорант-голограмма как отношение λc/λk и угол между объектный и опорным волновыми фронтами изменятся так, чтобы при восстановлении в белом свете изображения, восстановленные излучениями с длинами волн 700 и 400 нм, распространялись по одному направлению. При выполнении этих условий изображения, восстановленные излучением с названными длинами волн, совпадают, образуя в соот-

ветствии с графиком цветности МКО образцы чистых пурпурных цветов. Схема восстановления изображения показана на рис.2. Голограмма 6 освещается белым светом в направлении, противоположном распространению опорного волнового фронта 7 при записи голограммы. Это условие позволяет восстановить действительное изображение и просто осуществить операцию фильтрации. Согласно схеме восстановления в плоскости непрозрачного экрана 9 со щелью 10 образуется изображение освещенной линии 1. Но поскольку за-

Рис.2. Схема восстановления голограммы.

пись голограммы происходила монохроматическим источником света, а восстановление - источником белого света, то будет происходить спектральное размытие света перпендикулярно линии, ограничивающей при записи спектр объектных пространственных частот.

Таким образом, в плоскости непрозрачного экрана образуются два частично наложенных друг на друга спектра (радуги), в которых совпадают и выделяются щелью 10 участков спектра, соответствующих длинам волн 700 нм и 400 нм. Подобное совпадение позволяет получить в восстановленном изображении искомые образцы чистых пурпурных цветов, наблюдаемых на матовом стекле 11 в виде цветных квадратов, расположенных подобно полутоновым черно-белым квадратам на непрозрачном экране 5 при записи голограммы. Если заменить дискретно изменяющиеся по пропусканию полутоновые черно-белые квадраты непрерывным полутоновым клином с линейным изменением пропускания, то можно получить при восстановлении всю гамму цветов, лежащих на линии пурпурных цветов цветового треугольника системы MКO.

Таким образом, можно синтезировать практически любой цветовой стимул, но в большинстве случаев для этого требуются три основные спектральные компоненты. Из этого следует, что для получения требуемой голограммы необходимо зарегистрировать на ней уже три волновых фронта, что, в свою очередь, требует проведения трех экспозиций и трех наборов полутоновых транспарантов с соответствующими значениями пропускания черно-белых участков.

Вышеуказанная возможность в радужной голографии по синтезации цвета с практически любым требуемым значением цветового стимула может использоваться для создания сравнительно простым способом стандартных образцов цвета высокого качества и с известными параметрами. Такие образцы способны храниться длительное время и в отличие от получаемых полиграфическим способом не подвержены выцветанию.