Галина Васильевна Жусь доцент кафедры физики проводит занятия со школьниками и студентами по когерентной оптике.

Наука вскрывает всеобщие, «надчеловеческие» закономерности. Искусство изучает человека, познает человеческое в предметах и явлениях, с которыми человек связан, в том числе и в самой науке. Наука без искусства — это холодный и нередко враждебный человеку феномен, вместе же они — великая песнь во славу человека. Чтобы проникнуть в сущность вещей, необходимо создать в своем воображении адекватную модель мира, того самого видимого мира, о котором мы столько говорили. И без искусства тут многого не добьешься.

В. Е. Демидов Как мы видим то, что видим

Как программист, вы, вероятно, без особого труда освоили бы умклайдет электронного уровня, так называемый УЭУ–17… Но квантовый умклайдет… Гиперполя… трансгрессивные воплощения… Обобщенный закон Ломоносова – Лавуазье…

А. Стругацкий, Б. Стругацкий. Понедельник начинается в субботу

Слово «ЛАЗЕР» является аббревиатурой английского выражения «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation» – «Усиление света в результате вынужденного излучения».

Лазер излучает когерентный (строго согласованный в пространстве и времени), монохроматичный и поляризованный луч. Принцип действия лазера можно описать только с помощью теории квантовой механики, но он достаточно прост и для популярного объяснения.

В отличие от звуковых,, электромагнитные волны поперечные и имеют более сложную структуру. Они представляют собой синхронные гармонические колебания магнитного и электрического полей в плоскостях, перпендикулярных направлению распространения волны со скоростью света (С).

Лабораторный интерферометр Фабри-Перо.

Для точных измерений длины волны нужно воспользоваться лабораторным интерферометром ИТ – 28-30 с высоким разрешением. Кроме этого потребуются:

1. Микроамперметр.

2. Цифровой фотоаппарат на штативе.

3. Виброизолированный стол для голографии.

Методика измерений.

Большинство полупроводниковых лазеров красного излучения имеет длину когерентности порядка 1 – 5 мм. Но для некоторых лазерных диодов можно подобрать значения тока питания и температуры, при которых возникнут условия одночастотной генерации, а длина когерентности может достигать десятков сантиметров. Интерферометр Фабри – Перо – наиболее удобное устройство для настройки полупроводниковых лазеров в любительских условиях. Он позволит по картине интерференции засечь одночастотный режим лазера непосредственно на рабочей позиции.

Измерения с помощью интерферометра Фабри-Перо.

Конструкция ИФП.

Интерферометр Фабри−Перо (или, как его еще называют, эталон Фабри−Перо) представляет собой плоскопараллельный слой из оптически однородного прозрачного материала, ограниченный отражающими плоскостями. Наиболее широко применяемый ИФП состоит из двух клиновидных стеклянных или кварцевых пластинок (рис. 1).

– Алексей, у тебя лазер свободный есть? Ну, давай хоть газовый…

А. Стругацкий, Б. Стругацкий.

Понедельник начинается в субботу

Голограмма – это маленькое чудо! Она способна восхищать своим чарующим блеском и тайной спрятанного в двумерную плоскость третьего измерения. Мы уверены, что кое-кто из вас уже загорелся желанием попробовать сотворить это чудо.

Актуальность исследования заключается в том, что существует идея вместо дорогих промышленных лазеров использовать лазерные диоды из DVD – привода для изучения явлений волновой и когерентной оптики в условиях школьной лаборатории.

Цель исследования – найти и реализовать условия устойчивой и стабильной генерации лазерного диода в одночастотном режиме для использования в голографических экспериментах.

Задачи:

1. Исследовать когерентные свойства излучения лазерного диода с мощностью излучения 40-120 мВт в зависимости от режимов его работы;

2. Измерить длину волны лазера и длину когерентности его излучения;

3. Найти условия устойчивой и стабильной генерации лазера в одночастотном режиме;

4. Разработать методику настройки режимов лазерного диода в устойчивом одночастотном режиме;

5. Сконструировать и изготовить экспериментальную голографическую установку на базе лазерного диода;

6. Изготовить с использованием лазерного диода в качестве источника когерентного излучения голограммы.

Объект исследования – полупроводниковый лазерный диод.

Предмет исследования – когерентные свойства лазерного диода.

Гипотеза исследования:

Для использовании лазерного диода в голографии следует обеспечить ему режим одночастотной генерации. Для этого надо найти оптимальный диапазон питающего тока и температуры. Большинство полупроводниковых лазеров красного излучения имеет длину когерентности порядка 3 – 5 мм. Но для некоторых лазерных диодов можно подобрать значения тока питания и температуры, при которых возникают условия одночастотной генерации, а длина когерентности может достигать десятков сантиметров.[1]

Дорогие друзья, предлагаю вам самостоятельно попробовать развить тему принципов машинного зрения на основе изложенной гипотезы в своем школьном проекте.

Стереоэффект ощущается наиболее ярко, когда в сцене зритель видит мельчайшие детали фактуры и широкий диапазон яркостей. Особенно это актуально для цветного изображения. При записи голографической 3D стереограммы весьма важно, что бы все детали оказались в области резко передаваемого пространства. Очень часто при съемке глубокой сцены передний или задний планы оказываются не достаточно резкими. Это обстоятельство значительно ухудшает качество стерео восприятия.

Увиденная впервые голограмма завораживает, но я полагаю, что физическое объяснение того, как она работает, производит не меньшее впечатление.

М. Уиньон. Знакомство с голографией

Все мы понимаем, что рано или поздно кремниевая технология, используемая сегодня для создания процессоров, достигнет своего предела. Это как с нефтью – рано или поздно она закончится – вот поэтому уже сейчас начинают разрабатывать альтернативные энергетические технологии! Точно такая же ситуация сложилась и в мире информационных технологий – кремниевой технике начинают искать замену. Бегущие по проводникам, как танки, электроны довольно непрактичны – как минимум теряется значительная часть их энергии, выделяясь в виде тепла и электромагнитного излучения, хотя это не единственный минус. Причем на рассмотрение предлагаются абсолютно разные варианты замены – от биокомпьютера до оптических процессоров. Стоп! А что это такое? Вряд ли у каждого из нас на столе, скажем, через десять лет будет стоять компьютер из бактерий, а вот то, что в компьютере будущего будет установлен оптический процессор – вполне реально. Сегодня мы поговорим об этом чуде рук человеческих.

Рассмотрим преимущества оптической технологии:

· Можно параллельно передавать двумерные массивы за один световой импульс.

· Возможность использования совершенно разных сред передачи, хранения и обработки информации.

· Обработка информации возможна во время ее передачи через оптическую систему, которая представляет собой вычислительную среду. Представляете, вы отправили картинку для ее обработки – она будет обработана почти мгновенно, потому что она обрабатывается по мере ее прохождения через оптическую систему.

· Информация, которая закодирована оптическим лучом, может передаваться со скоростью света без выделения большого количества энергии на логических элементах! Это действительно хорошо – ведь чем меньше затраты энергии, тем лучше.

Существует очень интересный метод записи мультиплексных голограмм, состоящих из миниатюрных элементов, которые называют голопикселями. 

Голопиксели – это крохотные фурье–образы ракурсов синтезированной голограммы, полученные из кадров многоракурсной съемки трехмерной сцены. Метод основан на том же принципе, что и интегральная фотография Липпмана. Элементы оптического растра Липпмана заменяются миниатюрными голограммами диаметром 0,5 мм, имитирующими работу фотографического линзового растра.

Из всех органов чувств человека глаз всегда признавался наилучшим даром и чудеснейшим произведением творческой силы природы.
Г. Гельмгольц:

С современным научным представлением о природе зрения, доступным для широкой аудитории, можно познакомиться в книгах, известных в научном мире Д. Хьюбела и Д. Марра, изданных на русском языке в конце восьмидесятых годов прошлого века.