Звуковые волны

В 1947 г. английский физик Дэннис Габор предло­жил инте­ресный способ устра­нения абер­рации1 в электрон­ных мик­роскопах. Он предло­жил преоб­разовывать элек­тронную волну в световую, устра­нять хорошо из­вест­ную оптиче­скую аберрацию, а по­том снова преобразовывать эту волну в элек­тронную и, уже очищенную от аберрации, ис­пользовать в дальнейшем. Од­нако чтобы «под­лечить» све­товую волну следует её каким-то образом зафиксировать, и обычная фотогра­фия для этой цели не подойдёт. Когда мы смот­рим на фотогра­фический, снимок все предметы изобра­жённые на нём кажутся нам плоскими. Что особенно выра­жено при косом рассматри­ва­нии снимка. Дело в том, что фотогра­фия даёт нам ин­фор­мацию только об амплитуде све­товой волны, из­лучаемой предме­том, но абсо­лютно ни­чего не говорит о её фазе. Другими словами плёнка фик­сирует только ин­тенсив­ность падающего на неё света, то есть те предметы, которые при съёмке были ос­вещены силь­нее, получились ярче и на фо­тографии. Однако уловить фазу, то есть оп­ределить на­сколько одна волна пришла позже другой, ни один прибор не в состоянии. Дело в том, что частота види­мого света равна 4·1014 — 7,5·1014 Гц и по­этому фазу этой волны пред­став­ляет довольно боль­шие трудно­сти. Однако всем известна картина ин­терферен­ции света с чередую­щимися чёрными и белыми поло­сами. Причём, как из­вестно, чёр­ные полосы это те области, где волны, прошед­шие через щели, со­шлись в противо­фазе, то есть со сдви­гом фаз в 180о, а белые об­ласти там – где волны попали в фазу, то есть со сдвигом фаз в 0о. Ос­тальные уча­стки серого цвета соответствуют промежуточным случаям, ко­гда сдвиг фаз больше или меньше 180о.

Таким об­разом, на этом ри­сунке смогла запе­чат­леться инфор­мация и о фазе световой волны и об её ам­плитуде, но только это картина сум­мар­ной волны, полу­чившейся в ре­зультате интерфе­ренции, и как бы находящаяся в «за­шифрованном» состоянии.

Итак, Лондон, 1947г. Габор пытается поймать световую волну. Для этого он берёт полупро­зрачный кубик и освещает его ру­ной лампой2, кото­рая тогда была наилучшим источ­ником световых волн постоянной длины. Таким образом волна от лампы (А1) попала на кубик, и появилась отражённая волна (А2), которая, сложившись с волной А1, образовала новую суммарную световую волну:

А3 = А1+ А2

На пути волны А3 Габор поставил очень чувствительную фотопластинку. В результате на ней зафиксировалась интерференционная картина — перемежающиеся белые и чёрные полосы.

Итак, Габору удалось «заморозить» световую волну, испускаемую кубиком. Но вместе с ней на фотопластинке зафиксировалась и «побочная» полна от лампы. Поэтому перед учёным встал нелёгкий вопрос: как же из этой «смеси» добыть изначальную волну (А2)?

Чтобы понять смысл метода, предложенного Габором, достаточно представить искомую волну, как производную:

А2 = А3 – А1

Где “ – А1” говорит о том, что свет от лампы идёт в обратном направлении, таким образом погашая «лишнюю» волну на фотопластинке и оставляя только волну, отражённую кубиком (А2).

Если посмотреть на такую восстановленную волну, то можно увидеть сфотографированный предмет, который словно парит в воздухе.

1 Аберрация (от лат. Aberratio - уклонение) - буквально отклонение от нормы. В электронных линзах это искажение изображения из-за немоноэнергеичности пучка электронов.

2 Ртутная лампа ­— газоразрядный источник света, работающий на ртутных парах, в которых при электрических разрядах возникает главным образом ультрафиолетовый и видимый свет.