Qabul qildi: Bajardi: Abdusamatova Sh

Asosiy qism
Golografiyaning nazariy asoslari. Interferometriya va diffraksiya. Elektromagnit maydonlar va nurlar interferentsion figurasi. Golofoilni va uning optik xossalari. Referens va ob'ektni yoritish
Kogerent nurlar dastalarining difraksiya va interferensiya hodisalariga asoslanib yorug‘lik to‘lqinlarining strukturasini yozib olish va uni (asl) o‘z holiga qayta tiklash usuliga golografiya deyiladi.
Golografiya degan ibora grekcha «holo» «to‘liq» va «graph» «yozaman» so‘zlaridan tashkil topgan bo‘lib, u buyumlarni tashqi ko‘rinishini «yozib olish»ning maxsus usulini anglatadi. Bu usul 1947 yilda ingliz fizigi D.Gabor tomonidan kashf qilingan. (1971 yilda Nobel mukofotiga sazovor bo‘lgan). Golografiyaning mohiyati buyumdan kelayotgan (qaytish yoxud sinish tufayli) nurlanishning to‘lqin frontini fotoplastinkaga qayd qilish (yozib olish), so‘ng buyumning tasvirini vujudga keltirish maqsadida bu frontni tiklashdan iborat (1-rasm).
Golografiyaning fotografiyadan farqi, fotografiyada yoritilgan obektning ayrim nuqtalaridan qaytgan nurlar fotoplastinka yoxud fotoplyonka tekisligining ayrim nuqtalariga ob’ektiv yordamida fokuslanadi. Bunda buyum barcha qismlarining tasvirlari ravshan bo‘lavermaydi. Fotoapparat biror tekislikka ravshan qilib moslangan bo‘lsa, buyumning shu tekislikda yotuvchi nuqtalarining tasvirlari ravshan bo‘lib chiqadi. Buyumning bu tekislikdan beriroqdagi yoki nariroqdagi qismlarining tasvirlari esa unchalik aniq bo‘lmaydi. Masalan, bino oldida turgan odamning fotografik tasvirida odam gavdasi berkitib turgan bino qismini fotografiyaga turlicha vaziyatlardan qaragan bilan bari bir ko‘rib bo‘lmaydi. Bundan tashqari binoni odamdan qanchalik uzoqda joylashganligini ham aniqlab bo‘lmaydi. Bino va odamning tasvirlari bir tekislikda ko‘rinadi. Lekin fotografiyaga qarab biz jismlarning fazodagi joylashuvi to‘g‘risida tasoavvur hosil qilamiz. Buning sababi - inson miyasi hajmiy buyumlarni ularning yassi tasvirlariga qarab bilib olishga o‘rganib qolganligidir.
Fotografiyada tasvirlarning yassilik harakteri quyidagicha tushuntiriladi: fotoplastinkada buyumning ayrim nuqtalaridan qaytgan nurlarning nisbiy intensivliklari qayd qilinadi, xolos. Bu nurlar fazalari orasidagi munosabatni fotoplastinkaning qorayishiga hech qanday ta’siri yo‘q. Vaholanki, fazalar orasidagi munosabat buyumning ayrim nuqtalarini fotoplastinkadan uzoqliklariga bog‘liqdir.
Demak, buyumdan qaytgan nurlarning faqat amplitudalarinigina emas, balki fazalarini ham fotoplastinkada qayd qilish usulini topish lozim. Bu usul golografiyadir. Golografiya to‘lqin optikaning asosiy qonunlari - interferensiya va difraksiya qonunlaridan foydalanish asosida vujudga keldi. Fotografiya jismlarning faqat ikki o‘lchamli (yassi) tasvirini bersa, golografiya hajmiy (uch o‘lchamli) tasvirini interferension manzarasini beradi.
Gologramma jismlardan sochilgan kogerent nurlar bilan tayanch to‘lqinlar qo‘shilishidan hosil bo‘ladi. Gologramma (hajmiy tasvir) nur tarqalish yo‘nalishi, fazasi, amplitudasi to‘lqin uzunligi haqida informatsiya beradi. Gologrammani qayta tiklash uchun yana tayanch to‘lqinlariga mos nurlar bilan yoritish lozim, bu holda difraksiyalanuvchi nurlar paydo bo‘lib, bizga jismdan sochilgan nurlar nusxasini beradi va kuzatuvchi bu jismning o‘zini ko‘rayotgandek bo‘ladi (1-rasm).
Gologramma olish chizmasi
Lazer nuri L linza yordamida kengaytirilib A obekt va uning yonidagi K ko‘zguga yuboriladi. Kuzgudan va buyumdan qaytgan to‘lqin kogerent to‘lqinlar uchrashib fotoplyonkada gologrammani beradi. Fazoning katta hajmida interferensiya manzarasi bo‘lishi uchun jismni faqat kogerent dastalar bilangina yoritish kerak. Shuning uchun golografiya 1960 yillarda yuqori kogerentlikdagi yorug‘lik manbalari – lazerlar paydo bo‘lishi bilangina rivojlana boshladi. 1947 yilda D.Gabor tasvirlarni hosil qilishning golografik usulini taklif qilganda u haqda bir necha mutaxassislargina bilar edilar. Hozir golografiya – optikaning eng muhim sohalaridan biridir.
Gologrammalarni olishning turli usullari mavjud. Y.N.Denisyuk eng ajoyib usullardan birini taklif qildi. Gologramma shunday qalin qatlam emulsiyali fotoplastinkaga yoziladiki, qatlamning qalinligi yorug‘lik to‘lqini uzunligidan ancha katta bo‘ladi. Jismdan qaytgan va asosiy dastalarning interferensiya manzarasi emulsiya qalinligida sodir bo‘ladi. Ko‘p muzeylarda xuddi shunday gologrammalar qo‘yilgan. Ularda jismning tasvirini tiklash uchun oddiy yoritgich yoki quyosh nurining o‘zi yetarlidir. Bunday gologrammaning strukturasi to‘lqin frontini tiklash uchun zarur bo‘lgan nurlarni o‘zi tanlab oladi.
Gologrammalar faqatgina jismlarning obrazini yaratish uchungina qo‘llanilmaydi. Ular nihoyatda ulkan miqdordagi ma’lumotlarni yozib olishga yordam beradi, ularni optik sistemalarning aberratsiyalarini (tasvirning buzilishlarini) to‘g‘rilashda, mashinalarning vibratsiyalarini nazorat qilishda ham ishlatish mumkin.
Golografiyaning fizik prinsiplarini bayon qilishni tugallayotib, kuzatilayotgan buyum haqida elektromagnit maydon eltadigan informatsiyani qayd qilishning bu usuli asosida yotgan mulohazalarni yana bir marta bayon qilib o’tamiz. Bizni amplituda va fazalarning bu maydondagi taqsimoti o’z ichiga olgan informatsiya qiziqtiradi. Buyum to'lqinining maydoni bilan unga kogerent bo’lgan tayanch to’lqinning maydoni superpozitsiyasidan vujudga kelgan maxsus interferension manzarada intensivlik taqsimoti fotosuratga olish o’rganilayotgan to’lqin maydoni eltadigan to’la informatsiyani qayd qilishga imkon beradi. Gologramma fotoqatlamidagi qorayishlar taqsimotida yorug’likning keyingi defraksiyasi buyumning to’lqin maydonini tiklaydi va kuzatilayotgan buyum yo’q bo’lganida shu maydonni o’rganish imkonini beradi. Endi golografiyaning ba’zi amaliy qo’llanishlarini ko’rib chiqamiz.
Buyum haqida gologrammada qayd qilingan mustaqil ma’lumotlar sonini quyidagi mulohazalar yordamida taxmiman baholash mumkin. Buyumning mustaqil elementi , uning “ elementar yacheykasi” deb ajrata olinadigan eng kichik intervalga teng bo’lgan o’lchamli yuzacha sohasida o’zgaradigan bo’lsa , gologramma o’zgarishlarni o’zida aks ettira olmaydi va bu xossalarni tavsiflaydigan parametrlarning qandaydir o’rtacha qiymatinigina qayd qiladi. Aksincha, masofalar ajrata olish intervelidan katta bo’lgan hollarda buyum xossalarining biror farqini aniqlay olamiz. Aslida bu fikrni ajrata olish tushunchasining umumiy ta’rifi deb, ajrata olish shartini esa ajrata olish qobiliyatining miqdoriy o’lchovi deb hisoblash mumkin.
Uchi buyumda bo’lib ,gologramma tekisligida buyumga tiralgan fazoviy burchakni Ω bilan belgilaymiz. Buyumning mustaqil elementiga mos kelgan fazoviy burchakning ga tengligiravshan. Shuning uchun Ω fazoviy burchak ichida joylashgan mustaqil elementlar soni bilan ifoda qilinadi. Ikkinchi tomondan, ning qiymati gologrammaning D o’lchamlariga munosabat orqali bog’langan ; biz bu munosabatdan ni topamiz. Bundan keyingi hisoblashlarda Ω=1 deb faraz qilamiz,bu esa buyumning burchakli o’lchamlari 60⁰ga yaqin ekanini bildiradi.
Bu holda
(3)
Shunday qilib, buyum haqidagi gologrammada qayd qilingan mustaqil ma’lumotlar soni to’lqin uzunlik kvadratiga teskari proportsional va gologramma yuziga ( ) proporsional bo’ladi. Binobarin, gologrammaning 1sm2 yuzasida buyum haqida
(4)
mustaqil ma’lumot qayd qilinadi.
N va N1 ning (3), (4) ifodalarini birmuncha boshqacha mulohazalar asosida keltirib chiqarish mumkin. Masalan N soni gologrammaning chiziqli o’lchamining interferension manzarasidagi minimal davrga nisbatining kvadratiga teng, ya’ni deb olish mumkin. Ammo bo’lgani sababli biz yana (3) ifodani hosil qilamiz( bu yerda 2 buyumning burchakli o’lchamlari).
λ=0.63* sm bo’lsin; u holda gologrammaning 1 sm2 sirtida N=2.5* mustaqil ma’lumot bo’ladi, 5X8 sm2 o’lchamli gologrammada taxminan N= ta ma’lumot bo’ladi.Ravshanki bu fantastik ma’lumotlarning hammasi ham bir xil qadr-qimmatga ega bo’lavermaydi va N ning bunday qiymatiga hamma vaqt ham ehtiyoj bo’lavermaydi. Masalan shaxmat taxtasida 32 dona vaziyatni qayd qilish kerak bo’lsa, u holda yuzi 32*10 bo’lgan gologramma o’n karrali zapas bilan yetarli bo’ladi.
Gologramma qayd qiladigan ko’p mustaqil ma’lumotlar gologramma strukturasining favqulotta murakkab bo’lishidan bilinadi. Ammo gologramma strukturasi tasodifiyligi haqida xulosa albatta subyektiv bo’lib, bu subyektiv xulosa ko’rish apparatining gologrammadan, unda murakkab shaklli buyum haqida to’plangan tamomila muntazam va qonuniy ma’lumotni ajratishga noqobil ekanligi bilan ham bog’liq bo’ladi.. Bunga qarama-qarshi ravishda sferik to’lqin gologrammasining halqali strukturasida ko’z birinchi qarashdayoq umumiy qonuniyatni payqab oladi va bunday gologramma to’g’ri shaklda ko’rinadi. Ammo gap birinchi tajribada to’lqinning sferikligini qayd qilish to’g’risida emas, balki uning egrilik radiusini aniq o’lchash haqida yoki to’lqin frontining sferik shakldan oz chekinishlarini o’rganish haqida ketsa, u holda ham tegishli xulosa chiqarish qiyinlashishi, buning uchun ko’p ma’lumot talab qilinishi mumkin.
Sferik to’lqin misolida manba haqida gologramma qayd qilgan ma’lumotlarni gologrammaning o’zini bevosita ishlash, ya’ni halqalar radiusini o’lchash yo’li bilan olish mumkin. Murakkabroq hollarda, masalan, shahmat donalarining gologrammasida bunga urinish muvaffaqiyatsizlik bilan tugaydi.
Shu nuqtayi nazardan tasvirning qayta tiklanishi ma’lumotlarni bir shakldan boshqa shaklga, ya’ni his etish uchun va o’zlashtirilgan ma’lumotlar asosida biror xulosani tariflash uchun qulay bo’lgan shaklga avtomatik almashtirish deb qarash mumkin. Ayni vaqtda huddi shunday almashtirish informatsiyani optik jihatdan ishlashning ko’p metodlari mazmunini tashkil qiladi.
Qayd qilingan ma’lumot favqulotda tez avtomatik o’zlashtiriladi. Tasvirni qayta tiklash uchun zarur bo’lgan minimal vaqtni quyidagi mulohazalar yordamida baholash mumkin. Yorituvchi to’lqin davom etish vaqti τ bo’lgan yorug’lik impulsi bo’lsin. Davom etish vaqti chekli bo’lgan impulsni monoxromatik to’lqinlar to’plami deb hisoblash mumkin. Impulsning δν spektral kengligi τ muddatga universal δντ=1 munosabat orqali bog’langan. Aslida difraksion panjara bo’lmish gologramma impulsni spektrga ajratadi va buyumning har bir nuqtasi tasviri tegishli tarzda kengaygan bo’ladi. Bunday kengayishning amalda sezilarli bo’lmasligi uchun impulsning spektral kengligi gologramma, ya’ni panjara ajrata oladigan chastotalar intervalidan kichik bo’lishi kerak. Aytib o’tilgan mulohazalarga asoslanib, impulsning davom etish muddati
(5)
shartni qanoatlantirishi kerak ekanligini isbotlash oson, bundagi D-gologramma o’lchami, va - tayanch to’lqin va buyumdan kelayotgan to’lqinlarning gologrammaga tushish burchaklari. Topilgan bu shartni boshqach tahlil qilish mumkin; impulsning cτ uzunligi panjaraning chetki shitrixlaridan kelayotgan to’lqinlar orasidagi yo’l farqidan katta bo’lishi kerak; aks holda bu to’lqinlar tasvir nuqtasida interferensiyalana olmaydi, gologramma to’liq ishlamaydi va tasvir kengaygan bo’lib qoladi.

Albatta, golografik tasvirni qayta tiklash protsesining chaqqonligi qayta tiklangan tasvirni qayd qilishni ham o’z tarkibiga olgan sistemaning ishlash vaqti kichik bo’lishini hamma vaqt ham ta’minlay olmaydi. Ko’z enersiyasi vaqti, masalan, taxminan 0.1 s bo’ladi va tasvirni ko’z bilan qayd qilishda butun sistemaning inersionligi ko’z enersiyasiga bog’liq bo’ladi. Ammo enersiya vaqti s va undan ham kam bo’lgan yorug’lik qabul qilgichlar bor va golografik tasvirni tez tiklash mumkin.

Shunday qilib tadbiqiy nuqtayi nazardan golografiya juda keng ko’lamdagi ma’lumotlarni qayd qilish, saqlash va shaklini juda tez almashtirish qobiliyatiga ega. Golografiya asosidagi fizik prinsiplardan kelib chiqadigan bu jihatlar tufayli golografiya turli texnik va ilmiy masalalarni yechish uchun keng qo’llaniladigan bo’ldi.
Tatbiqiy golografiya metodlaridan birini – golografik interferometriya deb ataladigan va juda keng tarqalgan metodni ko’rib chiqaylik. Bu metodning sodda variantining mohiyati quyidagidan iborat. Buyumning ikki xil, lekin bir biridan kam farq qiladigan holatiga, masalan, deformatsiya protsessidagi ikki holatiga mos keladigan ikki interferension manzara bir fotoplastinkaga ketma-ket yozib olinadi. Bunday qo’shaloq gologrammani yoritganda buyumning ikki tasviri hosil bo’ladi., bu tasvirlar birbiridan buyumning ikki holati kabi darajada farq qiladi. Bu ikki tasvirni hosil qiluvchi qayta tiklangan to’lqinlar kogerent bo’ladi, interferensiyalashadi va tasvir sirtida buyum holatining o’zgarishini xarakterlovchi polosalar kuzatiladi.
Boshqa bir variantda buyumning ma’lum bir holati uchun gologramma tayyorlanadi; uni yoritganda buyum uzoqlashmaydi va golografiyalashning birinchi bosqichidagidek buyum yoritiladi. U holda yana ikki to’lqin hosil bo’ladi, ularning biri golografik tasvir hosil qiladi, ikkinchisi esa buyumning o’zidan tarqaladi. Agar endi buyum holatiga gologrammani ekspozitsiya qilish vaqtidagiga nisbatan qandaydir o’zgarishlar ro’y bersa, u holda bu to’lqinlar orasida yo’llar farqi vujudga keladi va tasvir interferension polosalar bilan qoplanadi.
Tasvirlangan usul buyumlar deformatsiyasini, ularnining titrashi, alyanma harakati va shunga o’xshashlarni tadqiq etishga qaratilgan. Tokarlik stanogining potroniga qisib qo’yilgan sharikli podshipnik tasvirining fotosurati 3-rasmda ko’rsatilgan. Interferension manzara qisish kuchining ikki xil qiymatida deformatsiya turlicha bo’lshini yaqqol ko’rsatadi, tenzometr strelkasining ketma-ket olingan ikki ekpozitsiya vaqtida qayd qilingan ikki vaziyati ana shuni ko’rsatib turibdi.

3-rasm. buyumning golografik interferometriya metodi bilan qayd qilingan deformatsiyalari.
Golografik interferometriya qaytaruvchi sirtlarning ishlov berilishida yoki tadqiq etilayotgan buyumlarning optik jihatdan birjinsliligiga qattiq talablar qo’ymaydi. Haqiqatan ham deformatsiya, titrash va boshqalar natijasida buyum sirti bo’ylab o’zgaradigan yo’l farqlari vujudga keladi. Shuning uchun polosalar manzarasi yupqa pardalarda yuz beradigan interferensiya holatida kuzatiladigan manzaraga o’xshaydi. Yupqa parda rolini jismning ketma-ket kelgan ikki vaziyati o’rtacha sirtlari orasidagi fazo bajaradi. Boshqacha aytganda interferensiyalashuvchi to’lqinlar frontlari juda murakkab shaklda bo’lishi mumkin, lekin ko’pincha interferension manzara qiyosan yuzaki bo’lib, oson kuzatiladi. Golografik terminologiyani qo’llab , to’lqinlarning biri ikkinchisi uchun tayanch to’lqin bo’ladi, deyish mumkin, bunda har biri ikki kogerent holda tayanch to’lqin golografiyalanayotgan to’lqinga tamomila o’xshaydi. Bunga qarama- qarshi o’laroq interferension asboblarda taqqoslash to’lqini sifatida, ya’ni tayanch to’lqin sifatida tamomila aniq standart to’lqin xizmat qiladi va tadqiq etilayotgan to’lqinlar fronti ham anashu darajada sodda bo’lishi kerak.
Yorug’likni sochuvchi jismlarning g’adir-budir sirtidan (masalan, avtomobil shinalari, balkalar, korroziyalanuvchi sirtlar va shu kabilardan) yorug’lik qaytadigan hollarda , devorlari juda bir jinsli bo’lmagan idishga solingan buyumlar holida bu xususiyat tufayli golografik interferensiyani amalga oshirish mukin. Shuning uchun ham golografik interferometriya juda keng qo’llaniladigan bo’ldi.

Nazariy hisoblashlardan shunday bog‘lanish kelib chiqadi: gologrammaning birlik yuzida jism haqida ta mustaqil ma’lumot qayd qilish mumkin. Shunday qilib, geliy–neon lazer nurlanishi (=0,632 mkm) bilan olingan gologrammaning 1 sm² ga 250 mln. ta mustaqil ma’lumot to‘g‘ri keladi. Gologrammadagi ma’lumotlarning ko‘p sonliligi strukturasining murakkabligida o‘z aksini topadi. Odam gollogrammaning kuchli kattalashtirilgan sohasini turli darajada qoralashgan tartibsiz dog‘lar to‘plami sifatida ko‘radi. Bunday taassurotning sababi, ko‘zimizning gologrammada aniq qonuniyatlar asosida berilgan jism haqidagi ma’lumotlarni ko‘raolishga noqobilligidir. Golografik tasvirlarni tiklash - bu ma’lumotlarni bir shakldan inson his qilishi uchun qulay boshqa shaklga aylantirishdan, yoki ularni EHM ga kiritishga moslashtirishdan iboratdir.

Gologrammani tiklash vaqti juda qisqa (10^-10 s gacha). Binobarin, golografiya ulkan miqdordagi ma’lumotlarni yozib olish, saqlash va juda tez o‘zgartirish imkonini beradi. Golografiyaning bu xususiyatlaridan ko‘plab ilmiy va texnik problemalarni hal qilishda foydalaniladi. Masalan, golografik interferometriya interferensiya usullari bilan yorug‘likni diffuziya sochuvchi obektlarni, masalan, metall konstruksiyalarning korroziya bilan qoplanishini beton balkalari, avtomabil pokrishkalari va shunga o‘xshashlarni tekshirishga imkon berdi. Agar bunday obektning deformatsiyasini o‘rganish lozim bo‘lsa, u holda gologramma yordamida uning uch o‘lchamli tasviri hosil qilinadi va bu tasvir obekt bilan qo‘shiladi. Bunda obekt va gologrammani, gologramma olish vaqtida qo‘llanilgani singari, yorug‘lik bilan yoritiladi. Endi tasvirning yorug‘lik bilan jismdan qaytgan yorug‘lik interferensiyalanadi, chunki ular kogerentdir. Agar obekt o‘z shaklini bir oz o‘zgartirgan bo‘lsa, u holda golografik tasvir bilan obektdan qaytgan nurlar orasida yo‘l farqi yuzaga keladi, natijada obekt shaklining o‘zgarishini xarakterlovchi interferensiya polosalari paydo bo‘ladi. Golografik interferensiyani kuzatishning boshqa usuli ham mavjud. Fotoplastinkaga jismning turli ikki holatdagi ikki gologrammasi ketma-ket «yoziladi». «Qo‘shaloq» gologrammani yoritishda tiklangan tasvirlarning to‘lqinlari interferensiyalanadi va jism sirtida xuddi birinchi holdagidek, obekt holati o‘zgarishini harakterlovchi manzara hosil bo‘ladi.
Tovush to‘lqinlari yordamida ham gologrammalar olish mumkin. Kogerent tovush to‘lqinlari ilgaridan ma’lum, ultratovush yordamida juda katta obektlarni yoritish mumkin. Tovush va optik gologrammalar olish prinsiplari birday, faqat tovush gologrammalarida olimlarga yorug‘lik intensivligi o‘zgarishlari o‘rniga bosim o‘zgarishlari bilan ish ko‘rishga to‘g‘ri keladi. Tovush to‘lqinlari yorug‘lik o‘ta olmaydigan jismlarga ham osongina kirib boradi.