Российские исследователи проанализировали возможность голографической записи при отсутствии взаимной когерентности волновых пучков, или импульсов. Оказалось, что когерентность волновых пучков — необязательное условие для осуществления такой записи. Новый подход позволит получать информацию с предельно точным временным соответствием в интерферометрических и голографических экспериментах. Статья об открытии опубликована в журнале Optics Express.

Голография — это технология фотографирования, которая позволяет получить трехмерные изображения объектов. Такой эффект возможен благодаря существованию дифракции и интерференции света. В обычной голограмме испускаемый лазером пучок света расширяется и делится на две части. Одна из них — опорный пучок — отражается от зеркала и падает на фотопластинку, а другая — предметный пучок — отражается от предмета. При этом оба пучка должны быть когерентными, то есть волны должны быть согласованными во времени и пространстве.

При голографической записи опорный и предметный пучки складываются на фотопластинке, в результате чего создается интерференционная картина. При наложении волн друг на друга они либо усиливают друг друга, создавая волну большей интенсивности, либо гасят друг друга, уменьшая общую интенсивность. При этом если объект перемещается, то для работы устройства используются короткие импульсы света. Это связано с тем, что движение объекта размывает интерференционную картину, что приводит к исчезновению пучка — копии объекта. Однако чем короче импульс, тем меньше область перекрытия и интерференции лучей. Поэтому перспективно использовать очень короткие импульсы для голографической записи при фиксации очень быстрых процессов. Однако создать с их помощью интерференционную картину на практике почти невозможно.

Сегодня исследователи уже научились создавать аттосекундные импульсы. Физики уже находятся на пути получения униполярных и субцикловых импульсов, которые содержат только половину периода колебаний световой волны. Поддержанные грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда исследователи из СПбГУ и Университета ИТМО совместно с коллегами из Германии предложили использовать именно такие сверхкороткие импульсы, чтобы разрешить противоречие, возникающее в обычной интерферометрии и голографии.

Противоречие заключается в том, что для большой точности отображения объекта в голографии нужно использовать монохроматический свет, а для создания голограммы, которая может фиксировать быстро меняющийся объект, нужны очень короткие импульсы.

В новой работе ученые показали, что длительность импульса не имеет значения, так как световые пучки в регистрирующей среде не пересекаются в один и тот же момент. Высокая монохроматичность, которая необходима для записи голограммы, при этом достигается за счет ее переноса в долгоживущую волну поляризации среды. И затем с этой волной будет взаимодействовать очень короткий импульс. Причем чем короче такой импульс, тем точнее его действие.