О голографии уже много говорилось, в том числе и в популярной литературе. Поэтому здесь мы ограничимся только самым кратким изложением того, что имеет отношение к теме нашей книги.

Интригующее греческое слово «голография» переводится весьма прозаически как «полная запись». Что при этом имеется в виду? Посмотрим сначала, как регистрируется изображение какого-либо предмета на обычную фотопластинку или фотопленку. Объектив формирует изображение предмета на пленке. В фотоэмульсии идет химическая реакция, которая при последующем проявлении приводит к почернению пленки в тех местах, где она была освещена. Существенно, что степень почернения определяется только интенсивностью света, т. е. амплитуды поля световой волны.

Направление вектора электрического поля волны оказывается при этом несущественным, так как химическая реакция в фотоэмульсии к нему нечувствительна. За быстрыми изменениями поля световой волны медлительная химическая реакция тоже не успевает следить, и потому для обычного метода фотографии эффекты запаздывания световых волн, которые мы рассмотрели в предыдущем разделена примере с цепочкой спортсменок, оказываются несущественными .

Между тем, запаздывание световой волны также несет информацию о том предмете, который сам испускает свет или рассеивает лучи постороннего источника. Например, по нему можно легко установить расстояние до той точки, из которой луч вышел. Но как измерить запаздывание луча? Оказывается, это можно сделать, если использовать дополнительный световой пудок или, как говорят, эталонный луч, испущенный тем же источником, которым освещается интересующий нас предмет. Лучше всего, если это будет лазерный луч. Эталонный луч получен прямым отражением от полупрозрачного зеркала. Мы можем сложить два луча (эталонный и сигнальный), и они, как и всякие другие волны, будут интерферировать друг с другом. Об этом явлении мы рассказывали в 4-ой части предыдущего раздела. Картина распределения интенсивности интерферирующих лучей зависит от запаздывания сигнального луча по отношению к эталонному. Остается лишь обычным образом записать интерференционную картину на фотопленку, а еще лучше — на прозрачную фотопластинку (это важно для последующего процесса считывания изображения). Итак, результирующая запись несет информацию как об амплитуде сигнального луча (от этого зависит средняя степень почернения фотоэмульсии), так и о его запаздывании. Мы получили полную запись — голограмму.

Голограммы обладают замечательными свойствами. Во-первых, они получаются без использования объектива, и их внешний вид не имеет ничего общего с объектом. Информация об объекте находится в скрытой форме — в виде интерференционной картины. При этом каждый участок пластинки несет информацию об объекте в целом. Во-вторых, вы можете восстановить исходное изображение объекта, если будете рассматривать голограмму в лучах лазера (не обязательно с той же длиной волны, что и при записи). При этом, если вы разобьете стеклянную пластинку, не следует слишком огорчаться: ведь каждый ее осколок несет информацию обо всем объекте в целом. Просвечивая этот осколок лучом лазера, вы сможете восстановить контуры объекта; качество при этом будет, конечно, хуже, утратится информация о тонких деталях предмета.

Известно, что голограммы позволяют получать объемные изображения предметов. Но для вычислительной техники более существенными являются другие особенности голографической записи. Во-первых, она является очень компактной (на пластинку размером 10x10 см2 можно записать более 10 миллиардов сведений, имеющих простейшую форму типа ответа «да» или «нет»). Во-вторых, голографическая запись очень помехоустойчива. Например, если вы написали другу шифровку из тысячи цифр на обычном листе бумаги и случайно оторвали у листа уголок с десятью цифрами, где как раз было указано место вашей встречи, то эта встреча вряд ли состоится. Если же та же шифровка была записана на голограмме, то утрата такого же небольшого участка означает лишь 1%-ное ухудшение качества записи, и если исходная запись была высококачественной, ваша встреча состоится. Третьим преимуществом голографической записи является высокая скорость ее считывания с помощью современных фотоэлектрических приборов.

Благодаря этим преимуществам голографическая информация используется в вычислительной технике (устройства оптической памяти). Схема записи, в принципе, такая же, только вместо объемного предмета используется записываемый образ в виде текста, картины, графика и т. п. Такой объект называется транспарантом (от английского слова transparent — прозрачный), и наиболее простым транспарантом является обычный слайд, освещаемый лазерным лучом. Однако процесс изготовления обычных слайдов, как вы можете догадаться, плохо совмещается со всей сверхскоростной деятельностью вычислительной машины. Кроме того, затруднительно осуществлять их быструю механическую смену.

Вот здесь и пора вспомнить о жидких кристаллах. Сих помощью можно формировать довольно сложные образы, а потом их «списывать», или, лучше сказать, «считывать» лазерным лучом с одновременной записью в голографическую память.

Жидкокристаллический транспарант играет роль преобразователя электрических сигналов, имеющихся в вычислительной машине, в оптический образ, считываемый лазерным светом. При этом наибольшее распространение получили два вида жидкокристаллических транспарантов. 

В первом варианте оптическая картина не жидком кристалле формируется непосредственно электрическим сигналом, идущим с машины. Слой жидкого кристалла расположен, как обычно, между двумя стеклянными пластинами с электродами. Один (передний) электрод — прозрачный сплошной, другой (задний) представляет собой мозаику из большого числа металлических точек, к каждой из которых подведена отдельная проволочка. Проволочки идущие к вычислительной машине. Подводить такие проволочки — очень тонкая работа но находятся мастера, способные сделать до 1000 таких контактов и более на площади в несколько квадратных сантиметров. Остальное — очевидно. На каждую точку подводится соответствующий сигнал по отношению к общему прозрачному электроду, и сквозь верхнее стекло можно любоваться изображением текста, рисунка и т. п. Используя лазер, можно записать голограмму, и через доли секунды повторить весь процесс уже с новым образом и, разумеется, с использованием нового участка фотопластинки.

Мозаичные транспаранты сложны в изготовлении, и поэтому чаще всего используют другую конструкцию в виде системы пересекающихся вертикальных и горизонтальных электрических шин. Процесс записи голограммы остается прежним, а принцип формирования образов на таких (матричных) системах мы рассмотрим в следующем параграфе.

В другом варианте оптическая картина сначала формируется на электроннолучевой трубке точно так же, как в домашнем телевизоре. Но с телевизора изображение нельзя списать сразу в голограмму, так как свет люминесцирующего экрана не подходит для этой цели (он не является монохроматическим и не имеет четкой фазы). Поэтому опять используют жидкокристаллический транспарант, изображение на котором создается с помощью фотополупроводникового слоя, чувствительного к свету электроннолучевой трубки. 

В этой схеме свет с экрана трубки с помощью линзы проектируется на фоточувствительный слой, электрнчекое сопротивление которого уменьшается при освещении. При этом фотопроводник и жидкий кристалл присоединены последовательно к одному общему источнику напряжения. В темноте фотослой имеет высокое сопротивление, и все напряжение падает на нем. При освещении ярким участкам картинки на трубке соответствуют яркие участки изображения на фотослое; и в этих местах сопротивление фотослоя уменьшается. Напряжение батареи сразу же перераспределяется в пользу жидкого кристалла. Жидкий кристалл реагирует на приложение поля, изменяя свою ориентацию. Это изменяет его оптические свойства по отношению к падающему лазерному лучу, который меняет свою фазу в соответствии с записываемой картиной. Таким образом, свет от трубки (обычно синий) является записывающим для транспаранта, а свет лазера (обычно красный) является считывающим для транспаранта и в то же время записывающим для голограммы.

Практически все устройства голографической памяти, конструируемые в последнее время, используют в транспарантах жидкие кристаллы. Другие электроопти-ческне материалы пока не выдерживают конкуренции; устройства, их использующие, оказываются более сложными и энергоемкими.