Компания, в которой работал физик, поддержала исследования, он получил финансирование и оборудование для опытов. Но возникла проблема, которая так и не позволила реализовать новоизобретённый принцип на практике, – проблема когерентности. Как уже упоминалось, волны называются когерентными, если они имеют одинаковую частоту (физики называют такие волны монохроматическими), а их амплитуды и разность фаз не меняются во времени. Только когерентные волны способны давать отчётливую интерференционную картину. Казалось бы, если взять монохроматическое излучение от одного источника и разделить его на предметную и опорную волны, они всегда будут когерентны. Но на самом деле это не так.
Существует такая физическая характеристика – длина когерентности
[27]. Если разность хода двух волн – опорной и предметной – превышает длину когерентности, то они становятся некогерентными и никакой интерференционной картины, которую можно было бы записать для последующего восстановления, не появится.
И предметную, и опорную волны Габор получал с помощью ртутной лампы высокого давления – лучшего источника достаточно интенсивного излучения на конец 1940-х просто не существовало. Её излучение он последовательно пропускал через узкополосный цветной фильтр, что обеспечивало относительную монохроматичность, и через маленькое точечное отверстие. И вот тут вступало в свои права вышеупомянутое ограничение: длина когерентности излучения ртутной лампы составляет доли миллиметра и получить качественную голограмму, способную реально решить проблему, ради которой Габор всё это придумал, было попросту невозможно.
Более того, вся конструкция Габора располагалась на одной оси (голограмма с прямым опорным пучком), и излучение должно было проходить через объект насквозь, иначе разность хода превышала длину когерентности. Это серьёзно ограничивало возможности метода: он позволял записывать только очень маленькие, диаметром чуть более миллиметра, прозрачные объекты. А изображение, восстановленное при просвечивании фотопластинки когерентной опорной волной, наблюдалось только в микроскоп.
Габор и его группа плотно работали над усовершенствованием метода и над разработкой голографического электронного микроскопа вплоть до 1955 года. Они пробовали разные источники света, применяли различные оптические хитрости – но проблема оставалась. Голографические изображения получались некачественными из-за низкой интенсивности и длины когерентности получаемой волны. Это был классический пример учёного, который придумал гениальную идею, но слишком опередил своё время.
Тем не менее Габор опубликовал ряд серьёзных работ по голографии, описал сам принцип, технику – и отложил этот проект в дальний ящик в надежде, что когда-нибудь появятся когерентные источники света и голография обретёт смысл. Ждать, как ни странно, оставалось всего пять лет.
Голографическая гонка: США
В 1960 году американский физик Теодор Майман представил миру первый работающий рубиновый лазер. Почти сразу же стало понятно, что это именно тот источник света, которого не хватало голографической технологии. Статьи Габора обрели новое звучание, ряд групп в разных концах мира начали заниматься вопросами голографии, в том числе в США и СССР – странах, где лазерные технологии были развиты особенно хорошо.
Качественный прорыв произошёл в 1962 году, причём синхронно в двух концах мира. На тот момент, к сожалению, оттепель сошла на нет, контакты между советскими и американскими учёными снова нарушились, набирала обороты холодная война. Поэтому американцы Эмметт Лейт и Юрис Упатниекс и советский физик Юрий Денисюк ничем друг другу не помогли.
Лейт и Упатниекс были сотрудниками Мичиганского университета. Они использовали в качестве источника опорного излучения относительно простой гелий-неоновый лазер – и сразу же добились значительно более качественных результатов, нежели Габор. За счёт своего принципа работы (отдельные атомы в нём излучают синхронно, в одной и той же фазе) лазер снимал сразу несколько проблем.
Во-первых, лазерное излучение было гораздо более интенсивным и имело длину когерентности примерно в тысячу раз больше, чем у ртутной лампы с цветным фильтром. Это сразу же позволило разнести опорный и освещающий пучки, что решило проблему двоения изображения и позволило значительно повысить детализацию.
Во-вторых, благодаря большой длине когерентности появилась возможность получать изображения достаточно крупных объектов, видимые с разных ракурсов, то есть по-настоящему объёмные (трёхмерность видимых только под микроскопом голограмм Габора была номинальной: крошечный объект, очень узкое поле зрения микроскопа – заметить 3D-эффект физически не представлялось возможным). И наконец, лазерное излучение имело значительно большую интенсивность – это позволило использовать мелкозернистую фотоэмульсию и получать большие и более детальные голограммы.
Лейт и Упатниекс опубликовали первые работы по своему методу в 1962 году, а в 1964-м представили миру первые в истории полноценные трёхмерные голограммы, сделанные с помощью лазера. В схеме Лейта – Упатниекса лазерный луч разделяется на опорный и предметный пучки, идущие под углом друг к другу. Первый падает непосредственно на регистрирующую среду (фотопластинку), второй сначала отражается от объекта и лишь затем попадает на фотопластинку с той же стороны, что и опорный пучок. Восстановление изображения происходит при просвечивании фотопластинки лазерным пучком, идентичным опорному.
Голографическая гонка: СССР
Параллельно шла работа в СССР, и вёл её, по сути, один человек – Юрий Николаевич Денисюк. В 1954 году он, молодой 27-летний учёный, поступил на работу в Государственный оптический институт в Ленинграде, а в 1958-м, в какой-то момент наткнувшись на работы Габора, увлёкся голографией. Как и Габор, Денисюк экспериментировал с ртутной лампой (первые опыты он поставил летом 1959 года) и, подобно Габору, не мог добиться с её помощью более или менее приемлемого результата.
Как только в СССР появились первые лазеры, Денисюк тут же поставил с их помощью несколько экспериментов и в 1962 году – одновременно с Лейтом и Упатниексом – опубликовал в журнале «Доклады Академии наук» небольшую, буквально на одну страницу, статью «Об отображении оптических свойств объектов в волновом поле рассеянного им излучения», в которой, впрочем, полностью излагался основной принцип усовершенствования габоровской технологии. В том же году, 1 февраля, он подал заявку на открытие (не на изобретение) и получил авторское свидетельство.
