История появления голограммного метода в общих чертах сводится к следующему: работая над усовершенствованием электронного микроскопа, Д. Габор столкнулся с необходимостью улучшить качество изображения, которое сильно искажалось так называемой сферической аберрацией электронных линз. На первый взгляд эта трудность не кажется значительной: известно, что сферическая аберрация обычных линз исправляется достаточно просто. Однако в электронной оптике действуют несколько иные законы, и оказалось, что сферическую аберрацию в этом случае невозможно исправить по принципиальным соображениям. На этот счет была даже доказана соответствующая теорема, которая и послужила отправным пунктом поисков Габора. (Блестящий пример роли отрицательного результата в науке.)

Для того чтобы преодолеть возникшую трудность, Габор предложил построить точную модель поля электронных волн в оптическом диапазоне спектра, а затем исправить у этой модели сферическую аберрацию методами обычной световой оптики.

Именно для решения этой, в общем весьма частной, однако вместе с тем очень характерной задачи и была предложена голография.

Ход мысли Габора был очень прост: если на обычной фотопластинке записать результат интерференции сложного в общем случае неизвестного волнового поля излучения, рассеянного объектом О, с простой заранее известной волной, испускаемой источником 5 (эту волну называют референтной), то возникнет картина интерференции, аналогичная той, которая возникала в опыте Юнга (рис. 6а). Отличие заключается только в том, что интерференционные полосы в этом случае будут иметь какую-то сложную форму, соответствующую форме поверхности волны, отраженной от объекта О. При этом, так же как и раньше, в тех местах, где фазы объектной и референтной волн совпадают, освещенность фотопластинки будет максимальной. В таких местах после позитивной обработки фотопластинка станет прозрачной. Там же, где колебания объектной и референтной волн находятся в противофазе, она почернеет.

Если на полученную таким способом фотопластинку-голограмму направить излучение одной только референтной волны (рис. 6б), голограмма пропустит лишь те участки этой волны, фаза которых совпадает с фазой волны излучения, рассеянного объектом. Участки же референтной волны, которые отличаются по фазе от излучения объекта, будут поглощены голограммой. Исключая таким способом из референтной волны все ненужное, мы можем воспроизвести приблизительно на половине площади голограммы распределение фаз, совпадающее с распределением фаз излучения, рассеянного объектом. На остальной площади голограммы, там, где она непрозрачна, поле будет равно нулю. Если в дополнение к этому воспроизвести еще и амплитуду излучения, что в общем значительно проще, то в плоскости голограммы полностью восстановятся колебания, которые создавало там излучение объекта. Как мы выяснили, такое поверхностное поле в соответствии с принципом Гюйгенса воссоздаст за голограммой все поле света, рассеянного объектом, и наблюдатель h' увидит его пространственное изображение О'.

На основе таких рассуждений была создана очень простая схема записи голограммы (рис. 7а). На фотопластинке F регистрировалась тень малого объекта О, которая возникала при освещении этого объекта точечным, когерентным (т. е. одноцветным) источником излучения S. На этом собственно процесс получения голограммы и заканчивался. Однако в этом, на первый взгляд "слишком простом", эксперименте есть одна существенная тонкость. При очищенных условиях опыта, т. е. при специальном выборе источника излучения и объекта, обнаруживалось, что процесс образования тени не так прост, как мы его обычно представляем. Фактически тень в этом случае является результатом интерференции излучения, рассеянного объектом (луч Lo на рис. 7а) со своеобразной референтной волной - излучением источника S, попадающим на фотопластинку, минуя объект (луч Ls). Получающаяся при этом картина похожа на какое-то кружево и только весьма отдаленно напоминает объект.

Процесс реконструкции голограммы Габора изображен на рис.7б. Экспонированная и проявленная голограмма Н устанавливается на то же место, которое она занимала при съемке, и на нее направляется излучение точечного когерентного источника S. Падая на голограмму, это излучение в соответствии со всем сказанным ранее модулируется ее рисунком так, что за голограммой восстанавливается излучение, рассеянное объектом (луч Lo' на рис.7б).

Наблюдатель, воспринимающий это излучение, не может отличить его от истинного излучения, рассеянного предметом, и видит пространственное изображение этого предмета О'.Однако при эксперименте выявился также и эффект, который первоначальная идея не предусматривала: кроме истинного изображения О', возникало также и ложное О", расположенное между наблюдателем h и истинным изображением (рис. 7б). Можно показать, что появление ложного изображения является непосредственным результатом того, что в данном случае поле воспроизводится только на половине площади голограммы, в то время как принцип Гюйгенса требует реконструкции граничных условий на всей поверхности. Этот эффект весьма неблагоприятно сказывался на возможностях метода - в результате наложения излучения истинного и ложного изображений оба этих изображения сильно искажались.

Методу Габора были свойственны и другие недостатки. В частности, по такому методу можно было регистрировать только прозрачные объекты типа тонких линий, которые практически не дают тени. Это и понятно. В области тени референтная волна отсутствует и голограмма там, естественно, не записывается. Далее, как это видно на рис.7а, по методу Габора на голограмме регистрируется волновое поле объекта, освещаемого, как говорят фотографы, "контр жур", т. е. против света. Поскольку голограмма воспроизводит только то, что на ней было записано, то и восстановленное изображение имеет в этом случае вид темного силуэта, наблюдаемого на светлом фоне.

Все эти недостатки сильно ограничивали область применения метода, и поэтому в течение десятилетия он развивался главным образом в приложении к некоторым задачам рентгеновской и электронной микроскопии. О возможности получения обычных оптических изображений в то время даже не упоминалось. И все же, несмотря на все недостатки и ограничения этого метода, именно Габор признан основателем голографии. И это, безусловно, правильно: основной отличительной чертой голограммного метода является использование референтной волны, а Габор был первым человеком, который записал волновое поле с ее помощью.