Цветные фотографии Липпмана не выцветают!

Кассета с ртутным зеркалом в методе цветной фотографии Липпмана.

Принцип записи цветных изображений Липпмана заключался в том, что картина интерференции стоячих световых волн ограниченной когерентности записсывалась на фоточувствительной эмульсии в виде сфокусированного изображения некоторой сцены. За эту работу Габриэль Липпман был удостоен Нобелевской премии.

Представьте себе бассейн, наполненный водой. В бассейне с помощью широкой доски мы создаем волны. Хорошие волны, с постоянным периодом и фазой. Волны достигают противоположной стенки бассейна, отражаются и бегут обратно. В результате наложения двух потоков волн, которые ученые называют когерентными, мы получим удивительную картину. Гребни будут подниматься и опускаться, но бега их мы не увидим. И самое интересное, между гребнями окажутся точки, которые не будут ни подниматься, ни опускаться относительно уровня воды в спокойном бассейне. Это и есть стоячие волны. А эффект, вызвавший это явление, физики называют интерференцией.

Свет – это тоже волна, только электромагнитная. И здесь будет наблюдаться аналогичная картина.

Допустим, что световая волна прошла сквозь прозрачную фотоэмульсию, затем отразилась от некоторой поверхности и направилась обратно. Должна возникнуть та же картина, что и в бассейне. Там, где расположены неподвижные узлы стоячей волны, будет всегда темнота, а там, где «эфир» колеблется - будет свет. И самое главное, если источник света, объект, длина волны и ее фаза будут неизменны, электромагнитная «зебра» останется так же неподвижной.

Картину стоячих световых волн можно зафиксировать в фоточувствительной эмульсии. После химической обработки фотопластина будет восстанавливать отраженную волну той же частоты, какая использовалась при записи интерферограммы. В результате мы получаем дифракционное зеркало, способное отражать свет определенной частоты. Если в некоторую область фотоэмульсии попадает зеленый свет, то «зеркальце», записанное в этой точке, будет отражать только зеленую длину волны. Получается, что каждая точка сфокусированного изображения окрашивается в цвет, которым была записана картина стоячих волн. Липпман таким образом и поступил, когда решил сделать цветную фотографию, не имея в распоряжении цветных фотоматериалов с красителями.

Кстати, невзрачные в пасмурную погоду и вспыхивающие радугой на открытом солнце крылья тропических бабочек, хитиновые пластинки насекомых и перья некоторых птиц не содержат красителей. Здесь цвет создается так же за счет дифракции Брэгга на многослойных биологически воспроизведенных структурах.

Свет, солнца или электрической лампочки, отраженный от объектов имеет очень малую когерентность, а точнее длину когерентности. Область интерференции для такого излучения ограничится разностью хода лучей - порядка десятков микрометров. Другими словами, стоячие световые волны, отраженные от какой-либо поверхности будут наблюдаться на расстоянии, сравнимом с толщиной фотоэмульсии. Липпман, понимая это, придумал в 1892 году оригинальную схему записи интерференционной картины световых волн с ограниченной когерентностью.

Схема записи цветного изображения по Липпману.

Для создания цветного изображения гениальным изобретателем использовалась фотографическая камера со светосильным объективом (3). Липпман сконструировал оригинальную кассету для стеклянных фотопластин (1) с эмульсией очень высокого разрешения. Фотопластинка прижималась к задней стенке кассеты через тонкую резиновую прокладку (2), образуя герметичную полость, в которую из небольшого резервуара (4) перед съемкой заливалась ртуть. После экспозиции, которая длилась 3-5 минут, ртуть снова выливалась в резервуар, а фотопластинка заменялась на новую.

Фотоэмульсия во время регистрации интерференционной фотографии была погружена в кювету с ртутью, которая являлась идеально прилегающим зеркалом.

Ртутное зеркало отражало падающие лучи разной длины волны, создавая в объеме фотографической эмульсии картину стоячих волн соответствующей частоты.

После фотохимической обработки, которая сводилось к физическому проявлению и отбеливанию раствором двухлористой ртути, цветное изображение можно было увидеть со стороны эмульсии в белом рассеянном свете. Надо заметить, что использование ртути и её солей в методе Липпмана создавало серьезную угрозу здоровью экспериментаторов.

При рассматривании фотографий Липпмана в свете точечного источника «белого» света наблюдатель мог видеть действительное изображение объектива в виде яркого пятна, скользящего по темной эмульсионной поверхности. В рассеянном же свете, действительное изображениедиафрагмы «расплывалось» до размеров всего фотоснимка, что позволяло зрителю рассматривать цветную интерференционную фотографию достаточно комфортно.

Для удобства демонстрации своих фотоснимков, Липпман наклеивал со стороны эмульсии стеклянную призму, которая убирала блик от источника света, восстанавливавшего цветное изображение, и предохраняла фотографию от механических повреждений. На заводе Цейса по чертежам изобретателя изготовили несколько оригинальных приборов для рассматривания липпмановских фотографий. Тем не менее, метод был вскоре забыт.

Этот липпмановский снимок, хранящийся в Московском Политехническом музее, сделал не автор изобретения, а его коллега, немец Нейгауз в 1901 году. Качество передачи цветов раритета не хуже, чем на современных цветных фотографиях, которые через сто лет уже наверняка поблекли бы и выцвели.

Современники часто критиковали Липпмана за несусветную сложность предложенного метода. Его фотоснимки было невозможно рассматривать нескольким зрителям одновременно, а так же производить копирование, как в обычной фотографии. Тем не менее, технология изготовления высокоразрешающих эмульсий, рецепты физических проявителей и тонкости фотохимической обработки голограмм мало изменились с 1892 года.