Det holografiske bildet blir stadig mer brukt i dag. Noen tror til og med at det på sikt kan erstatte kommunikasjonsmidlene som er kjent for oss. Liker det eller ikke, men nå brukes det aktivt i en rekke bransjer. For eksempel er vi alle kjent med holografiske klistremerker. Mange produsenter bruker dem som et middel til beskyttelse mot forfalskning. Bildet nedenfor viser noen av de holografiske klistremerkene. Bruken av dem er en veldig effektiv måte å beskytte varer eller dokumenter mot forfalskning.
History of the study of holography
Det tredimensjonale bildet som er et resultat av brytning av stråler begynte å bli studert relativt nylig. Imidlertid kan vi allerede snakke om eksistensen av en historie om studien. Dennis Gabor, en engelsk vitenskapsmann, definerte holografi for første gang i 1948. Denne oppdagelsen var svært viktig, men dens store betydning på den tiden var ennå ikke åpenbar. Forskere som jobbet på 1950-tallet led av mangelen på en sammenhengende lyskilde, en svært viktig egenskap for utviklingen av holografi. Første laserble laget i 1960. Med denne enheten er det mulig å oppnå lys som har tilstrekkelig koherens. Juris Upatnieks og Immet Leith, amerikanske forskere, brukte det til å lage de første hologrammene. Med deres hjelp ble det oppnådd tredimensjonale bilder av objekter.
I de påfølgende årene fortsatte forskningen. Hundrevis av vitenskapelige artikler som utforsker konseptet holografi har siden blitt publisert, og mange bøker har blitt publisert om metoden. Disse arbeidene er imidlertid rettet til spesialister, ikke til den generelle leseren. I denne artikkelen skal vi prøve å fortelle om alt på et tilgjengelig språk.
Hva er holografi
Følgende definisjon kan foreslås: holografi er et tredimensjon alt fotografi tatt med laser. Denne definisjonen er imidlertid ikke helt tilfredsstillende, da det finnes mange andre typer tredimensjonal fotografering. Ikke desto mindre gjenspeiler det det mest betydningsfulle: holografi er en teknisk metode som lar deg "ta opp" utseendet til et objekt; med dens hjelp oppnås et tredimensjon alt bilde som ser ut som et ekte objekt; bruken av lasere spilte en avgjørende rolle i utviklingen.
Holografi og dens applikasjoner
Studiet av holografi lar oss avklare mange spørsmål knyttet til konvensjonell fotografering. Som visuell kunst kan tredimensjonal bildebehandling til og med utfordre sistnevnte, ettersom den lar deg reflektere verden rundt deg mer nøyaktig og korrekt.
Vitenskapsmenn trekker noen ganger frem epoker i menneskehetens historieforbindelser som var kjent i visse århundrer. Vi kan for eksempel snakke om hieroglyfene som fantes i det gamle Egypt, om oppfinnelsen av trykkpressen i 1450. I forbindelse med de teknologiske fremskritt som er observert i vår tid, har nye kommunikasjonsmidler, som fjernsyn og telefon, tatt en dominerende posisjon. Selv om det holografiske prinsippet fortsatt er i sin spede begynnelse når det gjelder bruk i media, er det grunner til å tro at enheter basert på det i fremtiden vil kunne erstatte kommunikasjonsmidlene som er kjent for oss, eller i det minste utvide deres omfang.
Sci-fi-litteratur og mainstream-trykk fremstiller ofte holografi i feil, forvrengt lys. De skaper ofte en misforståelse om denne metoden. Det volumetriske bildet, sett for første gang, fascinerer. Ikke mindre imponerende er imidlertid den fysiske forklaringen av prinsippet for enheten.
Interferensmønster
Evnen til å se objekter er basert på at lysbølger, som brytes av dem eller reflekteres fra dem, kommer inn i øyet vårt. Lysbølger som reflekteres fra et objekt er karakterisert ved at formen på bølgefronten tilsvarer formen til dette objektet. Mønsteret av mørke og lyse bånd (eller linjer) er skapt av to grupper av sammenhengende lysbølger som forstyrrer. Slik dannes en volumetrisk holografi. I dette tilfellet utgjør disse båndene i hvert enkelt tilfelle en kombinasjon som kun avhenger av formen på bølgefrontene til bølgene som samhandler med hverandre. Slikbildet kalles interferens. Den kan festes, for eksempel på en fotografisk plate, hvis den plasseres på et sted der bølgeinterferens er observert.
Utvalg av hologrammer
Metoden som lar deg registrere (registrere) bølgefronten som reflekteres fra objektet, og deretter gjenopprette den slik at det ser ut for observatøren at han ser et ekte objekt, og er holografi. Dette er en effekt på grunn av at det resulterende bildet er tredimensjon alt på samme måte som det virkelige objektet.
Det finnes mange forskjellige typer hologrammer det er lett å bli forvirret over. For entydig å definere en bestemt art, bør fire eller til og med fem adjektiver brukes. Av alt settet deres vil vi bare vurdere hovedklassene som brukes av moderne holografi. Men først må du snakke litt om et slikt bølgefenomen som diffraksjon. Det er hun som lar oss konstruere (eller rettere sagt, rekonstruere) bølgefronten.
Diffraksjon
Hvis en gjenstand er i lysets vei, kaster den en skygge. Lys bøyer seg rundt dette objektet, og kommer delvis inn i skyggeområdet. Denne effekten kalles diffraksjon. Det forklares av lysets bølgenatur, men det er ganske vanskelig å forklare det strengt.
Bare i en veldig liten vinkel trenger lys gjennom skyggeområdet, så vi merker det nesten ikke. Men hvis det er mange små hindringer i veien, avstanden mellom disse bare er noen få bølgelengder med lys, blir denne effekten ganske merkbar.
Hvis bølgefrontens fall faller på et stort enkelt hinder, "faller den tilsvarende delen ut", noe som praktisk t alt ikke påvirker det gjenværende området av denne bølgefronten. Hvis det er mange små hindringer i veien, endres den som følge av diffraksjon slik at lyset som forplanter seg bak hindringen vil ha en kvalitativt forskjellig bølgefront.
Forvandlingen er så sterk at lyset til og med begynner å spre seg i den andre retningen. Det viser seg at diffraksjon lar oss transformere den opprinnelige bølgefronten til en helt annen. Dermed er diffraksjon mekanismen som vi oppnår en ny bølgefront med. Innretningen som danner det på den ovennevnte måten kalles et diffraksjonsgitter. La oss snakke om det mer detaljert.
Diffraksjonsgitter
Dette er en liten plate med tynne, rette parallelle streker (linjer) på den. De er atskilt fra hverandre med en hundredel eller til og med en tusendel av en millimeter. Hva skjer hvis en laserstråle møter et gitter på sin vei, som består av flere uskarpe mørke og lyse striper? En del av det vil gå rett gjennom risten, og en del vil bøye seg. Dermed dannes to nye bjelker som går ut av gitteret i en viss vinkel til den opprinnelige bjelken og er plassert på begge sider av den. Hvis én laserstråle har for eksempel en flat bølgefront, vil to nye stråler dannet på sidene av den også ha flate bølgefronter. Dermed passerer gjennomdiffraksjonsgitter laserstråle, danner vi to nye bølgefronter (flate). Tilsynelatende kan et diffraksjonsgitter betraktes som det enkleste eksempelet på et hologram.
Hologramregistrering
Introduksjon til de grunnleggende prinsippene for holografi bør begynne med studiet av to plane bølgefronter. I samspill danner de et interferensmønster, som registreres på en fotografisk plate plassert på samme sted som skjermen. Dette stadiet av prosessen (det første) i holografi kalles registreringen (eller registreringen) av hologrammet.
Bildegjenoppretting
Vi vil anta at en av planbølgene er A, og den andre er B. Bølge A kalles referansebølgen, og B kalles objektbølgen, det vil si reflektert fra objektet hvis bilde er fiksert. Den skiller seg kanskje ikke på noen måte fra referansebølgen. Men når du lager et hologram av et tredimensjon alt virkelig objekt, dannes det en mye mer kompleks bølgefront av lys som reflekteres fra objektet.
Interferensmønsteret som presenteres på fotografisk film (det vil si bildet av et diffraksjonsgitter) er et hologram. Den kan plasseres i banen til referanseprimærstrålen (en laserstråle med flat bølgefront). I dette tilfellet dannes 2 nye bølgefronter på begge sider. Den første av disse er en nøyaktig kopi av objektbølgefronten, som forplanter seg i samme retning som bølge B. Det ovennevnte stadiet kalles bilderekonstruksjon.
Holografisk prosess
Interferensmønsteret skapt av toplane koherente bølger, etter opptak på en fotografisk plate, er det en enhet som gjør det mulig å gjenopprette en annen plan bølge i tilfelle belysning av en av disse bølgene. Den holografiske prosessen har derfor følgende stadier: registrering og påfølgende "lagring" av bølgeobjektets front i form av et hologram (interferensmønster), og dens gjenoppretting etter ethvert tidspunkt når referansebølgen passerer gjennom hologrammet.
Den objektive bølgefronten kan faktisk være hva som helst. For eksempel kan det reflekteres fra et reelt objekt, hvis det samtidig er koherent til referansebølgen. Formet av to bølgefronter med koherens, er interferensmønsteret en enhet som på grunn av diffraksjon gjør det mulig å transformere en av disse frontene til en annen. Det er her nøkkelen til et slikt fenomen som holografi er skjult. Dennis Gabor var den første som oppdaget denne eiendommen.
Observasjon av bildet dannet av hologrammet
I vår tid begynner en spesiell enhet, en holografisk projektor, å bli brukt til å lese hologrammer. Den lar deg konvertere et bilde fra 2D til 3D. For å se enkle hologrammer er det imidlertid ikke nødvendig med en holografisk projektor i det hele tatt. La oss kort snakke om hvordan du kan se slike bilder.
For å observere bildet dannet av det enkleste hologrammet, må du plassere det i en avstand på omtrent 1 meter fra øyet. Du må se gjennom diffraksjonsgitteret i retningen som de plane bølgene (rekonstruert) kommer ut av det. Siden det er de plane bølgene som kommer inn i observatørens øye, er også det holografiske bildet flatt. Den fremstår for oss som en "blind vegg", som er jevnt opplyst av lys som har samme farge som den tilsvarende laserstrålingen. Siden denne "veggen" er blottet for spesifikke funksjoner, er det umulig å fastslå hvor langt den er. Det virker som om du ser på en utvidet vegg som ligger i det uendelige, men samtidig ser du bare en del av den, som du kan se gjennom et lite "vindu", det vil si et hologram. Derfor er et hologram en jevnt lysende overflate som vi ikke legger merke til noe som er verdt oppmerksomhet.
Diffraksjonsgitter (hologram) lar oss observere flere enkle effekter. De kan også demonstreres ved hjelp av andre typer hologrammer. Ved å passere gjennom diffraksjonsgitteret deles lysstrålen, to nye stråler dannes. Laserstråler kan brukes til å belyse ethvert diffraksjonsgitter. I dette tilfellet bør strålingen avvike i farge fra den som ble brukt under opptaket. Bøyevinkelen til en fargestråle avhenger av hvilken farge den har. Hvis den er rød (den lengste bølgelengden), så bøyes en slik stråle i større vinkel enn den blå strålen, som har den korteste bølgelengden.
Gjennom diffraksjonsgitteret kan du hoppe over en blanding av alle farger, det vil si hvitt. I dette tilfellet er hver fargekomponent i dette hologrammet bøyd i sin egen vinkel. Utgangen er et spektrumlik den som er opprettet av et prisme.
Diffraksjonsgitterslagplassering
Slagene til diffraksjonsgitteret bør gjøres veldig nær hverandre slik at bøyningen av strålene er merkbar. For eksempel, for å bøye den røde strålen med 20°, er det nødvendig at avstanden mellom slagene ikke overstiger 0,002 mm. Hvis de plasseres tettere, begynner lysstrålen å bøye seg enda mer. For å "ta opp" dette gitteret trengs en fotografisk plate, som er i stand til å registrere så fine detaljer. I tillegg er det nødvendig at platen forblir helt stille under eksponering, samt under registrering.
Bildet kan bli betydelig uskarpt selv med den minste bevegelse, og så mye at det vil være helt umulig å skille. I dette tilfellet vil vi ikke se et interferensmønster, men ganske enkelt en glassplate, jevnt svart eller grå over hele overflaten. Selvfølgelig, i dette tilfellet, vil diffraksjonseffektene generert av diffraksjonsgitteret ikke bli reprodusert.
Transmisjon og reflekterende hologrammer
Diffraksjonsgitteret vi har vurdert kalles transmissivt, siden det virker i lyset som passerer gjennom det. Hvis vi legger gitterlinjene ikke på en gjennomsiktig plate, men på overflaten av et speil, vil vi få et reflekterende diffraksjonsgitter. Den reflekterer forskjellige lysfarger fra forskjellige vinkler. Følgelig er det to store klasser av hologrammer - reflekterende og transmissive. De førstnevnte blir observert i reflektert lys, mens de sistnevnte er observert i gjennomlyst lys.
