Holografska slika se danes vse pogosteje uporablja. Nekateri celo verjamejo, da lahko sčasoma nadomesti nam znana komunikacijska sredstva. Všeč ali ne, zdaj pa se aktivno uporablja v različnih panogah. Na primer, vsi poznamo holografske nalepke. Mnogi proizvajalci jih uporabljajo kot sredstvo za zaščito pred ponarejanjem. Spodnja fotografija prikazuje nekaj holografskih nalepk. Njihova uporaba je zelo učinkovit način za zaščito blaga ali dokumentov pred ponarejanjem.
Zgodovina študija holografije
Tridimenzionalno sliko, ki nastane zaradi loma žarkov, so začeli preučevati relativno nedavno. Lahko pa že govorimo o obstoju zgodovine njenega preučevanja. Dennis Gabor, angleški znanstvenik, je prvič opredelil holografijo leta 1948. To odkritje je bilo zelo pomembno, vendar njegov velik pomen takrat še ni bil očiten. Raziskovalci, ki so delali v petdesetih letih prejšnjega stoletja, so trpeli zaradi pomanjkanja koherentnega svetlobnega vira, ki je zelo pomembna lastnost za razvoj holografije. Prvi laserje bila izdelana leta 1960. S to napravo je mogoče pridobiti svetlobo z zadostno koherentnostjo. Juris Upatnieks in Immet Leith, ameriška znanstvenika, sta ga uporabila za ustvarjanje prvih hologramov. Z njihovo pomočjo so bile pridobljene tridimenzionalne slike predmetov.
V naslednjih letih so se raziskave nadaljevale. Od takrat je bilo objavljenih na stotine znanstvenih člankov, ki raziskujejo koncept holografije, in veliko knjig o tej metodi. Vendar so ta dela naslovljena na strokovnjake, ne na splošnega bralca. V tem članku bomo poskušali povedati o vsem v dostopnem jeziku.
Kaj je holografija
Predlagamo lahko naslednjo definicijo: holografija je tridimenzionalna fotografija, pridobljena z laserjem. Vendar ta definicija ni povsem zadovoljiva, saj obstaja veliko drugih vrst tridimenzionalne fotografije. Kljub temu odraža najpomembnejše: holografija je tehnična metoda, ki omogoča "snemanje" videza predmeta; z njegovo pomočjo dobimo tridimenzionalno sliko, ki je videti kot pravi predmet; uporaba laserja je imela odločilno vlogo pri njegovem razvoju.
Holografija in njene aplikacije
Študija holografije nam omogoča, da razjasnimo številna vprašanja, povezana s konvencionalno fotografijo. Kot vizualna umetnost lahko tridimenzionalno slikanje celo izpodbija slednje, saj vam omogoča, da natančneje in pravilneje odražate svet okoli sebe.
Znanstveniki včasih s sredstvi izpostavijo obdobja v zgodovini človeštvapovezav, ki so bile znane v določenih stoletjih. Govorimo lahko na primer o hieroglifih, ki so obstajali v starem Egiptu, o izumu tiskarskega stroja leta 1450. V povezavi s tehnološkim napredkom, ki ga opazimo v našem času, so prevladujoče mesto zavzela nova komunikacijska sredstva, kot sta televizija in telefon. Čeprav je holografski princip pri uporabi v medijih še v povojih, obstajajo razlogi za domnevo, da bodo naprave, ki temeljijo na njem, v prihodnosti lahko nadomestile nam znana komunikacijska sredstva ali vsaj razširile njihovo obseg.
Sci-fi literatura in mainstream tisk pogosto prikazujeta holografijo v napačni, popačeni luči. Pogosto ustvarijo napačno predstavo o tej metodi. Prvič videna volumetrična podoba očara. Vendar ni nič manj impresivna fizična razlaga principa njegove naprave.
interferenčni vzorec
Zmožnost videti predmete temelji na dejstvu, da svetlobni valovi, ki se od njih lomijo ali se od njih odbijejo, vstopajo v naše oko. Za svetlobne valove, ki se odbijajo od nekega predmeta, je značilna oblika valovne fronte, ki ustreza obliki tega predmeta. Vzorec temnih in svetlih pasov (ali črt) ustvarjata dve skupini koherentnih svetlobnih valov, ki interferirata. Tako nastane volumetrična holografija. V tem primeru ti pasovi v vsakem posameznem primeru tvorijo kombinacijo, ki je odvisna samo od oblike valovnih front valov, ki medsebojno delujejo. Takšneslika se imenuje interferenca. Lahko se pritrdi na primer na fotografsko ploščo, če je nameščena na mestu, kjer opazimo motnje valov.
Različica hologramov
Metoda, ki vam omogoča snemanje (registriranje) valovne fronte, ki se odbija od predmeta, in jo nato obnovite tako, da se opazovalcu zdi, da vidi pravi predmet, in je holografija. To je učinek zaradi dejstva, da je nastala slika tridimenzionalna na enak način kot pravi predmet.
Obstaja veliko različnih vrst hologramov, pri katerih se zlahka zmedete. Za nedvoumno opredelitev določene vrste je treba uporabiti štiri ali celo pet pridevnikov. Od vsega njihovega nabora bomo upoštevali le glavne razrede, ki jih uporablja sodobna holografija. Vendar pa morate najprej malo spregovoriti o takem pojavu valov, kot je difrakcija. Prav ona nam omogoča, da konstruiramo (ali bolje rečeno rekonstruiramo) valovno fronto.
Difrakcija
Če je kateri koli predmet na poti svetlobe, meče senco. Svetloba se upogne okoli tega predmeta in delno vstopi v območje sence. Ta učinek se imenuje difrakcija. Pojasnjuje jo valovna narava svetlobe, vendar jo je precej težko natančno razložiti.
Le pod zelo majhnim kotom svetloba prodre v območje sence, zato je skoraj ne opazimo. Če pa je na njeni poti veliko majhnih ovir, med katerimi je le nekaj valovnih dolžin svetlobe, postane ta učinek precej opazen.
Če padec valovne fronte pade na veliko posamezno oviro, njen ustrezni del "izpade", kar praktično ne vpliva na preostalo območje te fronte valovanja. Če je na njeni poti veliko majhnih ovir, se zaradi difrakcije spremeni tako, da bo imela svetloba, ki se širi za oviro, kvalitativno drugačno valovno fronto.
Preobrazba je tako močna, da se svetloba začne celo širiti v drugo smer. Izkazalo se je, da nam difrakcija omogoča preoblikovanje izvirne valovne fronte v popolnoma drugačno. Tako je difrakcija mehanizem, s katerim dobimo novo valovno fronto. Naprava, ki jo tvori na zgornji način, se imenuje difrakcijska rešetka. Pogovorimo se o tem podrobneje.
Difrakcijska rešetka
To je majhna plošča s tankimi ravnimi vzporednimi črtami (črtami), ki so nanesene nanjo. Med seboj so ločeni za stotinko ali celo tisočinko milimetra. Kaj se zgodi, če laserski žarek na svoji poti sreča rešetko, ki je sestavljena iz več zamegljenih temnih in svetlih črt? Del bo šel naravnost skozi rešetko, del pa se bo upognil. Tako nastaneta dva nova žarka, ki izstopata iz rešetke pod določenim kotom glede na prvotni žarek in se nahajata na obeh straneh le-te. Če ima en laserski žarek na primer ravno valovno fronto, bosta imela dva nova žarka, oblikovana na njegovih straneh, ravno valovno fronto. Tako mimolaserskega žarka z difrakcijsko rešetko, tvorimo dve novi valovni fronti (plosko). Očitno lahko difrakcijsko rešetko štejemo za najpreprostejši primer holograma.
Registracija holograma
Uvod v osnovna načela holografije naj se začne s preučevanjem dveh front ravnih valov. Med interakcijo tvorijo interferenčni vzorec, ki je posnet na fotografski plošči, nameščeni na istem mestu kot zaslon. Ta stopnja procesa (prva) v holografiji se imenuje snemanje (ali registracija) holograma.
obnova slike
Predpostavili bomo, da je eden od ravninskih valov A, drugi pa B. Val A se imenuje referenčni val, B pa objektni val, to je, da se odbija od predmeta, katerega slika je fiksna. Ne sme se v ničemer razlikovati od referenčnega vala. Vendar se pri ustvarjanju holograma tridimenzionalnega resničnega predmeta oblikuje veliko bolj kompleksna valovna fronta svetlobe, ki se odbija od predmeta.
Interferenčni vzorec, predstavljen na fotografskem filmu (to je slika difrakcijske rešetke) je hologram. Lahko se postavi na pot referenčnega primarnega žarka (žarek laserske svetlobe z ravno valovno fronto). V tem primeru se na obeh straneh oblikujeta 2 novi valovni fronti. Prva od teh je natančna kopija sprednje valovne fronte objekta, ki se širi v isti smeri kot val B. Zgornja faza se imenuje rekonstrukcija slike.
Holografski postopek
Interferenčni vzorec, ki sta ga ustvarila dvaravninski koherentni valovi, po zapisu na fotografsko ploščo, je naprava, ki omogoča, da v primeru osvetlitve enega od teh valov obnovimo še en ravni val. Holografski proces ima torej naslednje stopnje: registracija in naknadno "shranjevanje" fronte valovnega predmeta v obliki holograma (interferenčni vzorec) in njegova obnova po vsakem trenutku, ko referenčni val preide skozi hologram.
Front objektivnega valovanja je pravzaprav lahko karkoli. Na primer, lahko se odbije od nekega resničnega predmeta, če je hkrati koherenten z referenčnim valom. Interferenčni vzorec, ki ga tvorita kateri koli dve valovni fronti s koherentnostjo, je naprava, ki zaradi difrakcije omogoča preoblikovanje ene od teh front v drugo. Tu se skriva ključ do takšnega pojava, kot je holografija. Dennis Gabor je prvi odkril to lastnino.
Opazovanje slike, ki jo tvori hologram
V našem času se za branje hologramov začenja uporabljati posebna naprava, holografski projektor. Omogoča vam pretvorbo slike iz 2D v 3D. Vendar za ogled preprostih hologramov holografski projektor sploh ni potreben. Na kratko se pogovorimo o tem, kako si takšne slike ogledamo.
Če želite opazovati sliko, ki jo tvori najpreprostejši hologram, jo morate postaviti na razdaljo približno 1 meter od očesa. Skozi difrakcijsko rešetko morate pogledati v smeri, v kateri iz nje prihajajo (rekonstruirani) ravni valovi. Ker so ravno valovi tisti, ki vstopajo v opazovalčevo oko, je tudi holografska slika ravna. Zdi se nam kot "slepa stena", ki je enakomerno osvetljena s svetlobo, ki je enake barve kot pripadajoče lasersko sevanje. Ker je ta "zid" brez posebnih lastnosti, je nemogoče ugotoviti, kako daleč je. Zdi se, kot da gledate v razširjeno steno, ki se nahaja v neskončnosti, a hkrati vidite le njen del, ki ga lahko vidite skozi majhno »okno«, torej hologram. Zato je hologram enakomerno svetleča površina, na kateri ne opazimo ničesar vrednega pozornosti.
Difrakcijska rešetka (hologram) nam omogoča opazovanje več preprostih učinkov. Lahko jih prikažemo tudi z drugimi vrstami hologramov. Ko prehaja skozi uklonsko rešetko, se svetlobni žarek razdeli, nastaneta dva nova žarka. Laserski žarki se lahko uporabljajo za osvetlitev katere koli difrakcijske rešetke. V tem primeru se mora sevanje po barvi razlikovati od tiste, ki je bila uporabljena med snemanjem. Upogibni kot barvnega žarka je odvisen od barve, ki jo ima. Če je rdeč (najdaljša valovna dolžina), je tak žarek upognjen pod večjim kotom kot modri žarek, ki ima najkrajšo valovno dolžino.
Skozi difrakcijsko rešetko lahko preskočite mešanico vseh barv, to je belo. V tem primeru je vsaka barvna komponenta tega holograma upognjena pod svojim kotom. Izhod je spekterpodobno tistemu, ki ga ustvari prizma.
Postavitev poteza difrakcijske rešetke
Poteze difrakcijske rešetke je treba narediti zelo blizu drug drugemu, tako da je upogibanje žarkov opazno. Na primer, za upogibanje rdečega žarka za 20 ° je potrebno, da razdalja med potezami ne presega 0,002 mm. Če so nameščeni bližje, se svetlobni žarek začne še bolj upogibati. Za "snemanje" te rešetke je potrebna fotografska plošča, ki je sposobna registrirati tako drobne podrobnosti. Poleg tega je potrebno, da plošča ostane popolnoma mirna med osvetlitvijo, pa tudi med registracijo.
Slika je lahko že ob najmanjšem gibanju občutno zamegljena, in to tako zelo, da je popolnoma nerazločljiva. V tem primeru ne bomo videli interferenčnega vzorca, ampak preprosto stekleno ploščo, enakomerno črno ali sivo po celotni površini. Seveda se v tem primeru difrakcijski učinki, ki jih ustvarja uklonska rešetka, ne bodo reproducirali.
transmisijski in odsevni hologrami
Difrakcijska rešetka, ki smo jo obravnavali, se imenuje transmisivna, saj deluje v svetlobi, ki prehaja skozi njo. Če rešetkastih črt ne nanesemo na prozorno ploščo, temveč na površino zrcala, bomo dobili odsevno difrakcijsko rešetko. Odseva različne barve svetlobe iz različnih zornih kotov. V skladu s tem obstajata dva velika razreda hologramov - odsevni in transmisijski. Prve opazimo v odbiti svetlobi, druge pa v prepuščeni svetlobi.
