A holografikus képet manapság egyre gyakrabban használják. Egyesek még azt is hiszik, hogy idővel felválthatja az általunk ismert kommunikációs eszközöket. Akár tetszik, akár nem, de ma már számos iparágban aktívan használják. Például mindannyian ismerjük a holografikus matricákat. Sok gyártó használja őket a hamisítás elleni védelem eszközeként. Az alábbi képen néhány holografikus matrica látható. Használatuk nagyon hatékony módja annak, hogy megvédje az árukat vagy dokumentumokat a hamisítástól.
A holográfia tanulmányozásának története
A sugarak töréséből származó háromdimenziós képet viszonylag nemrég kezdték el tanulmányozni. Azonban már beszélhetünk tanulmányozástörténetének meglétéről. Dennis Gábor angol tudós 1948-ban határozta meg először a holográfiát. Ez a felfedezés nagyon fontos volt, de nagy jelentősége akkor még nem volt nyilvánvaló. Az 1950-es években dolgozó kutatók a koherens fényforrás hiányától szenvedtek, ami a holográfia fejlődése szempontjából nagyon fontos tulajdonság. Első lézer1960-ban készült. Ezzel az eszközzel elegendő koherenciájú fényt lehet előállítani. Juris Upatnieks és Immet Leith amerikai tudósok felhasználták az első hologramok elkészítéséhez. Segítségükkel háromdimenziós képek készültek a tárgyakról.
A következő években a kutatás folytatódott. A holográfia fogalmát feltáró tudományos közlemények százai jelentek meg azóta, és sok könyv is megjelent a módszerről. Ezek a művek azonban a szakembereknek szólnak, nem az általános olvasóknak. Ebben a cikkben megpróbálunk mindent elérhető nyelven elmondani.
Mi a holográfia
A következő meghatározás javasolható: a holográfia egy lézerrel készített háromdimenziós fénykép. Ez a meghatározás azonban nem teljesen kielégítő, mivel számos más típusú háromdimenziós fényképezés létezik. Ennek ellenére a legjelentősebbet tükrözi: a holográfia olyan technikai módszer, amely lehetővé teszi egy tárgy megjelenésének "rögzítését"; segítségével háromdimenziós képet kapunk, amely úgy néz ki, mint egy valódi tárgy; kialakításában a lézerek alkalmazása döntő szerepet játszott.
Holográfia és alkalmazásai
A holográfia tanulmányozása lehetővé teszi számunkra, hogy tisztázzuk a hagyományos fényképezéssel kapcsolatos számos kérdést. Vizuális művészetként a háromdimenziós képalkotás akár kihívást is jelenthet ez utóbbinak, mivel pontosabban és helyesebben tükrözi vissza a körülötted lévő világot.
A tudósok időnként eszközökkel különítenek el korszakokat az emberiség történetébenbizonyos évszázadokban ismert kapcsolatokat. Beszélhetünk például az ókori Egyiptomban létező hieroglifákról, a nyomdagép 1450-es feltalálásáról. A korunkban megfigyelhető technológiai fejlődés kapcsán az új kommunikációs eszközök, mint a televízió és a telefon kerültek domináns pozícióba. Bár a holografikus elv még gyerekcipőben jár, ami a médiában való felhasználását illeti, okkal feltételezhető, hogy az erre épülő eszközök a jövőben képesek lesznek az általunk ismert kommunikációs eszközök helyére, vagy legalábbis bővítésére. hatálya.
A sci-fi irodalom és a mainstream print gyakran rossz, torz megvilágításban jeleníti meg a holográfiát. Gyakran tévhitet keltenek ezzel a módszerrel kapcsolatban. Az első alkalommal látott volumetrikus kép lenyűgöz. Nem kevésbé lenyűgöző azonban az eszköz működési elvének fizikai magyarázata.
Interferenciaminta
A tárgyak látásának képessége azon a tényen alapszik, hogy az általuk megtört vagy róluk visszaverődő fényhullámok bejutnak a szemünkbe. Valamely tárgyról visszaverődő fényhullámokat az adott tárgy alakjának megfelelő hullámfront alakja jellemzi. A sötét és világos sávok (vagy vonalak) mintázatát koherens fényhullámok két csoportja hozza létre, amelyek interferálnak. Így jön létre a volumetrikus holográfia. Ebben az esetben ezek a sávok minden egyes esetben olyan kombinációt alkotnak, amely csak az egymással kölcsönhatásba lépő hullámok hullámfrontjainak alakjától függ. Ilyena képet interferenciának nevezik. Rögzíthető például egy fényképező lemezre, ha olyan helyre helyezzük, ahol hulláminterferenciát észlelnek.
Változatos hologramok
A módszer, amely lehetővé teszi az objektumról visszaverődő hullámfront rögzítését (regisztrálását), majd visszaállítását úgy, hogy a megfigyelő számára úgy tűnjön, hogy valódi tárgyat lát, és holográfia. Ez annak köszönhető, hogy az eredményül kapott kép ugyanúgy háromdimenziós, mint a valódi tárgy.
Sok különböző típusú hologram létezik, amelyekben könnyű összetéveszteni. Egy adott faj egyértelmű meghatározásához négy vagy akár öt jelzőt kell használni. Az összes készletük közül csak a modern holográfia által használt főbb osztályokat vesszük figyelembe. Először azonban beszélnie kell egy kicsit olyan hullámjelenségről, mint a diffrakció. Ő az, aki lehetővé teszi számunkra, hogy megkonstruáljuk (vagy inkább rekonstruáljuk) a hullámfrontot.
Diffrakció
Ha bármely tárgy a fény útján van, árnyékot vet. A fény az objektum köré hajlik, részben behatol az árnyékos területbe. Ezt a hatást diffrakciónak nevezik. Ezt a fény hullámtermészete magyarázza, de szigorúan megmagyarázni meglehetősen nehéz.
A fény csak nagyon kis szögben hatol be az árnyékterületen, ezért alig vesszük észre. Ha azonban sok apró akadály van az útjában, amelyek közötti távolság csak néhány fényhullámhossz, akkor ez a hatás nagyon észrevehetővé válik.
Ha a hullámfront esése egyetlen nagy akadályra esik, akkor annak megfelelő része "kiesik", ami gyakorlatilag nem befolyásolja ennek a hullámfrontnak a fennmaradó területét. Ha sok apró akadály van az útjában, az a diffrakció hatására megváltozik, így az akadály mögött terjedő fénynek minőségileg eltérő hullámfrontja lesz.
Az átalakulás olyan erős, hogy a fény még a másik irányba is kezd terjedni. Kiderült, hogy a diffrakció lehetővé teszi számunkra, hogy az eredeti hullámfrontot teljesen mássá alakítsuk. Így a diffrakció az a mechanizmus, amellyel új hullámfrontot kapunk. Az azt a fenti módon kialakító eszközt diffrakciós rácsnak nevezzük. Beszéljünk róla részletesebben.
Diffrakciós rács
Ez egy kis tányér vékony, egyenes párhuzamos vonásokkal (vonalakkal). Század vagy akár ezred milliméter választja el őket egymástól. Mi történik, ha egy lézersugár útközben találkozik egy ráccsal, amely több elmosódott, sötét és világos csíkból áll? Egy része egyenesen átmegy a rácson, egy része pedig meggörbül. Így két új gerenda keletkezik, amelyek az eredeti gerendához képest bizonyos szögben lépnek ki a rácsból és annak két oldalán helyezkednek el. Ha egy lézersugárnak például sík hullámfrontja van, akkor az oldalain kialakított két új sugárnak is lapos hullámfrontja lesz. Így áthaladvadiffrakciós rácsos lézersugárral két új hullámfrontot képezünk (lapos). Úgy tűnik, a diffrakciós rács tekinthető a hologram legegyszerűbb példájának.
Hologram regisztráció
A holográfia alapelveibe való bevezetést két sík hullámfront tanulmányozásával kell kezdeni. Kölcsönhatásban interferenciamintázatot alkotnak, amelyet a képernyővel egy helyen elhelyezett fotólemezre rögzítenek. A folyamat ezen szakaszát (az elsőt) a holográfiában a hologram rögzítésének (vagy regisztrálásának) nevezik.
Kép-helyreállítás
Feltételezzük, hogy az egyik síkhullám A, a második pedig B. Az A hullámot referenciahullámnak, a B-t pedig tárgyhullámnak nevezzük, vagyis visszaverődik arról a tárgyról, amelynek képe rögzített. Ez semmiben sem térhet el a referenciahullámtól. Egy háromdimenziós valós tárgy hologramjának létrehozásakor azonban a tárgyról visszaverődő fény sokkal összetettebb hullámfrontja jön létre.
A fényképészeti filmen (vagyis egy diffrakciós rács képe) bemutatott interferenciamintázat hologram. A referencia elsődleges sugár (lapos hullámfronttal rendelkező lézerfénysugár) útjába helyezhető. Ebben az esetben mindkét oldalon 2 új hullámfront alakul ki. Az első ezek közül az objektum hullámfrontjának pontos másolata, amely ugyanabban az irányban terjed, mint a B hullám. A fenti szakaszt képrekonstrukciónak nevezzük.
Holográfiai folyamat
A kettő által létrehozott interferenciamintasík koherens hullámok, fényképészeti lemezre történő rögzítése után ez egy olyan eszköz, amely ezen hullámok egyikének megvilágítása esetén egy másik síkhullám helyreállítását teszi lehetővé. A holografikus folyamat tehát a következő szakaszokból áll: a hullámobjektum frontjának regisztrálása és ezt követő „tárolása” hologram (interferenciaminta) formájában, és helyreállítása bármely időpont után, amikor a referenciahullám áthalad a hologramon.
Az objektív hullámfront valójában bármi lehet. Például visszaverődhet valamilyen valós objektumról, ha ugyanakkor koherens a referenciahullámmal. Bármely két hullámfront alkotja koherenciával, az interferencia-minta egy olyan eszköz, amely lehetővé teszi, hogy a diffrakció miatt az egyik frontot a másikba alakítsuk. Itt van elrejtve egy olyan jelenség kulcsa, mint a holográfia. Gábor Dennis volt az első, aki felfedezte ezt az ingatlant.
A hologram által alkotott kép megfigyelése
A mi korunkban egy speciális eszközt, egy holografikus kivetítőt kezdenek használni hologramok olvasására. Lehetővé teszi a kép 2D-ből 3D-be konvertálását. Az egyszerű hologramok megtekintéséhez azonban egyáltalán nincs szükség holografikus kivetítőre. Röviden beszéljünk az ilyen képek megtekintéséről.
A legegyszerűbb hologram által alkotott kép megfigyeléséhez körülbelül 1 méter távolságra kell elhelyeznie a szemtől. A diffrakciós rácson át kell nézni abba az irányba, amerre a síkhullámok (rekonstruálva) kijönnek belőle. Mivel a síkhullámok lépnek be a megfigyelő szemébe, a holografikus kép is lapos. Úgy tűnik számunkra, mint egy „vakfal”, amelyet egyenletesen megvilágít a megfelelő lézersugárzással megegyező színű fény. Mivel ez a „fal” mentes a sajátosságoktól, lehetetlen meghatározni, milyen messze van. Úgy tűnik, mintha a végtelenben elhelyezkedő kiterjesztett falat nézné, ugyanakkor annak csak egy részét látja, amit egy kis "ablakon", azaz egy hologramon keresztül láthat. Ezért a hologram egy egyenletesen világító felület, amelyen nem veszünk észre semmi figyelemre méltót.
A diffrakciós rács (hologram) lehetővé teszi számos egyszerű hatás megfigyelését. Más típusú hologramokkal is bemutathatók. A diffrakciós rácson áthaladva a fénysugár felhasad, két új sugár keletkezik. A lézersugarak bármilyen diffrakciós rács megvilágítására használhatók. Ebben az esetben a sugárzásnak el kell térnie a felvétele során használt színtől. A színsugár hajlítási szöge attól függ, hogy milyen színű. Ha vörös (a leghosszabb hullámhosszú), akkor az ilyen sugár nagyobb szögben van meghajlítva, mint a kék sugár, amelynek a legrövidebb a hullámhossza.
A diffrakciós rácson keresztül kihagyhatja az összes szín keverékét, azaz a fehéret. Ebben az esetben ennek a hologramnak minden egyes színösszetevője a saját szögében meg van hajlítva. A kimenet egy spektrumhasonló a prizma által létrehozotthoz.
Diffrakciós rács körvonal elhelyezése
A diffrakciós rács ütéseit nagyon közel kell tenni egymáshoz, hogy a sugarak elhajlása észrevehető legyen. Például a vörös gerenda 20°-os hajlításához szükséges, hogy a löketek közötti távolság ne haladja meg a 0,002 mm-t. Ha közelebb helyezik őket, a fénysugár még jobban meghajlik. Ennek a rácsnak a "rögzítéséhez" egy fényképező lemezre van szükség, amely képes ilyen finom részletek rögzítésére. Ezenkívül szükséges, hogy a lemez teljesen mozdulatlan maradjon az expozíció, valamint a regisztráció során.
A kép a legkisebb mozdulattal is jelentősen elmosódhat, és olyannyira, hogy teljesen megkülönböztethetetlen lesz. Ebben az esetben nem interferenciamintázatot fogunk látni, hanem egyszerűen egy üveglapot, amely a teljes felületén egyenletesen fekete vagy szürke. Természetesen ebben az esetben a diffrakciós rács által generált diffrakciós hatások nem reprodukálódnak.
Átviteli és fényvisszaverő hologramok
Az általunk vizsgált diffrakciós rácsot transzmisszívnek nevezzük, mivel a rajta áthaladó fényben hat. Ha nem átlátszó lemezre, hanem tükör felületére visszük fel a rácsvonalakat, akkor fényvisszaverő diffrakciós rácsot kapunk. Különböző szögekből, különböző színű fényt veri vissza. Ennek megfelelően a hologramoknak két nagy osztálya van - a tükröző és az áteresztő. Az előbbieket visszavert fényben, míg az utóbbiakat áteresztett fényben figyeljük meg.
