Den holografiska bilden används allt mer idag. Vissa tror till och med att det så småningom kan ersätta det kommunikationsmedel som vi känner till. Gilla det eller inte, men nu används det aktivt i en mängd olika branscher. Till exempel är vi alla bekanta med holografiska klistermärken. Många tillverkare använder dem som ett skydd mot förfalskning. Bilden nedan visar några av de holografiska klistermärkena. Deras användning är ett mycket effektivt sätt att skydda varor eller dokument från förfalskning.
History of the study of holography
Den tredimensionella bilden som härrör från strålningsbrytning började studeras relativt nyligen. Men vi kan redan tala om förekomsten av en historia av dess studie. Dennis Gabor, en engelsk vetenskapsman, definierade holografi för första gången 1948. Denna upptäckt var mycket viktig, men dess stora betydelse vid den tiden var ännu inte uppenbar. Forskare som arbetade på 1950-talet led av bristen på en sammanhängande ljuskälla, en mycket viktig egenskap för utvecklingen av holografi. Första laserngjordes 1960. Med denna anordning är det möjligt att erhålla ljus med tillräcklig koherens. Juris Upatnieks och Immet Leith, amerikanska forskare, använde den för att skapa de första hologrammen. Med deras hjälp erhölls tredimensionella bilder av föremål.
Under efterföljande år fortsatte forskningen. Hundratals vetenskapliga artiklar som utforskar konceptet holografi har sedan dess publicerats, och många böcker har publicerats om metoden. Dessa verk riktar sig dock till specialister, inte till den allmänna läsaren. I den här artikeln ska vi försöka berätta om allt på ett tillgängligt språk.
Vad är holografi
Följande definition kan föreslås: holografi är ett tredimensionellt fotografi som erhålls med laser. Denna definition är dock inte helt tillfredsställande, eftersom det finns många andra typer av tredimensionell fotografering. Ändå återspeglar det det viktigaste: holografi är en teknisk metod som låter dig "spela in" utseendet på ett objekt; med dess hjälp erhålls en tredimensionell bild som ser ut som ett riktigt föremål; användningen av lasrar spelade en avgörande roll i dess utveckling.
Holografi och dess applikationer
Studiet av holografi gör att vi kan klargöra många frågor relaterade till konventionell fotografi. Som bildkonst kan tredimensionell bildbehandling till och med utmana den senare, eftersom den låter dig reflektera världen omkring dig mer exakt och korrekt.
Forskare pekar ibland ut epoker i mänsklighetens historia med hjälp av medelförbindelser som var kända under vissa århundraden. Vi kan till exempel prata om hieroglyferna som fanns i det gamla Egypten, om uppfinningen av tryckpressen 1450. I samband med de tekniska framsteg som iakttagits i vår tid har nya kommunikationsmedel, såsom tv och telefon, tagit en dominerande ställning. Även om den holografiska principen fortfarande är i sin linda när det kommer till dess användning i media, finns det skäl att tro att enheter baserade på den i framtiden kommer att kunna ersätta de kommunikationsmedel som vi känner till, eller åtminstone utöka deras omfattning.
Sci-fi-litteratur och mainstreamtryck skildrar ofta holografi i fel, förvrängt ljus. De skapar ofta en missuppfattning om denna metod. Den volymetriska bilden, som ses för första gången, fascinerar. Men inte mindre imponerande är den fysiska förklaringen av principen för dess enhet.
Interferensmönster
Förmågan att se objekt bygger på det faktum att ljusvågor, som bryts av dem eller reflekteras från dem, kommer in i vårt öga. Ljusvågor som reflekteras från något föremål kännetecknas av att vågfrontens form motsvarar formen på detta föremål. Mönstret av mörka och ljusa band (eller linjer) skapas av två grupper av koherenta ljusvågor som stör. Så här bildas en volymetrisk holografi. I det här fallet utgör dessa band i varje enskilt fall en kombination som endast beror på formen på vågfronterna för de vågor som samverkar med varandra. Sådanbilden kallas interferens. Den kan fästas, till exempel på en fotografisk platta, om den placeras på en plats där våginterferens observeras.
Många olika hologram
Metoden som låter dig spela in (registrera) vågfronten som reflekteras från objektet och sedan återställa den så att det verkar för observatören att han ser ett verkligt objekt, och är holografi. Detta är en effekt som beror på att den resulterande bilden är tredimensionell på samma sätt som det verkliga objektet.
Det finns många olika typer av hologram som är lätta att bli förvirrade över. För att entydigt definiera en viss art bör fyra eller till och med fem adjektiv användas. Av alla deras uppsättningar kommer vi bara att överväga huvudklasserna som används av modern holografi. Men först måste du prata lite om ett sådant vågfenomen som diffraktion. Det är hon som låter oss konstruera (eller snarare, rekonstruera) vågfronten.
Diffraktion
Om något föremål är i ljusets väg, kastar det en skugga. Ljus böjer sig runt det här objektet och kommer delvis in i skuggområdet. Denna effekt kallas diffraktion. Det förklaras av ljusets vågnatur, men det är ganska svårt att förklara det strikt.
Bara i en mycket liten vinkel tränger ljus in i skuggområdet, så vi märker det knappt. Men om det finns många små hinder i dess väg, avståndet mellan vilka endast är några få våglängder av ljus, blir denna effekt ganska märkbar.
Om vågfrontens fall faller på ett stort enskilt hinder, "faller motsvarande del ut", vilket praktiskt taget inte påverkar den återstående ytan av denna vågfront. Om det finns många små hinder i dess väg förändras det som ett resultat av diffraktion så att ljuset som utbreder sig bakom hindret får en kvalitativt annorlunda vågfront.
Förvandlingen är så stark att ljuset till och med börjar spridas åt andra hållet. Det visar sig att diffraktion tillåter oss att omvandla den ursprungliga vågfronten till en helt annan. Således är diffraktion den mekanism genom vilken vi får en ny vågfront. Anordningen som formar det på ovanstående sätt kallas ett diffraktionsgitter. Låt oss prata om det mer i detalj.
Diffraktionsgitter
Detta är en liten platta med tunna raka parallella drag (linjer) applicerade på den. De är separerade från varandra med en hundradel eller till och med en tusendels millimeter. Vad händer om en laserstråle möter ett galler på sin väg, som består av flera suddiga mörka och ljusa ränder? En del av det kommer att gå rakt genom gallret, och en del kommer att böjas. Sålunda bildas två nya balkar, som lämnar gallret i en viss vinkel mot den ursprungliga balken och är placerade på båda sidor om den. Om en laserstråle har till exempel en platt vågfront, kommer två nya strålar som bildas på sidorna av den också att ha plana vågfronter. Således passerar genomlaserstråle med diffraktionsgitter bildar vi två nya vågfronter (platta). Tydligen kan ett diffraktionsgitter betraktas som det enklaste exemplet på ett hologram.
Hologramregistrering
Introduktion till de grundläggande principerna för holografi bör börja med studiet av två plana vågfronter. I samverkan bildar de ett interferensmönster, som registreras på en fotografisk platta placerad på samma plats som skärmen. Detta steg i processen (det första) i holografi kallas inspelningen (eller registreringen) av hologrammet.
Bildåterställning
Vi kommer att anta att en av de plana vågorna är A, och den andra är B. Våg A kallas referensvågen och B kallas objektvågen, det vill säga reflekteras från objektet vars bild är fixerad. Den kanske inte skiljer sig på något sätt från referensvågen. Men när man skapar ett hologram av ett tredimensionellt verkligt objekt, bildas en mycket mer komplex vågfront av ljus som reflekteras från objektet.
Interferensmönstret som presenteras på fotografisk film (det vill säga bilden av ett diffraktionsgitter) är ett hologram. Den kan placeras i banan för referensprimärstrålen (en laserstråle med en platt vågfront). I detta fall bildas 2 nya vågfronter på båda sidor. Den första av dessa är en exakt kopia av objektets vågfront, som utbreder sig i samma riktning som våg B. Ovanstående stadium kallas bildrekonstruktion.
Holografisk process
Störningsmönstret skapat av tvåplana koherenta vågor, efter dess registrering på en fotografisk platta, är det en anordning som gör det möjligt att, i fallet med belysning av en av dessa vågor, återställa en annan plan våg. Den holografiska processen har därför följande steg: registrering och efterföljande "lagring" av vågobjektets front i form av ett hologram (interferensmönster), och dess återställande efter någon tidpunkt när referensvågen passerar genom hologrammet.
Den objektiva vågfronten kan faktiskt vara vad som helst. Det kan till exempel reflekteras från något verkligt objekt, om det samtidigt är koherent till referensvågen. Format av två vågfronter med koherens, är interferensmönstret en anordning som på grund av diffraktion gör det möjligt att omvandla en av dessa fronter till en annan. Det är här som nyckeln till ett sådant fenomen som holografi är gömd. Dennis Gabor var den första som upptäckte den här fastigheten.
Observation av bilden som bildas av hologrammet
I vår tid börjar en speciell anordning, en holografisk projektor, användas för att läsa hologram. Det låter dig konvertera en bild från 2D till 3D. Men för att se enkla hologram krävs inte en holografisk projektor alls. Låt oss kort prata om hur man visar sådana bilder.
För att observera bilden som bildas av det enklaste hologrammet måste du placera den på ett avstånd av cirka 1 meter från ögat. Du måste titta igenom diffraktionsgittret i den riktning som de plana vågorna (rekonstruerade) kommer ut ur det. Eftersom det är de plana vågorna som kommer in i betraktarens öga är den holografiska bilden också platt. Den framstår för oss som en "blind vägg", som är jämnt upplyst av ljus som har samma färg som motsvarande laserstrålning. Eftersom denna "vägg" saknar specifika egenskaper är det omöjligt att avgöra hur långt den är. Det verkar som om du tittar på en förlängd vägg som ligger i oändligheten, men samtidigt ser du bara en del av den, som du kan se genom ett litet "fönster", det vill säga ett hologram. Därför är ett hologram en jämnt lysande yta på vilken vi inte märker något som är värt att uppmärksammas.
Diffraktionsgitter (hologram) gör att vi kan observera flera enkla effekter. De kan också demonstreras med andra typer av hologram. Genom att passera genom diffraktionsgittret delas ljusstrålen, två nya strålar bildas. Laserstrålar kan användas för att belysa alla diffraktionsgitter. I det här fallet bör strålningen skilja sig i färg från den som användes under inspelningen. Böjningsvinkeln för en färgstråle beror på vilken färg den har. Om den är röd (den längsta våglängden), så böjs en sådan stråle i en större vinkel än den blå strålen, som har den kortaste våglängden.
Genom diffraktionsgittret kan du hoppa över en blandning av alla färger, det vill säga vitt. I det här fallet böjs varje färgkomponent i detta hologram i sin egen vinkel. Utgången är ett spektrumliknande det som skapas av ett prisma.
Diffraktionsgitterslagplacering
Diffraktionsgittrets slag bör göras mycket nära varandra så att strålarnas böjning märks. Till exempel, för att böja den röda strålen med 20°, är det nödvändigt att avståndet mellan slagen inte överstiger 0,002 mm. Om de placeras närmare börjar ljusstrålen böjas ännu mer. För att "spela in" detta galler behövs en fotografisk platta, som kan registrera så fina detaljer. Dessutom är det nödvändigt att plattan förblir helt stilla under exponeringen, såväl som under registreringen.
Bilden kan bli avsevärt suddig även med minsta rörelse, och så mycket att den blir helt omöjlig att skilja. I det här fallet kommer vi inte att se ett interferensmönster, utan helt enkelt en glasplatta, jämnt svart eller grå över hela ytan. Naturligtvis, i detta fall kommer diffraktionseffekterna som genereras av diffraktionsgittret inte att reproduceras.
Transmission och reflekterande hologram
Diffraktionsgittret vi har ansett kallas transmissivt, eftersom det verkar i ljuset som passerar genom det. Om vi applicerar gitterlinjerna inte på en transparent platta, utan på ytan av en spegel, kommer vi att få ett reflekterande diffraktionsgitter. Det reflekterar olika färger av ljus från olika vinklar. Följaktligen finns det två stora klasser av hologram - reflekterande och transmissiva. De förra observeras i reflekterat ljus, medan de senare observeras i genomsläppt ljus.
