Imaginea holografică este din ce în ce mai folosită astăzi. Unii chiar cred că poate înlocui în cele din urmă mijloacele de comunicare cunoscute nouă. Vă place sau nu, dar acum este utilizat în mod activ într-o varietate de industrii. De exemplu, suntem cu toții familiarizați cu autocolantele holografice. Mulți producători le folosesc ca mijloc de protecție împotriva contrafacerii. Fotografia de mai jos prezintă câteva dintre autocolante holografice. Utilizarea lor este o modalitate foarte eficientă de a proteja bunurile sau documentele împotriva falsificării.
Istoria studiului holografiei
Imaginea tridimensională rezultată din refracția razelor a început să fie studiată relativ recent. Cu toate acestea, putem vorbi deja despre existența unei istorii a studiului ei. Dennis Gabor, un om de știință englez, a definit pentru prima dată holografia în 1948. Această descoperire a fost foarte importantă, dar marea ei semnificație la acea vreme nu era încă evidentă. Cercetătorii care lucrau în anii 1950 au suferit din cauza lipsei unei surse de lumină coerentă, o proprietate foarte importantă pentru dezvoltarea holografiei. Primul lasera fost realizat în 1960. Cu acest dispozitiv este posibil să se obțină lumină având suficientă coerență. Juris Upatnieks și Immet Leith, oameni de știință americani, l-au folosit pentru a crea primele holograme. Cu ajutorul lor, s-au obținut imagini tridimensionale ale obiectelor.
În anii următori, cercetările au continuat. De atunci au fost publicate sute de lucrări științifice care explorează conceptul de holografie și au fost publicate multe cărți despre această metodă. Aceste lucrări se adresează însă specialiștilor, nu cititorului general. În acest articol vom încerca să spunem totul într-o limbă accesibilă.
Ce este holografia
Se poate propune următoarea definiție: holografia este o fotografie tridimensională obținută cu ajutorul unui laser. Cu toate acestea, această definiție nu este pe deplin satisfăcătoare, deoarece există multe alte tipuri de fotografie tridimensională. Cu toate acestea, reflectă cel mai semnificativ: holografia este o metodă tehnică care vă permite să „înregistrați” aspectul unui obiect; cu ajutorul ei se obține o imagine tridimensională care arată ca un obiect real; utilizarea laserelor a jucat un rol decisiv în dezvoltarea sa.
Holografia și aplicațiile sale
Studiul holografiei ne permite să clarificăm multe probleme legate de fotografia convențională. Ca artă vizuală, imagistica tridimensională poate chiar să o provoace pe cea din urmă, deoarece vă permite să reflectați lumea din jurul vostru mai precis și mai corect.
Oamenii de știință evidențiază uneori epocile din istoria omenirii prin mijloacelegături care erau cunoscute în anumite secole. Putem vorbi, de exemplu, despre hieroglifele care existau în Egiptul antic, despre inventarea tiparului în 1450. În legătură cu progresul tehnologic observat în epoca noastră, noile mijloace de comunicare, precum televiziunea și telefonul, au ocupat o poziție dominantă. Deși principiul olografic este încă la început când vine vorba de utilizarea sa în mass-media, există motive să credem că dispozitivele bazate pe acesta vor putea înlocui în viitor mijloacele de comunicare cunoscute de noi, sau cel puțin să-și extindă domeniul de aplicare.
Literatura științifico-fantastică și tipărirea mainstream descriu adesea holografia într-o lumină greșită, distorsionată. Ei creează adesea o concepție greșită despre această metodă. Imaginea volumetrică, văzută pentru prima dată, fascinează. Cu toate acestea, nu mai puțin impresionantă este explicația fizică a principiului dispozitivului său.
Model de interferență
Abilitatea de a vedea obiecte se bazează pe faptul că undele de lumină, refractate de ele sau reflectate de ele, intră în ochiul nostru. Undele de lumină reflectate de un obiect sunt caracterizate de forma frontului de undă corespunzătoare formei acestui obiect. Modelul benzilor (sau liniilor) întunecate și luminoase este creat de două grupuri de unde luminoase coerente care interferează. Așa se formează o holografie volumetrică. În acest caz, aceste benzi în fiecare caz particular constituie o combinație care depinde doar de forma fronturilor de undă ale undelor care interacționează între ele. Astfel deimaginea se numește interferență. Poate fi fixat, de exemplu, pe o placă fotografică, dacă este plasat într-un loc în care se observă interferența undelor.
Varietate de holograme
Metoda care vă permite să înregistrați (înregistrați) frontul de undă reflectat de obiect și apoi să îl restaurați astfel încât observatorului să i se pară că vede un obiect real și este holografie. Acesta este un efect datorat faptului că imaginea rezultată este tridimensională la fel ca obiectul real.
Există multe tipuri diferite de holograme despre care sunt ușor de confundat. Pentru a defini fără ambiguitate o anumită specie, ar trebui folosite patru sau chiar cinci adjective. Din tot setul lor, vom lua în considerare doar clasele principale care sunt utilizate de holografia modernă. Cu toate acestea, mai întâi trebuie să vorbiți puțin despre un astfel de fenomen de undă precum difracția. Ea este cea care ne permite să construim (sau mai bine zis, să reconstruim) frontul de undă.
Difracție
Dacă vreun obiect se află în calea luminii, aruncă o umbră. Lumina se îndoaie în jurul acestui obiect, intrând parțial în zona de umbră. Acest efect se numește difracție. Se explică prin natura ondulatorie a luminii, dar este destul de dificil de explicat strict.
Doar într-un unghi foarte mic lumina pătrunde în zona de umbră, așa că cu greu o observăm. Cu toate acestea, dacă există multe obstacole mici în calea sa, distanța dintre care este doar câteva lungimi de undă de lumină, acest efect devine destul de vizibil.
Dacă căderea frontului de undă cade pe un singur obstacol mare, partea corespunzătoare a acestuia „cade”, ceea ce practic nu afectează zona rămasă a acestui front de undă. Dacă există multe obstacole mici în calea sa, se modifică ca urmare a difracției, astfel încât lumina care se propagă în spatele obstacolului va avea un front de undă calitativ diferit.
Transformarea este atât de puternică încât lumina chiar începe să se răspândească în ceal altă direcție. Se pare că difracția ne permite să transformăm frontul de undă original într-unul complet diferit. Astfel, difracția este mecanismul prin care obținem un nou front de undă. Dispozitivul care îl formează în modul de mai sus se numește rețea de difracție. Să vorbim despre asta mai detaliat.
Rătul de difracție
Aceasta este o placă mică cu linii subțiri și drepte paralele aplicate pe ea. Sunt despărțiți unul de celăl alt cu o sutime sau chiar o miime de milimetru. Ce se întâmplă dacă o rază laser întâlnește pe drum un grătar, care constă din mai multe dungi neclare, întunecate și luminoase? O parte din el va trece direct prin grătar, iar o parte se va îndoi. Astfel, se formează două grinzi noi, care ies din grătar la un anumit unghi față de grinda originală și sunt situate pe ambele părți ale acesteia. Dacă un fascicul laser are, de exemplu, un front de undă plat, două fascicule noi formate pe părțile laterale ale acestuia vor avea, de asemenea, fronturi de undă plate. Astfel, trecând prinfascicul laser al rețelei de difracție, formăm două fronturi de undă noi (plate). Aparent, o rețea de difracție poate fi considerată cel mai simplu exemplu de hologramă.
Înregistrare hologramă
Introducerea în principiile de bază ale holografiei ar trebui să înceapă cu studiul a două fronturi de undă plane. Interacționând, ele formează un model de interferență, care este înregistrat pe o placă fotografică plasată în același loc cu ecranul. Această etapă a procesului (prima) în holografie se numește înregistrarea (sau înregistrarea) hologramei.
Restaurarea imaginii
Vom presupune că una dintre undele plane este A, iar a doua este B. Unda A se numește undă de referință, iar B se numește undă obiect, adică reflectată de obiectul a cărui imagine este fixă. Este posibil să nu difere în niciun fel de unda de referință. Cu toate acestea, atunci când se creează o hologramă a unui obiect real tridimensional, se formează un front de undă mult mai complex de lumină reflectată de obiect.
Modelul de interferență prezentat pe filmul fotografic (adică imaginea unui rețele de difracție) este o hologramă. Poate fi plasat pe calea fasciculului primar de referință (un fascicul de lumină laser cu un front de undă plat). În acest caz, se formează 2 noi fronturi de undă pe ambele părți. Prima dintre acestea este o copie exactă a frontului de undă al obiectului, care se propagă în aceeași direcție cu unda B. Etapa de mai sus se numește reconstrucție a imaginii.
Proces olografic
Modelul de interferență creat de doiunde plane coerente, după înregistrarea acesteia pe o placă fotografică, este un dispozitiv care permite, în cazul iluminării uneia dintre aceste unde, să se restabilească o altă undă plană. Procesul olografic are, așadar, următoarele etape: înregistrarea și „stocarea” ulterioară a frontului obiectului val sub forma unei holograme (model de interferență) și restabilirea acestuia după orice moment în care unda de referință trece prin hologramă.
Frontul de undă obiectiv poate fi de fapt orice. De exemplu, poate fi reflectat dintr-un obiect real, dacă în același timp este coerent cu unda de referință. Format din oricare două fronturi de undă cu coerență, modelul de interferență este un dispozitiv care permite, datorită difracției, transformarea unuia dintre aceste fronturi în altul. Aici este ascunsă cheia unui astfel de fenomen precum holografia. Dennis Gabor a fost primul care a descoperit această proprietate.
Observarea imaginii formate de holograma
În vremea noastră, un dispozitiv special, un proiector holografic, începe să fie folosit pentru a citi hologramele. Vă permite să convertiți o imagine din 2D în 3D. Cu toate acestea, pentru a vizualiza holograme simple, nu este deloc necesar un proiector holografic. Să vorbim pe scurt despre cum să vizualizați astfel de imagini.
Pentru a observa imaginea formată de cea mai simplă hologramă, trebuie să o plasați la o distanță de aproximativ 1 metru de ochi. Trebuie să priviți prin rețeaua de difracție în direcția în care ies undele plane (reconstruite). Deoarece undele plane sunt cele care intră în ochiul observatorului, imaginea holografică este, de asemenea, plată. Ni se pare ca un „perete orb”, care este iluminat uniform de lumină care are aceeași culoare cu radiația laser corespunzătoare. Deoarece acest „perete” este lipsit de caracteristici specifice, este imposibil să se determine cât de departe este. Parcă te uiți la un perete extins situat la infinit, dar în același timp vezi doar o parte din el, pe care o poți vedea printr-o mică „fereastră”, adică o hologramă. Prin urmare, o hologramă este o suprafață uniform luminoasă pe care nu observăm nimic demn de atenție.
Gretul de difracție (holograma) ne permite să observăm câteva efecte simple. Ele pot fi demonstrate și folosind alte tipuri de holograme. Trecând prin rețeaua de difracție, fasciculul de lumină este împărțit, se formează două fascicule noi. Fasciculele laser pot fi folosite pentru a ilumina orice rețea de difracție. În acest caz, radiația ar trebui să difere ca culoare față de cea utilizată în timpul înregistrării sale. Unghiul de îndoire al unui fascicul de culoare depinde de culoarea acestuia. Dacă este roșu (cea mai lungă lungime de undă), atunci un astfel de fascicul este îndoit la un unghi mai mare decât fasciculul albastru, care are cea mai scurtă lungime de undă.
Prin intermediul rețelei de difracție, puteți sări peste un amestec de toate culorile, adică alb. În acest caz, fiecare componentă de culoare a acestei holograme este îndoită în propriul unghi. Ieșirea este un spectrusimilar cu cel creat de o prismă.
Plasarea cursei cu grătar de difracție
Cursele rețelei de difracție trebuie făcute foarte aproape una de alta, astfel încât îndoirea razelor să fie vizibilă. De exemplu, pentru a îndoi fasciculul roșu cu 20°, este necesar ca distanța dintre curse să nu depășească 0,002 mm. Dacă sunt așezate mai aproape, fasciculul de lumină începe să se îndoaie și mai mult. Pentru a „înregistra” acest grătar este nevoie de o placă fotografică, capabilă să înregistreze detalii atât de fine. În plus, este necesar ca placa să rămână complet nemișcată în timpul expunerii, precum și în timpul înregistrării.
Imaginea poate fi încețoșată în mod semnificativ chiar și cu cea mai mică mișcare și atât de mult încât va fi complet imposibil de distins. În acest caz, nu vom vedea un model de interferență, ci pur și simplu o placă de sticlă, uniform neagră sau gri pe întreaga sa suprafață. Desigur, în acest caz, efectele de difracție generate de rețeaua de difracție nu vor fi reproduse.
Transmisie și holograme reflectorizante
Rețeaua de difracție pe care am considerat-o se numește transmisivă, deoarece acționează în lumina care trece prin el. Dacă aplicăm liniile de rețea nu pe o placă transparentă, ci pe suprafața unei oglinzi, vom obține un rețele de difracție reflectorizante. Reflectează diferite culori de lumină din diferite unghiuri. În consecință, există două clase mari de holograme - reflectorizante și transmisive. Primele sunt observate în lumină reflectată, în timp ce cele din urmă sunt observate în lumină transmisă.
