Šiandien vis dažniau naudojamas holografinis vaizdas. Kai kas netgi mano, kad ilgainiui tai gali pakeisti mums žinomas komunikacijos priemones. Patinka tai ar ne, bet dabar jis aktyviai naudojamas įvairiose pramonės šakose. Pavyzdžiui, visi esame susipažinę su holografiniais lipdukais. Daugelis gamintojų juos naudoja kaip apsaugą nuo padirbinėjimo. Žemiau esančioje nuotraukoje pavaizduoti kai kurie holografiniai lipdukai. Jų naudojimas yra labai efektyvus būdas apsaugoti prekes ar dokumentus nuo klastojimo.
Holografijos studijų istorija
Trimatis vaizdas, atsirandantis dėl spindulių lūžio, buvo pradėtas tirti palyginti neseniai. Tačiau jau galime kalbėti apie jos tyrimo istorijos egzistavimą. Dennisas Gaboras, anglų mokslininkas, pirmą kartą apibrėžė holografiją 1948 m. Šis atradimas buvo labai svarbus, tačiau jo didelė reikšmė tuo metu dar nebuvo akivaizdi. 1950-aisiais dirbę mokslininkai nukentėjo nuo koherentinio šviesos š altinio, labai svarbios holografijos raidos savybės, trūkumo. Pirmasis lazerisbuvo pagamintas 1960 m. Šiuo įrenginiu galima gauti pakankamai darnios šviesos. JAV mokslininkai Juris Upatnieks ir Immet Leith panaudojo jį kurdami pirmąsias hologramas. Jų pagalba buvo gauti trimačiai objektų vaizdai.
Vėlesniais metais tyrimai buvo tęsiami. Nuo to laiko buvo paskelbta šimtai mokslinių straipsnių, nagrinėjančių holografijos sampratą, ir apie šį metodą išleista daug knygų. Tačiau šie kūriniai skirti specialistams, o ne plačiam skaitytojui. Šiame straipsnyje mes stengsimės apie viską papasakoti prieinama kalba.
Kas yra holografija
Galima pasiūlyti tokį apibrėžimą: holografija yra trimatė nuotrauka, gauta naudojant lazerį. Tačiau šis apibrėžimas nėra visiškai patenkinamas, nes yra daug kitų trimatės fotografijos rūšių. Nepaisant to, jis atspindi reikšmingiausią: holografija yra techninis metodas, leidžiantis „įrašyti“objekto išvaizdą; su jo pagalba gaunamas trimatis vaizdas, kuris atrodo kaip tikras objektas; lazerių naudojimas suvaidino lemiamą vaidmenį kuriant jį.
Holografija ir jos pritaikymai
Holografijos tyrimas leidžia išsiaiškinti daugelį su įprastine fotografija susijusių klausimų. Kaip vizualinis menas, trimatis vaizdavimas gali netgi iššūkį pastarajam, nes leidžia tiksliau ir teisingiau atspindėti jus supantį pasaulį.
Mokslininkai žmonijos istorijos epochas kartais išskiria pasitelkdami priemonesryšius, kurie buvo žinomi tam tikrais šimtmečiais. Galima kalbėti, pavyzdžiui, apie senovės Egipte egzistavusius hieroglifus, apie spaustuvės išradimą 1450 m. Ryšium su mūsų laikais stebima technologijų pažanga, dominuojančias pozicijas užėmė naujos ryšio priemonės, tokios kaip televizija ir telefonas. Nors holografinis principas dar tik pradedamas naudoti žiniasklaidoje, yra pagrindo manyti, kad juo paremti įrenginiai ateityje galės pakeisti mums žinomas komunikacijos priemones ar bent jau išplėsti jas. taikymo sritis.
Mokslinės fantastikos literatūroje ir įprastame spaudinyje holografija dažnai vaizduojama netinkama, iškreipta šviesa. Jie dažnai sukuria klaidingą nuomonę apie šį metodą. Pirmą kartą matytas tūrinis vaizdas žavi. Tačiau ne mažiau įspūdingas yra fizinis jo įrenginio veikimo principo paaiškinimas.
Trikdžių modelis
Gebėjimas matyti objektus pagrįstas tuo, kad jų lūžusios arba nuo jų atspindėtos šviesos bangos patenka į mūsų akis. Nuo kokio nors objekto atsispindėjusios šviesos bangos pasižymi bangos fronto forma, atitinkančia šio objekto formą. Tamsiųjų ir šviesių juostų (arba linijų) raštą sukuria dvi nuoseklių šviesos bangų grupės, kurios trukdo. Taip susidaro tūrinė holografija. Šiuo atveju šios juostos kiekvienu konkrečiu atveju sudaro derinį, kuris priklauso tik nuo bangų, kurios sąveikauja viena su kita, bangų frontų formos. Toksvaizdas vadinamas trukdžiais. Jis gali būti pritvirtintas, pavyzdžiui, ant fotografinės plokštės, jei jis yra vietoje, kur stebimi bangų trukdžiai.
Įvairios hologramos
Metodas, leidžiantis įrašyti (užregistruoti) nuo objekto atsispindėjusį bangos frontą, o tada jį atkurti taip, kad stebėtojui atrodytų, jog jis mato realų objektą ir yra holografija. Tai atsiranda dėl to, kad gautas vaizdas yra trimatis, kaip ir tikrasis objektas.
Yra daugybė skirtingų hologramų tipų, dėl kurių lengva susipainioti. Norint vienareikšmiškai apibrėžti tam tikrą rūšį, reikėtų vartoti keturis ar net penkis būdvardžius. Iš visų jų rinkinių apsvarstysime tik pagrindines klases, kurias naudoja šiuolaikinė holografija. Tačiau pirmiausia reikia šiek tiek pakalbėti apie tokį bangos reiškinį kaip difrakcija. Būtent ji leidžia mums sukurti (tiksliau, rekonstruoti) bangų frontą.
Difrakcija
Jei koks nors objektas yra šviesos kelyje, jis meta šešėlį. Šviesa lenkiasi aplink šį objektą, iš dalies patekdama į šešėlio sritį. Šis efektas vadinamas difrakcija. Tai paaiškinama bangine šviesos prigimtimi, tačiau gana sunku tai tiksliai paaiškinti.
Tik labai mažu kampu šviesa prasiskverbia į šešėlio sritį, todėl mes jos beveik nepastebime. Tačiau jei jo kelyje yra daug mažų kliūčių, kurių atstumas yra tik keli šviesos bangos ilgiai, šis efektas tampa gana pastebimas.
Jei bangos fronto kritimas nukrenta ant vienos didelės kliūties, atitinkama jos dalis „iškrenta“, o tai praktiškai neturi įtakos likusiam šio bangos fronto plotui. Jei jos kelyje yra daug mažų kliūčių, ji dėl difrakcijos pasikeičia taip, kad už kliūties sklindanti šviesa turės kokybiškai skirtingą bangų frontą.
Transformacija tokia stipri, kad šviesa net pradeda sklisti kita kryptimi. Pasirodo, difrakcija leidžia mums paversti pradinį bangos frontą visiškai kitokiu. Taigi difrakcija yra mechanizmas, kuriuo gauname naują bangos frontą. Prietaisas, kuris jį formuoja aukščiau nurodytu būdu, vadinamas difrakcine gardele. Pakalbėkime apie tai išsamiau.
Difrakcinė gardelė
Tai maža plokštelė su plonais tiesiais lygiagrečiais potėpiais (linijomis). Jas vieną nuo kitos skiria šimtoji ar net tūkstantoji milimetro dalis. Kas atsitiks, jei lazerio spindulys pakeliui susidurs su grotelėmis, kurias sudaro kelios neryškios tamsios ir ryškios juostelės? Dalis jo eis tiesiai per groteles, o dalis sulinks. Taip susidaro dvi naujos sijos, kurios tam tikru kampu išeina iš grotelių į pradinę siją ir išsidėsto abiejose jos pusėse. Jei vienas lazerio spindulys turi, pavyzdžiui, plokščią bangos frontą, du nauji pluoštai, suformuoti jo šonuose, taip pat turės plokščius bangos frontus. Taigi, praeinantdifrakcinės gardelės lazerio spindulį suformuojame du naujus bangų frontus (plokštus). Matyt, difrakcinę gardelę galima laikyti paprasčiausiu hologramos pavyzdžiu.
Hologramos registracija
Įvadas į pagrindinius holografijos principus turėtų prasidėti nuo dviejų plokštuminių bangų frontų tyrimo. Sąveikaudami jie sudaro interferencijos modelį, kuris įrašomas į fotografinę plokštelę, pastatytą toje pačioje vietoje kaip ekranas. Šis holografijos proceso etapas (pirmasis) vadinamas hologramos įrašymu (arba registravimu).
Vaizdo atkūrimas
Manysime, kad viena iš plokštuminių bangų yra A, o antroji yra B. Banga A vadinama atskaitos banga, o B vadinama objekto banga, ty atsispindi nuo objekto, kurio vaizdas yra fiksuotas.. Ji gali niekuo nesiskirti nuo atskaitos bangos. Tačiau kuriant trimačio realaus objekto hologramą, susidaro daug sudėtingesnis nuo objekto atsispindinčios šviesos bangos frontas.
Fotografinėje juostoje (ty difrakcinės gardelės vaizdas) pateiktas trukdžių modelis yra holograma. Jis gali būti dedamas etaloninio pirminio pluošto (lazerio šviesos pluošto su plokščiu bangos frontu) kelyje. Šiuo atveju iš abiejų pusių susidaro 2 nauji bangų frontai. Pirmasis iš jų yra tiksli objekto bangos fronto kopija, kuri sklinda ta pačia kryptimi kaip banga B. Pirmiau minėtas etapas vadinamas vaizdo rekonstrukcija.
Holografinis procesas
Dviejų sukurtas trukdžių modelisplokštumos koherentinės bangos, po jos įrašymo į fotoplokštę, tai įrenginys, leidžiantis, apšviečiant vieną iš šių bangų, atkurti kitą plokštuminę bangą. Todėl holografinis procesas susideda iš šių etapų: banginio objekto fronto registravimas ir vėlesnis „saugojimas“hologramos pavidalu (interferencinis modelis) ir jo atkūrimas po bet kurio laiko, kai atskaitos banga praeina per hologramą.
Objektyvus bangos frontas iš tikrųjų gali būti bet koks. Pavyzdžiui, jis gali atsispindėti nuo kokio nors realaus objekto, jei tuo pačiu yra koherentiškas atskaitos bangai. Interferencinis modelis, sudarytas iš bet kurių dviejų nuoseklių bangų frontų, yra įtaisas, leidžiantis dėl difrakcijos vieną iš šių frontų paversti kitu. Būtent čia slypi tokio reiškinio kaip holografija raktas. Dennisas Gaboras pirmasis atrado šią nuosavybę.
Hologramos suformuoto vaizdo stebėjimas
Mūsų laikais hologramoms skaityti pradedamas naudoti specialus įrenginys – holografinis projektorius. Tai leidžia konvertuoti vaizdą iš 2D į 3D. Tačiau norint peržiūrėti paprastas hologramas, holografinis projektorius visai nereikalingas. Trumpai pakalbėkime apie tai, kaip peržiūrėti tokius vaizdus.
Norėdami stebėti vaizdą, kurį sudaro paprasčiausia holograma, turite jį pastatyti maždaug 1 metro atstumu nuo akies. Pro difrakcinę gardelę reikia žiūrėti ta kryptimi, kuria iš jos išeina plokštumos bangos (atkurtos). Kadangi į stebėtojo akį patenka plokštumos bangos, holografinis vaizdas taip pat yra plokščias. Mums tai atrodo kaip „aklina siena“, kurią tolygiai apšviečia šviesa, kurios spalva yra tokia pati kaip ir atitinkama lazerio spinduliuotė. Kadangi ši "siena" neturi specifinių savybių, neįmanoma nustatyti, kiek ji yra. Atrodo, lyg žiūrėtum į begalybėje išsidėsčiusią pratęstą sieną, bet tuo pačiu matai tik jos dalį, kurią matai pro mažą „langelį“, tai yra hologramą. Todėl holograma yra tolygiai šviečiantis paviršius, ant kurio nepastebime nieko verto dėmesio.
Difrakcijos grotelės (holograma) leidžia stebėti kelis paprastus efektus. Jie taip pat gali būti demonstruojami naudojant kitų tipų hologramas. Praeinant pro difrakcinę gardelę, šviesos spindulys suskaidomas, susidaro du nauji pluoštai. Lazerio spinduliais galima apšviesti bet kokią difrakcinę gardelę. Šiuo atveju spinduliuotės spalva turėtų skirtis nuo tos, kuri buvo naudojama įrašant. Spalvų pluošto lenkimo kampas priklauso nuo jo spalvos. Jei jis yra raudonas (ilgiausias bangos ilgis), tada toks spindulys yra išlenktas didesniu kampu nei mėlynas spindulys, kurio bangos ilgis yra trumpiausias.
Naudodami difrakcijos gardelę galite praleisti visų spalvų mišinį, ty b altą. Šiuo atveju kiekvienas šios hologramos spalvos komponentas yra sulenktas savo kampu. Išvestis yra spektraspanašus į prizmės sukurtą.
Difrakcijos grotelių potėpių išdėstymas
Difrakcinės gardelės smūgiai turi būti daromi labai arti vienas kito, kad būtų pastebimas spindulių lenkimas. Pavyzdžiui, norint sulenkti raudoną spindulį 20°, būtina, kad atstumas tarp smūgių neviršytų 0,002 mm. Jei jie dedami arčiau, šviesos spindulys pradeda dar labiau lenkti. Šioms grotelėms „įrašyti“reikalinga fotografinė plokštelė, gebanti registruoti tokias smulkias detales. Be to, būtina, kad plokštelė išliktų visiškai nejudanti ekspozicijos metu, taip pat ir registruojant.
Nuotrauka gali būti labai susiliejusi net ir menkiausiu judesiu ir tiek, kad visiškai nesiskiria. Tokiu atveju matysime ne interferencinį raštą, o tiesiog stiklinę plokštę, vienodai juodą arba pilką visame paviršiuje. Žinoma, tokiu atveju difrakcijos efektai, kuriuos sukuria difrakcijos gardelė, nebus atkurti.
Perdavimas ir atspindinčios hologramos
Difrakcinė gardelė, kurią nagrinėjome, vadinama pralaidiąja, nes ji veikia pro ją sklindančią šviesą. Jei gardelės linijas taikysime ne ant skaidrios plokštės, o ant veidrodžio paviršiaus, gausime atspindinčią difrakcijos gardelę. Jis atspindi skirtingų spalvų šviesą iš skirtingų kampų. Atitinkamai, yra dvi didelės hologramų klasės – atspindinčios ir praleidžiančios. Pirmieji stebimi atspindėtoje šviesoje, o antrieji – praleidžiamoje šviesoje.
