Holografija je ... Koncept, načelo delovanja, uporaba

Holografska slika se vedno bolj uporablja. Nekateri celo verjamejo, da lahko sčasoma nadomestijo znana komunikacijska sredstva. Torej ali ne, toda že zdaj se aktivno uporablja v najbolj različnih vejah. Na primer, vsi poznamo holografske nalepke. Številni proizvajalci jih uporabljajo kot sredstvo za zaščito pred ponarejanjem. Spodnja slika prikazuje nekaj holografskih nalepk. Njihova uporaba je zelo učinkovit način zaščite blaga ali dokumentov pred ponarejanjem.

Zgodovina študija holografije

Tridimenzionalna slika, dobljena kot posledica refrakcije žarkov, se je začela preučevati relativno nedavno. Vendar pa lahko že govorimo o obstoju zgodovine njegove študije. Dennis Gabor, angleški znanstvenik, je leta 1948 prvič ugotovil, kakšna je holografija. To odkritje je bilo zelo pomembno, vendar njegov velik pomen v tistem času še ni bil očiten. Raziskovalci, ki so delali v 50. letih prejšnjega stoletja, trpijo zaradi odsotnosti svetlobnega vira s skladnostjo, ki je zelo pomembna lastnost za razvoj holografije. Prvi laser je bil izdelan leta 1960. S to napravo je mogoče pridobiti svetlobo z zadostno skladnostjo. Juris Upatnieks in Immet Leith, ameriški znanstveniki, so ga uporabili za izdelavo prvih hologramov. S pomočjo so bile pridobljene tridimenzionalne podobe predmetov.

V naslednjih letih se je nadaljevala raziskava. Že od tedaj je bilo objavljenih več sto znanstvenih člankov, v katerih je bil proučen koncept holografije, in številne knjige, posvečene tej metodi, so bile objavljene. Vendar pa so ta dela naslovljena na strokovnjake in ne na splošnega bralca. V tem članku bomo poskušali govoriti o vsem, kar je na voljo v jeziku.

Kaj je holografija?

Lahko predlagamo naslednjo definicijo: holografija je volumetrična fotografija, pridobljena z laserjem. Vendar ta opredelitev ni povsem zadovoljiva, saj obstaja veliko drugih vrst tridimenzionalne fotografije. Vendar pa kaže najbolj pomembno: holografsko - tehnični način, ki omogoča, da "zapis" na videz obekta- uporabite za pridobitev tridimenzionalno sliko, ki izgleda, kot da je bil pravi predmet- uporaba laserjev ključnega pomena za njen razvoj.

Holografija in njegova uporaba

Študija holografije omogoča razjasnitev številnih vprašanj, povezanih z običajno fotografijo. Kot vizualna umetnost lahko 3D-slika celo izzove slednje, saj vam omogoča, da natančneje in pravilno odražajo okoliški svet.

Znanstveniki včasih razlikujeta epohe v zgodovini človeštva s komunikacijo, ki je bila znana v tistih ali drugem stoletju. Na primer, recimo o hieroglih, ki obstajajo v starem Egiptu, o izumu leta 1450 tiskarski tisk. V povezavi s tehničnim napredkom v našem času so prevladujoči položaj prevzeli nova sredstva komuniciranja, kot sta televizija in telefoni. Čeprav je holografsko načelo še vedno v povojih, če govorimo o njegovi uporabi v medijih, obstajajo razlogi za domnevo, da lahko pripomočki, ki temeljijo na njej, v prihodnosti nadomestijo znana komunikacijska sredstva ali vsaj razširijo obseg njihove uporabe.

Sci-fi literature in masovni tisk pogosto predstavljajo holografijo v nepravilni, izkrivljeni luči. Pogosto ustvarijo napačno razlago o tej metodi. Volumetrična podoba, ki se prvič vidi, kreten. Vendar fizična razlaga načela njegove strukture ni nič manj impresivna.

Interferenčni vzorec

Sposobnost gledanja predmetov temelji na dejstvu, da svetlobni valovi, ki so jih lomili ali odražali od njih, padejo v naše oči. Za svetlobne valove, ki so odsevani iz predmeta, je značilna oblika sprednjega valovanja, ki ustreza obliki tega predmeta. Slika temnih in lahkih pasov (ali vrstic) ustvarja dve skupini svetlih koherentnih valov, ki motijo. Tako se oblikuje holografija volumna. V tem primeru so ti pasovi v vsakem posameznem primeru kombinacija, ki je odvisna le od oblike valovnih robov valov, ki medsebojno kombinirajo. Ta slika se imenuje motenje. Lahko ga pritrdite, na primer na fotografsko ploščo, če jo postavite na mesto, kjer je motenje valov.

Raznolikost hologramov

Na način, ki omogoča snemanje (zapis) valovnega vala, ki se odraža od predmeta, nato pa ga obnovite, tako da opazovalec misli, da vidi pravi predmet in je holografija. To je učinek, ki ga razlaga dejstvo, da je nastala slika tridimenzionalna v enakem obsegu kot pravi predmet.

Obstaja veliko različnih vrst hologramov, v katerih je zlahka zmedeno. Za enolično identifikacijo določene vrste morate uporabiti štiri ali celo pet pridevnikov. Od vseh svojih mnogih bomo upoštevali le glavne razrede, ki jih uporablja moderna holografija. Najprej pa moramo nekaj povedati o takšnem pojavu valov kot difrakcija. Omogoča nam zgraditi (ali bolje rekonstituirati) valovno fronto.

Difrakcija

Če je predmet na poti svetlobe, odda senco. Svetloba gre okoli tega predmeta, ki se delno nahaja v senci. Ta učinek imenujemo difrakcija. To je razloženo z valovno naravo svetlobe, vendar je strogo težko razložiti strogo.

Le v zelo majhnem kotu svetloba prodira v senci, zato je skoraj ne opazimo. Če pa je na njegovi poti veliko majhnih ovir, so razdalje med njimi le nekaj valovnih dolžin svetlobnega valovanja, ta učinek postane zelo opazen.

Če sprednji val spada na veliko eno oviro, se njegov ustrezni del pade, kar praktično ne vpliva na preostalo regijo danega vala. Če je veliko majhnih ovir na poti, se spremeni zaradi difrakcije, tako da bo svetloba, ki se razprostira preko ovire, imela kvalitativno drugačno valovno ploskev.

Transformacija je tako močna, da se svetloba začne širiti v drugi smeri. Izkazalo se je, da difrakcija omogoča, da izvirno valovno fronto pretvorimo v povsem drugačen od njega. Tako je difrakcija mehanizem, s katerim dobimo novo valovno sprednjo stran. Naprava, ki jo oblikuje na zgoraj opisani način, se imenuje difrakcijska mreža. Govorimo o tem podrobneje.

Diferenčna rešetka

To je majhna plošča s tankimi ravnimi vzporednimi vzporednimi črtami (črtami) na njem. Razdeli so jih za sto ali celo tisoč milimetrov. Kaj se zgodi, če laserski žarek na svoji poti ustreza rešetki, ki je sestavljena iz več nejasnih temnih in svetlih pasov? Njen del bo šel naravnost skozi rešetko in delno upognjen. Tako nastanejo dve novi žarki, ki pustijo rešetko pod določenim kotom na prvotni žarek in so na obeh straneh. V primeru, da ima en laserski žarek na primer ravno prednjo sprednjo stran, bodo imenovane tudi nove žarke, oblikovane bočno od nje, prav tako imele ravne vogale. Tako s prevažanjem laserskega žarka skozi difrakcijsko mrežo tvori dva nova vala (ravna). Očitno je, da je difrakcijska mreža lahko najpreprostejši primer holograma.

Registracija holograma

Uvod v osnovna načela holografije se mora začeti s preučevanjem dveh ravninskih valov. Medsebojno vplivajo, da tvorijo interferenčni vzorec, ki je zapisan na fotografski plošči, nameščeni na istem mestu kot na zaslonu. Ta stopnja procesa (prvi) v holografiji se imenuje snemanje (ali snemanje) holograma.

Izterjava slike

Predpostavljamo, da je eden od ravninskih valov A, drugi pa B. Val A se imenuje referenčni val, B pa je objektni val, ki se odraža od predmeta, katerega slika je določena. Ničesar ne more odstopati od referenčnega vala. Vendar pa se pri ustvarjanju holograma tridimenzionalnega resničnega predmeta oblikuje precej kompleksnejši valov prednji del svetlobe, ki se odseva iz predmeta.

Interferenčni vzorec, predstavljen na fotografskem filmu (to je sliko difrakcijske rešetke), je hologram. Lahko se namesti na pot referenčnega primarnega žarka (žarka laserske svetlobe, ki ima ravno vpetje). V tem primeru sta na obeh straneh oblikovani dve novi sprednji valovi. Prvi od njih je točen izvod sprednje teme valov, ki se razprostira v isti smeri kot val B. Zgoraj opisana faza se imenuje rekonstrukcija slike.

Holografski proces

Vzorec motenj, ki ga ustvarita dva ravna koherentni valovi, potem ko je snemanje na fotografski ploščici naprava, ki omogoča, da v primeru osvetlitve enega od teh valov rekonstruira še en ravno val. Holografski postopek, ima torej naslednje korake: evidentiranje in naknadno "skladiščenje" valovne sprednji cilja v obliki holograma (interferenčni vzorec) in njegovo rekonstitucijo kadarkoli po prehodu skozi hologram referenčno valov.

Sprednji val valov je lahko poljuben. Na primer, se lahko odraža iz nekega pravega predmeta, če je to skladen referenčni val. Vzorec motenj je tvorjen s poljubnimi dvema vmesnima roboma, ki omogoča, da se ena od teh frontov preoblikuje v drugo z difrakcijo. Tu je ključ skrivnosti, kot je holografija. Dennis Gabor je bil prvi, ki je odkril to lastnost.

Opazovanje slike, ki ga tvori hologram

V našem času se uporablja posebna naprava za branje hologramov - holografski projektor. Omogoča vam, da pretvorite sliko iz dveh do treh dimenzij. Za ogled preprostih hologramov pa holografski projektor sploh ni potreben. Na kratko opišite, kako si ogledate take slike.

Če želite opazovati sliko, ki jo tvori najpreprostejši hologram, ga je treba približno odmakniti približno 1 meter od očesa. Skozi difrakcijsko rešetko moramo pogledati v smeri, v kateri iz nje izhajajo ravninski valovi (rekonstruirani). Ker so ravne valove, ki spadajo v opazovalno oko, je holografska slika tudi ravna. Pred nami je kot "prazna stena", ki je enakomerno osvetljena z lučjo, ki ima enako barvo kot ustrezna lasersko sevanje. Ker je ta "stena" brez posebnih značilnosti, je nemogoče ugotoviti, kako daleč se nahaja. Zdi se, kot da si ogledate na nahaja v neskončnosti nad stene, pa si lahko ogledate le del tega, kar je mogoče videti skozi majhen "okno", ki je hologram. Zato je hologram - je enakomerno osvetljena površino, na kateri ne moremo videti ničesar vreden pozornosti.

Difrakcijska mreža (hologram) nam omogoča opazovanje več preprostih učinkov. Prav tako jih je mogoče dokazati z uporabo drugih hologramov. Skozi difrakcijsko rešetko se razdeli svetlobni snop, nastajajo dve novi žarki. S pomočjo laserskih sevalnih žarkov je mogoče osvetliti difrakcijsko rešetko. V tem primeru mora biti sevanje drugačno od barve, uporabljene, ko je bila posneta. Kot upogibanja žarka barve je odvisen od barve, ki jo ima. Če je rdeča (najdaljši val), se tak žarek zavije v večjem kotu kot modri žarek, ki ima najkrajšo valovno dolžino.

Skozi difrakcijsko rešetko lahko preskočite mešanico vseh barv, to je bele barve. V tem primeru je vsaka barvna komponenta tega holograma zakrivljena pod njegovim kotom. Na izhodu se oblikuje spekter, podoben tistemu, ki ga ustvari prizma.

Postavitev mrežastih kapi

Rešetke difrakcijske rešetke bi morale biti zelo blizu drugemu, tako da je vidna ukrivljenost žarkov. Na primer, če želite zavrteti rdeč svetlobni pramen za 20 °, je potrebno, da razdalja med udarci ne presega 0,002 mm. Če so postavljeni bolj natančno, se svetloba svetlobe začne bolj upogibati. Če želite "snemati" to rešetko, potrebujete fotografsko ploščo, ki je sposobna registrirati tako tanke podrobnosti. Poleg tega je nujno, da plošča ostane popolnoma med izpostavljenostjo in med registracijo.

Sliko je mogoče bistveno zamazati, tudi z najmanjšim gibanjem, in toliko, da bo popolnoma nespremenljiva. V tem primeru ne bomo videli interferenčnega vzorca, temveč steklene plošče, enakomerno črne ali sive po svoji površini. Seveda v tem primeru difrakcijski učinki, ki jih povzroča difrakcijska riba, ne bodo reproducirani.

Preneseni in odsevni hologrami

Difrakcijska mreža, ki jo obravnavamo, se imenuje transmisijska mreža, saj deluje v luči, ki poteka skozi njo. Če mrežne linije ne uporabimo na prosojni plošči, temveč na površini ogledala, imamo odsevno difrakcijsko rešetko. Odraža svetlobo različnih barv iz različnih kotov. V skladu s tem obstajata dva velika razreda hologramov - odsevna in transmisijska. Prvi so opazovani v odbojni svetlobi, slednji pa v preneseni svetlobi.