Holograafista kuvaa käytetään nykyään yhä enemmän. Jotkut jopa uskovat, että se saattaa lopulta korvata meille tunnetut viestintävälineet. Halusimme tai et, mutta nyt sitä käytetään aktiivisesti useilla teollisuudenaloilla. Esimerkiksi holografiset tarrat ovat meille kaikille tuttuja. Monet valmistajat käyttävät niitä suojautumiskeinona väärentämiseltä. Alla olevassa kuvassa näkyy joitain holografisia tarroja. Niiden käyttö on erittäin tehokas tapa suojata tavarat tai asiakirjat väärentämiseltä.
Holografian tutkimuksen historia
Säteiden taittumisesta syntyvää kolmiulotteista kuvaa alettiin tutkia suhteellisen hiljattain. Voimme kuitenkin jo puhua sen tutkimushistorian olemassaolosta. Dennis Gabor, englantilainen tiedemies, määritteli holografian ensimmäisen kerran vuonna 1948. Tämä löytö oli erittäin tärkeä, mutta sen suuri merkitys tuolloin ei ollut vielä ilmeinen. 1950-luvulla työskennelleet tutkijat kärsivät koherentin valonlähteen puutteesta, joka oli erittäin tärkeä ominaisuus holografian kehitykselle. Ensimmäinen laseron tehty vuonna 1960. Tällä laitteella on mahdollista saada valoa, jolla on riittävä koherenssi. Amerikkalaiset tiedemiehet Juris Upatnieks ja Immet Leith käyttivät sitä luodessaan ensimmäiset hologrammit. Heidän avullaan saatiin esineistä kolmiulotteisia kuvia.
Seuraavina vuosina tutkimus jatkui. Sittemmin on julkaistu satoja holografian käsitettä tutkivia tieteellisiä artikkeleita, ja menetelmästä on julkaistu monia kirjoja. Nämä teokset on kuitenkin osoitettu asiantuntijoille, ei tavalliselle lukijalle. Tässä artikkelissa yritämme kertoa kaikesta helposti saatavilla olevalla kielellä.
Mikä on holografia
Seuraavaa määritelmää voidaan ehdottaa: holografia on kolmiulotteinen valokuva, joka on saatu laserilla. Tämä määritelmä ei kuitenkaan ole täysin tyydyttävä, koska on olemassa monia muita kolmiulotteisen valokuvauksen tyyppejä. Siitä huolimatta se heijastaa merkittävintä: holografia on tekninen menetelmä, jonka avulla voit "tallentaa" esineen ulkonäön; sen avulla saadaan kolmiulotteinen kuva, joka näyttää todelliselta esineeltä; lasereiden käyttö oli ratkaisevassa roolissa sen kehityksessä.
Holografia ja sen sovellukset
Holografian tutkimus antaa meille mahdollisuuden selvittää monia perinteiseen valokuvaukseen liittyviä kysymyksiä. Visuaalisena taiteena kolmiulotteinen kuvantaminen voi jopa haastaa jälkimmäisen, sillä sen avulla voit heijastaa ympäröivää maailmaa tarkemmin ja oikein.
Tutkijat erottavat toisinaan aikakausia ihmiskunnan historiasta keinoinyhteyksiä, jotka tunnettiin tiettyinä vuosisatoina. Voimme puhua esimerkiksi muinaisessa Egyptissä olevista hieroglyfeistä, painokoneen keksimisestä vuonna 1450. Aikamme havaitun teknologisen kehityksen yhteydessä uudet viestintävälineet, kuten televisio ja puhelin, ovat saaneet hallitsevan aseman. Vaikka holografinen periaate on vielä lapsenkengissään median käytön suhteen, on syytä uskoa, että siihen perustuvat laitteet pystyvät tulevaisuudessa korvaamaan meille tuttuja viestintävälineitä tai ainakin laajentamaan niitä. soveltamisala.
Scifi-kirjallisuus ja v altavirran painokuvat esittävät holografiaa usein väärässä, vääristyneessä valossa. He luovat usein väärän käsityksen tästä menetelmästä. Ensimmäistä kertaa nähty volyymikuva kiehtoo. Kuitenkin yhtä vaikuttava on sen laitteen periaatteen fyysinen selitys.
Häiriökuvio
Kyky nähdä esineitä perustuu siihen, että niiden taittama tai niistä heijastuva valoaallot pääsevät silmään. Jostakin kohteesta heijastuneille valoaalloille on ominaista tämän kohteen muotoa vastaava a altorintaman muoto. Tummien ja vaaleiden juovien (tai viivojen) kuvio muodostuu kahdesta koherentista valoa altoryhmästä, jotka häiritsevät. Näin muodostuu tilavuusholografia. Tässä tapauksessa nämä kaistat muodostavat kussakin tapauksessa yhdistelmän, joka riippuu vain toistensa kanssa vuorovaikutuksessa olevien a altorinteiden muodosta. Sellainenkuvaa kutsutaan häiriöksi. Se voidaan kiinnittää esimerkiksi valokuvalevyyn, jos se sijoitetaan paikkaan, jossa havaitaan a altohäiriöitä.
Erilaisia hologrammeja
Menetelmä, jonka avulla voit tallentaa (rekisteröidä) kohteesta heijastuneen a altorintaman ja sitten palauttaa sen niin, että tarkkailija näyttää näkevän todellisen kohteen ja on holografia. Tämä johtuu siitä, että tuloksena oleva kuva on kolmiulotteinen samalla tavalla kuin todellinen kohde.
On olemassa monia erilaisia hologrammeja, joista on helppo hämmentää. Tietyn lajin yksiselitteiseksi määrittelemiseksi tulisi käyttää neljää tai jopa viittä adjektiivia. Kaikista niiden joukosta tarkastelemme vain pääluokkia, joita moderni holografia käyttää. Ensin sinun on kuitenkin puhuttava vähän sellaisesta a altoilmiöstä kuin diffraktiosta. Hän antaa meidän rakentaa (tai pikemminkin rekonstruoida) a altorintaman.
Diffraktio
Jos jokin esine on valon tiellä, se luo varjon. Valo taipuu tämän kohteen ympärille ja tulee osittain varjoalueelle. Tätä vaikutusta kutsutaan diffraktioksi. Se selittyy valon a altoluonteella, mutta sitä on melko vaikea selittää tarkasti.
Vain hyvin pienessä kulmassa valo tunkeutuu varjoalueelle, joten emme huomaa sitä. Jos sen tiellä on kuitenkin monia pieniä esteitä, joiden välinen etäisyys on vain muutama valon aallonpituus, tämä vaikutus tulee varsin havaittavaksi.
Jos a altorintaman putoaminen osuu suureen yksittäiseen esteeseen, sen vastaava osa "putoaa ulos", mikä ei käytännössä vaikuta tämän a altorintaman jäljellä olevaan alueeseen. Jos sen tiellä on monia pieniä esteitä, se muuttuu diffraktion seurauksena niin, että esteen takana etenevä valo saa laadullisesti erilaisen a altorintaman.
Muutos on niin voimakas, että valo alkaa jopa levitä toiseen suuntaan. Osoittautuu, että diffraktiolla voimme muuttaa alkuperäisen a altorintaman täysin erilaiseksi. Siten diffraktio on mekanismi, jolla saamme uuden a altorinnnan. Laitetta, joka muodostaa sen edellä kuvatulla tavalla, kutsutaan diffraktiohilaksi. Puhutaanpa siitä tarkemmin.
Diffraktiohila
Tämä on pieni levy, jossa on ohuita suoria yhdensuuntaisia viivoja (viivoja). Niitä erottaa toisistaan millimetrin sadasosa tai jopa tuhannesosa. Mitä tapahtuu, jos lasersäde kohtaa matkallaan hilan, joka koostuu useista epäselvistä tummista ja kirkkaista raidoista? Osa siitä menee suoraan arinan läpi ja osa taipuu. Näin muodostuu kaksi uutta palkkia, jotka poistuvat ritilästä tietyssä kulmassa alkuperäiseen palkkiin nähden ja sijaitsevat sen molemmilla puolilla. Jos yhdellä lasersäteellä on esimerkiksi tasainen a altorintama, niin sen sivuille muodostetulla kahdella uudella säteellä on myös litteät a altorintamat. Näin ollen läpikulkudiffraktiohilan lasersäteen, muodostamme kaksi uutta a altorintamaa (litteä). Diffraktiohilaa voidaan ilmeisesti pitää yksinkertaisimpana esimerkkinä hologrammista.
Hologrammin rekisteröinti
Holografian perusperiaatteiden esittely tulisi aloittaa kahden tasorintaman tutkimuksella. Vuorovaikutuksessa ne muodostavat häiriökuvion, joka tallennetaan valokuvalevylle, joka on sijoitettu samaan paikkaan kuin näyttö. Tätä prosessin vaihetta (ensimmäistä) holografiassa kutsutaan hologrammin tallentamiseksi (tai rekisteröimiseksi).
Kuvan palauttaminen
Oletetaan, että yksi tasoaalloista on A ja toinen on B. A altoa A kutsutaan referenssia altoksi ja B:tä kohdea altoksi, eli se heijastuu kohteesta, jonka kuva on kiinteä.. Se ei voi poiketa millään tavalla vertailuaalosta. Kuitenkin, kun luodaan hologrammi kolmiulotteisesta todellisesta kohteesta, syntyy paljon monimutkaisempi kohteesta heijastuneen valon a altorintama.
Valokuvafilmillä (eli diffraktiohilan kuvalla) esitetty häiriökuvio on hologrammi. Se voidaan sijoittaa referenssiensisijaisen säteen (tasaisella a altorintamalla) reitille. Tässä tapauksessa molemmille puolille muodostuu 2 uutta a altorintamaa. Ensimmäinen näistä on tarkka kopio kohteen a altorintamasta, joka etenee samaan suuntaan kuin a alto B. Yllä olevaa vaihetta kutsutaan kuvan rekonstruktioksi.
Holografinen prosessi
Kahden luoma häiriökuviotasokoherentteja a altoja, valokuvauslevylle tallennuksen jälkeen se on laite, joka mahdollistaa toisen tasoaallon palauttamisen, jos jokin näistä aalloista valaistaan. Holografisessa prosessissa on siksi seuraavat vaiheet: a altokohteen eturintaman rekisteröinti ja myöhempi "tallennus" hologrammin muodossa (häiriökuvio) ja sen palauttaminen sen jälkeen, kun vertailua alto kulkee hologrammin läpi.
Objektiivinen a altorintama voi itse asiassa olla mikä tahansa. Se voi esimerkiksi heijastua jostain todellisesta kohteesta, jos se on samalla koherentti referenssiaallon kanssa. Kahdesta koherenssista koostuvan a altorinteen muodostama interferenssikuvio on laite, joka mahdollistaa diffraktion vuoksi muuntamaan toisen näistä rintamista toiseksi. Täällä on piilotettu avain sellaiseen ilmiöön kuin holografia. Dennis Gabor löysi tämän kiinteistön ensimmäisenä.
Hologrammin muodostaman kuvan havainnointi
Meidän aikanamme hologrammien lukemiseen aletaan käyttää erityistä laitetta, holografista projektoria. Sen avulla voit muuntaa kuvan 2D:stä 3D:ksi. Yksinkertaisten hologrammien katsomiseen ei kuitenkaan tarvita holografista projektoria ollenkaan. Puhutaanpa lyhyesti tällaisten kuvien katselusta.
Jos haluat tarkkailla yksinkertaisimman hologrammin muodostamaa kuvaa, sinun on asetettava se noin 1 metrin etäisyydelle silmästä. Sinun on katsottava diffraktiohilan läpi suuntaan, johon tasoaallot (rekonstruoidut) tulevat ulos siitä. Koska tarkkailijan silmään tulevat tasoaallot, holografinen kuva on myös tasainen. Se näyttää meistä "soke alta seinältä", joka on tasaisesti valaistu valolla, joka on samanvärinen kuin vastaava lasersäteily. Koska tällä "seinällä" ei ole erityispiirteitä, on mahdotonta määrittää, kuinka pitkä se on. Näyttää siltä, että katsoisit äärettömyyteen sijoitettua jatkettua seinää, mutta samalla näet vain osan siitä, jonka näet pienen "ikkunan", eli hologrammin, läpi. Siksi hologrammi on tasaisesti valoisa pinta, jolla emme huomaa mitään huomion arvoista.
Diffraktiohilan (hologrammi) avulla voimme havaita useita yksinkertaisia vaikutuksia. Ne voidaan osoittaa myös muun tyyppisillä hologrammeilla. Diffraktiohilan läpi kulkeva valonsäde jakaantuu, muodostuu kaksi uutta sädettä. Lasersäteitä voidaan käyttää minkä tahansa diffraktiohilan valaisemiseen. Tässä tapauksessa säteilyn värin tulee poiketa sen tallennuksen aikana käytetystä väristä. Värisäteen taivutuskulma riippuu sen väristä. Jos se on punainen (pisin aallonpituus), niin tällainen säde taivutetaan suuremmassa kulmassa kuin sininen säde, jolla on lyhin aallonpituus.
Diffraktiohilan avulla voit ohittaa kaikkien värien, eli valkoisen, sekoituksen. Tässä tapauksessa tämän hologrammin jokainen värikomponentti on taivutettu omaan kulmaansa. Tulos on spektrisamanlainen kuin prisman luoma.
Diffraktiohilan vedon sijoitus
Diffraktiohilan vedot tulee tehdä hyvin lähelle toisiaan, jotta säteiden taipuminen on havaittavissa. Esimerkiksi punaisen säteen taivuttamiseksi 20° on välttämätöntä, että iskujen välinen etäisyys ei ylitä 0,002 mm. Jos ne asetetaan lähemmäksi, valonsäde alkaa taipua entisestään. Tämän ritilän "tallentamiseen" tarvitaan valokuvalevy, joka pystyy tallentamaan niin hienoja yksityiskohtia. Lisäksi on välttämätöntä, että kilpi pysyy täysin paikallaan valotuksen aikana sekä rekisteröinnin aikana.
Kuva voi hämärtyä huomattavasti pienimmälläkin liikkeellä, ja niin paljon, että se on täysin erottamaton. Tässä tapauksessa emme näe interferenssikuviota, vaan yksinkertaisesti lasilevyä, joka on tasaisesti musta tai harmaa koko pinnallaan. Tässä tapauksessa diffraktiohilan synnyttämät diffraktioefektit eivät tietenkään toistu.
Lähetys ja heijastavat hologrammit
Tarkastelemaamme diffraktiohilaa kutsutaan läpäiseväksi, koska se toimii sen läpi kulkevassa valossa. Jos asetamme hilaviivoja ei läpinäkyvälle levylle, vaan peilin pinnalle, saamme heijastavan diffraktiohilan. Se heijastaa eri värisiä valoja eri kulmista. Näin ollen hologrammeja on kaksi suurta luokkaa - heijastava ja läpäisevä. Ensin mainitut havaitaan heijastuneessa valossa, kun taas jälkimmäiset havaitaan läpäisevässä valossa.
