Холограмното изображение се използва все по-често днес. Някои дори вярват, че в крайна сметка може да замени познатите ни средства за комуникация. Харесва ли ви или не, но сега се използва активно в различни индустрии. Например, всички сме запознати с холографските стикери. Много производители ги използват като средство за защита срещу фалшифициране. Снимката по-долу показва някои от холографските стикери. Използването им е много ефективен начин за защита на стоки или документи от фалшифициране.
История на изучаването на холографията
Триизмерното изображение, получено от пречупването на лъчите, започна да се изучава сравнително наскоро. Все пак вече можем да говорим за съществуването на история на неговото изследване. Денис Габор, английски учен, за първи път дефинира холографията през 1948 г. Това откритие беше много важно, но голямото му значение по това време все още не беше очевидно. Изследователите, работещи през 50-те години на миналия век, страдат от липсата на кохерентен източник на светлина, много важно свойство за развитието на холографията. Първият лазере направена през 1960 г. С това устройство е възможно да се получи светлина с достатъчна кохерентност. Юрис Упатниекс и Имет Лейт, американски учени, го използват за създаването на първите холограми. С тяхна помощ бяха получени триизмерни изображения на обекти.
През следващите години изследванията продължиха. Оттогава са публикувани стотици научни статии, изследващи концепцията за холографията и много книги за метода. Тези произведения обаче са адресирани до специалисти, а не до широкия читател. В тази статия ще се опитаме да разкажем за всичко на достъпен език.
Какво е холография
Може да се предложи следното определение: холографията е триизмерна снимка, получена с помощта на лазер. Това определение обаче не е напълно задоволително, тъй като има много други видове триизмерна фотография. Независимо от това, той отразява най-значимото: холографията е технически метод, който ви позволява да "запишете" външния вид на обект; с негова помощ се получава триизмерно изображение, което прилича на реален обект; използването на лазери изигра решаваща роля в неговото развитие.
Холография и нейните приложения
Изследването на холографията ни позволява да изясним много въпроси, свързани с конвенционалната фотография. Като визуално изкуство, триизмерните изображения могат дори да предизвикат последното, тъй като ви позволява да отразявате света около вас по-точно и правилно.
Учените понякога отделят епохи в историята на човечеството чрез средствавръзки, които са били известни през определени векове. Можем да говорим например за йероглифите, съществували в древен Египет, за изобретяването на печатната преса през 1450 г. Във връзка с наблюдавания в наше време технологичен прогрес, новите средства за комуникация, като телевизия и телефон, заеха доминираща позиция. Въпреки че холографският принцип все още е в начален стадий, когато става въпрос за използването му в медиите, има основания да се смята, че базираните на него устройства в бъдеще ще могат да заменят познатите ни средства за комуникация или поне да разширят своите обхват.
Научно-фантастичната литература и масовият печат често изобразяват холографията в грешна, изкривена светлина. Те често създават погрешно схващане за този метод. Обемното изображение, видяно за първи път, очарова. Не по-малко впечатляващо обаче е физическото обяснение на принципа на неговото устройство.
Интерференционна схема
Способността да виждаме обекти се основава на факта, че светлинните вълни, пречупени от тях или отразени от тях, влизат в окото ни. Светлинните вълни, отразени от някакъв обект, се характеризират с формата на фронта на вълната, съответстваща на формата на този обект. Моделът от тъмни и светли ленти (или линии) се създава от две групи кохерентни светлинни вълни, които интерферират. Така се образува обемна холография. В този случай тези ленти във всеки конкретен случай представляват комбинация, която зависи само от формата на вълновите фронтове на вълните, които взаимодействат една с друга. Такавакартината се нарича интерференция. Може да се фиксира например върху фотографска плоча, ако се постави на място, където се наблюдава интерференция на вълните.
Разнообразие от холограми
Методът, който ви позволява да запишете (регистрирате) фронта на вълната, отразен от обекта, и след това да го възстановите, така че да изглежда на наблюдателя, че вижда реален обект, и е холография. Това е ефект поради факта, че полученото изображение е триизмерно по същия начин като реалния обект.
Има много различни видове холограми, за които е лесно да се объркате. За да се определи еднозначно определен вид, трябва да се използват четири или дори пет прилагателни. От целия им набор ще разгледаме само основните класове, които се използват от съвременната холография. Но първо трябва да поговорим малко за такова вълново явление като дифракция. Тя е тази, която ни позволява да конструираме (или по-скоро реконструираме) фронта на вълната.
Дифракция
Ако някакъв обект е на пътя на светлината, той хвърля сянка. Светлината се огъва около този обект, частично навлизайки в зоната на сянката. Този ефект се нарича дифракция. Обяснява се с вълновата природа на светлината, но е доста трудно да се обясни строго.
Само под много малък ъгъл светлината прониква в зоната на сянката, така че ние почти не я забелязваме. Ако обаче по пътя му има много малки препятствия, разстоянието между които е само няколко дължини на вълната светлина, този ефект става доста забележим.
Ако падането на фронта на вълната падне върху голямо единично препятствие, съответната част от него "изпада", което практически не засяга останалата площ от този вълнов фронт. Ако по пътя му има много малки препятствия, то се променя в резултат на дифракция, така че светлината, която се разпространява зад препятствието, ще има качествено различен фронт на вълната.
Трансформацията е толкова силна, че светлината дори започва да се разпространява в другата посока. Оказва се, че дифракцията ни позволява да трансформираме оригиналния вълнов фронт в напълно различен. По този начин дифракцията е механизмът, чрез който получаваме нов вълнов фронт. Устройството, което го образува по горния начин, се нарича дифракционна решетка. Нека поговорим за това по-подробно.
Дифракционна решетка
Това е малка плоча с тънки прави успоредни щрихи (линии), нанесени върху нея. Те са разделени един от друг със стотна или дори хилядна от милиметъра. Какво се случва, ако лазерен лъч срещне решетка по пътя си, която се състои от няколко размазани тъмни и ярки ивици? Част от него ще премине направо през решетката, а част ще се огъне. Така се образуват два нови лъча, които излизат от решетката под определен ъгъл спрямо оригиналния лъч и са разположени от двете му страни. Ако един лазерен лъч има например плосък фронт на вълната, два нови лъча, образувани отстрани на него, също ще имат плоски фронтове на вълната. Така, преминавайки презлазерен лъч с дифракционна решетка, ние формираме два нови вълнови фронта (плоски). Очевидно дифракционната решетка може да се разглежда като най-простия пример за холограма.
Регистрация на холограма
Въведението в основните принципи на холографията трябва да започне с изучаването на два фронта на плоските вълни. Взаимодействайки, те образуват интерференционен модел, който се записва върху фотографска плоча, поставена на същото място като екрана. Този етап от процеса (първият) в холографията се нарича запис (или регистрация) на холограмата.
Възстановяване на изображение
Ще приемем, че една от равнините вълни е A, а втората е B. Вълна A се нарича референтна вълна, а B се нарича обектна вълна, тоест отразена от обекта, чието изображение е фиксирано. Тя може да не се различава по никакъв начин от референтната вълна. Въпреки това, когато се създава холограма на триизмерен реален обект, се образува много по-сложен вълнов фронт от светлина, отразен от обекта.
Интерференционната картина, представена върху фотографски филм (тоест изображението на дифракционна решетка) е холограма. Може да се постави в пътя на референтния първичен лъч (лъч лазерна светлина с плосък фронт на вълната). В този случай от двете страни се образуват 2 нови вълнови фронта. Първият от тях е точно копие на фронта на вълната на обекта, който се разпространява в същата посока като вълна B. Горният етап се нарича реконструкция на изображение.
Холографски процес
Моделът на интерференция, създаден от двамаплоски кохерентни вълни, след записа му върху фотографска плоча, това е устройство, което позволява в случай на осветяване на една от тези вълни да се възстанови друга плоска вълна. Следователно холографският процес има следните етапи: регистрация и последващо „съхранение“на фронта на вълновия обект под формата на холограма (интерференционна картина) и възстановяването му след всяко време, когато референтната вълна премине през холограмата.
Обективният фронт на вълната всъщност може да бъде всичко. Например, тя може да бъде отразена от някакъв реален обект, ако в същото време е кохерентна на референтната вълна. Формиран от произволни два вълнови фронта с кохерентност, интерференционната картина е устройство, което позволява, поради дифракция, да се трансформира един от тези фронтове в друг. Именно тук се крие ключът към такъв феномен като холографията. Денис Габор е първият, който открива този имот.
Наблюдение на изображението, образувано от холограмата
В наше време за разчитане на холограми започва да се използва специално устройство, холографски проектор. Позволява ви да конвертирате изображение от 2D в 3D. Въпреки това, за да видите прости холограми, холографският проектор изобщо не е необходим. Нека поговорим накратко как да преглеждате такива изображения.
За да наблюдавате изображението, образувано от най-простата холограма, трябва да го поставите на разстояние около 1 метър от окото. Трябва да погледнете през дифракционната решетка в посоката, в която плоските вълни (реконструирани) излизат от нея. Тъй като плоските вълни влизат в окото на наблюдателя, холографското изображение също е плоско. Тя ни изглежда като „сляпа стена“, която е равномерно осветена от светлина, която има същия цвят като съответното лазерно лъчение. Тъй като тази "стена" е лишена от специфични характеристики, не е възможно да се определи колко е далеч. Изглежда сякаш гледате разширена стена, разположена в безкрайност, но в същото време виждате само част от нея, която можете да видите през малък "прозорец", тоест холограма. Следователно холограмата е равномерно светеща повърхност, върху която не забелязваме нищо достойно за внимание.
Дифракционната решетка (холограма) ни позволява да наблюдаваме няколко прости ефекта. Те могат да бъдат демонстрирани и с други видове холограми. Преминавайки през дифракционната решетка, светлинният лъч се разделя, образуват се два нови лъча. Лазерните лъчи могат да се използват за осветяване на всяка дифракционна решетка. В този случай излъчването трябва да се различава по цвят от този, използван при записа. Ъгълът на огъване на цветния лъч зависи от това какъв цвят има. Ако е червен (най-дългата дължина на вълната), тогава такъв лъч е огънат под по-голям ъгъл от синия лъч, който има най-късата дължина на вълната.
Чрез дифракционната решетка можете да пропуснете смес от всички цветове, тоест бяло. В този случай всеки цветен компонент на тази холограма е огънат под собствен ъгъл. Изходът е спектърподобно на създаденото от призма.
Разположение на дифракционна решетка
Ударите на дифракционната решетка трябва да бъдат направени много близо един до друг, така че огъването на лъчите да е забележимо. Например, за да огънете червения лъч с 20 °, е необходимо разстоянието между ударите да не надвишава 0,002 mm. Ако са поставени по-тясно, светлинният лъч започва да се огъва още повече. За „записване“на тази решетка е необходима фотографска плака, която е в състояние да регистрира толкова фини детайли. Освен това е необходимо табелата да остане напълно неподвижна по време на експониране, както и по време на регистрация.
Картината може да бъде значително замъглена дори при най-малкото движение и толкова много, че ще бъде напълно неразличима. В този случай ще видим не интерференционен модел, а просто стъклена плоча, равномерно черна или сива по цялата си повърхност. Разбира се, в този случай дифракционните ефекти, генерирани от дифракционната решетка, няма да бъдат възпроизведени.
Трансмисионни и отразяващи холограми
Дифракционната решетка, която разгледахме, се нарича пропускателна, тъй като действа в светлината, преминаваща през нея. Ако нанесем решетъчните линии не върху прозрачна плоча, а върху повърхността на огледало, ще получим отразяваща дифракционна решетка. Той отразява различни цветове на светлината от различни ъгли. Съответно има два големи класа холограми – отразяващи и предавателни. Първите се наблюдават в отразена светлина, докато вторите се наблюдават в пропусната светлина.
