Holografija je ... Koncept, princip delovanja, aplikacija

Holografska slika sada se sve više koristi. Neki čak veruju da može na kraju zameniti poznata sredstva komunikacije. Da li je to ili ne, ali već se sada aktivno koristi u širokom spektru industrije. Na primer, svi znamo holografske naljepnice. Mnogi proizvođači ih koriste kao sredstvo zaštite od falsifikovanja. Na slici ispod prikazane su neke holografske naljepnice. Njihova upotreba je veoma efikasan način zaštite robe ili dokumenata od falsifikovanja.

Istorija studiranja holografije

Trodimenzionalna slika dobijena kao rezultat refrakcije zraka počela je proučavati relativno nedavno. Međutim, već možemo govoriti o postojanju istorije njegove studije. Dennis Gabor, naučnik iz Engleske, 1948. godine po prvi put određuje šta je holografija. Ovo otkriće je bilo veoma važno, ali njegov veliki značaj u to vrijeme još nije bio očigledan. Istraživači koji su radili pedesetih godina prošlog veka trpeli su od odsustva svetlosnog izvora sa koherentnošću, veoma važnom imovinom za razvoj holografije. Prvi laser je proizveden 1960. godine. Sa ovim uređajem je moguće dobiti svetlost s dovoljnom koherentnošću. Američki naučnici Juris Upatniceks i Immet Lejt koristili su ga za stvaranje prvih holograma. Pomoću njih dobijene su trodimenzionalne slike predmeta.

U narednim godinama istraživanje je nastavljeno. Od tada je objavljeno stotine naučnih članaka u kojima je proučavan koncept holografije, a objavljeni su i veliki broj knjiga posvećenih ovoj metodi. Međutim, ovi radovi upućeni su specijalistima, a ne opštem čitaocu. U ovom članku ćemo pokušati da razgovaramo o svim dostupnim jezicima.

Šta je holografija?

Možemo predložiti sljedeću definiciju: holografija je volumetrijska fotografija dobijena pomoću lasera. Međutim, ova definicija nije u potpunosti zadovoljavajuća, jer postoje mnoge druge vrste trodimenzionalne fotografije. Ipak, to odražava najznačajnije: holografija je tehnički metod koji vam omogućava da "snimite" izgled objekta; Uz pomoć dobijamo trodimenzionalnu sliku koja izgleda kao pravi objekat; Upotreba lasera odigrala je odlučujuću ulogu u njegovom razvoju.

Holografija i njegova primena

Studija holografije omogućava razjašnjavanje mnogih pitanja vezanih za običnu fotografiju. Kao vizuelna umetnost, 3D slika može čak izazvati i drugo, jer vam omogućava da tačnije i korektno odražavate okolni svet.

Naučnici ponekad razlikuju epohe u istoriji čovečanstva putem komunikacije, koje su poznate u onima ili drugim vekovima. Na primer, možete reći hijeroglifi koji su postojali u Drevnom Egiptu, o pronalasku štampe u 1450 . U vezi sa tehničkim napretkom zapaženim u našem vremenu, novi načini komunikacije, kao što su televizija i telefoni, preuzeli su dominantni položaj. Iako je holografski princip još uvek u povoju, ako govorimo o njegovoj upotrebi u medijima, postoje razlozi za verovanje da će uređaji zasnovani na tome u budućnosti moći zamijeniti poznata sredstva komunikacije ili bar proširiti obim njihove upotrebe.

Sci-fi književnost i masovna štampa često predstavljaju holografiju na pogrešnom, iskrivljenom svetlu. Oni često stvaraju pogrešno shvatanje o ovom postupku. Volumetrijska slika vidljiva po prvi put, osjeća se. Međutim, fizičko objašnjenje principa njegove strukture nije ništa impresivno.

Interferencija

Sposobnost posmatranja objekata zasnovana je na činjenici da su nam svetli valovi, refraktirani ili reflektovani od njih, pali u naše oči. Svetlosni talasi reflektovani od objekta karakteriše oblik fronta talasa koji odgovara obliku ovog objekta. Slika tamnih i svetlosnih traka (ili linija) stvara dve grupe koherentnih talasa koji se mešaju. Ovako se formira holografija volumena. U ovom slučaju, ovi pojasevi u svakom konkretnom slučaju predstavljaju kombinaciju koja zavisi samo od oblika talasnih frontova talasa, koji međusobno komuniciraju. Ova slika se zove interferencija. Može se fiksirati, na primjer, na fotografsku ploču, ako ga postavite na mjesto gdje se posmatra ometanje talasa.

Raznolikost holograma

Na način koji vam omogućava da snimite (snimite) prednji talas reflektovan od objekta, a zatim ga vratite tako da posmatrač misli da on vidi stvarni predmet, a to je holografija. Ovo je efekat koji se objašnjava činjenicom da je rezultirajuća slika trodimenzionalna u istoj meri kao i stvarni predmet.

Postoji mnogo različitih tipova holograma u kojima je lako zbuniti. Da biste jedinstveno identifikovali određenu vrstu, morate koristiti četiri ili čak pet prideva. Od svih njihovih mnogih, razmatramo samo osnovne klase koje moderna holografija koristi. Međutim, prvo moramo malo reći o ovakvim talasnim fenomenima kao difrakciji. To nam omogućava da dizajniramo (ili bolje rečeno, rekonstruišemo) talasni front.

Diferkcija

Ako je objekat na putu svetlosti, baca senku. Svetlost se kreće oko ovog objekta, delimično se dešava u senci. Ovaj efekat se naziva difrakcija. To se objašnjava talasnom prirodom svetlosti, ali je strogo teško objasniti to strogo.

Samo u vrlo malom uglu svetlost prodire u oblast senke, tako da je skoro ne primetimo. Međutim, ako je na putu ima puno malih prepreka, razdaljine između kojih čine samo nekoliko talasnih dužina svetlosnog talasa, ovaj efekat postaje prilično primetan.

Ako prednji talas padne na veliku jednu prepreku, odgovarajući deo pada, što praktično ne utiče na preostali dio datog talasnog fronta. Ako je puno malih prepreka na svom putu, to se menja kao rezultat difrakcije tako da svetlost koja se širi izvan prepreke ima kvalitetno drugačiji talasni front.

Transformacija je toliko jaka da svetlost počinje da se širi čak iu drugom smeru. Slijedi da difrakcija dozvoljava transformaciju prvobitnog talasnog fronta u sasvim drugačiji od njega. Dakle, difrakcija je mehanizam kojim dobijamo novi talasni front. Uređaj koji ga formira na način opisan gore, naziva se difrakciona rešetka. Da razgovaramo o tome detaljnije.

Diffrakcija rešetka

To je mala ploča sa tankim ravnim paralelnim paralelnim linijama (linijama) koje se nanose na njega. Razdvojeni su sa stotinom ili čak hiljadu milimetra. Šta se dešava ako se laserski zrak na putu upari sa rešetkom koja se sastoji od nekoliko zamućenih tamnih i svetlih traka? Njegov deo će ići direktno kroz rešetke, a deo - saviti. Tako se formiraju dva nova greda koja ostavljaju rešetku pod određenim uglom u odnosu na izvorni zrak i nalaze se na obe strane. U slučaju da jedan laserski snop ima, na primer, prednji avionski talas, dva nova greda koja se formiraju bočno od njega imajuće i ravne obale. Stoga, prenošenjem laserskog zraka kroz difrakcionu rešetku, formiramo dva nova talasa (ravna). Očigledno, difrakciona rešetka može se smatrati najjednostavnijim primerom holograma.

Registracija holograma

Uvod u osnovne principe holografije trebalo bi da počne sa proučavanjem dva ravna talasna fronta. U interakciji, formiraju interferencijalni obrazac, koji se snima na fotografskoj ploči smeštenoj na istom mestu kao i ekran. Ova faza procesa (prvo) u holografiji se naziva snimanje (ili registracija) holograma.

Obnavljanje slike

Pretpostavićemo da je jedan od avionskih talasa A, a drugi je B. Vala A se naziva referentni talas, a B je objektni talas, odnosno reflektuje se od objekta čija je slika fiksirana. Ne može se razlikovati od referentnog talasa. Međutim, kada se stvara hologram trodimenzionalnog stvarnog objekta, formira se mnogo složeniji talasni front svetlosti reflektovanog od objekta.

Šema interferencije predstavljena na fotografskom filmu (to jest, slika difrakcione rešetke) - ovo je hologram. Može se postaviti na putanju referentnog primarnog snopa (zraka laserskog svetla sa prednjim ravnim talasom). U ovom slučaju na obe strane formiraju se dva nova fronta talasa. Prvi od njih je tačna kopija predmeta fronta talasa, koja se prostire u istom pravcu kao i talas B. Prethodno opisana faza se zove rekonstrukcija slike.

Holografski proces

Šema interferencije koju proizvedu dva koherentna talasa, nakon što je snimljena na fotografskoj ploči, je uređaj koji u slučaju osvetljenja jednog od ovih talasa može rekonstruisati još jedan ravni val. Na taj način, holografski proces ima sledeće faze: registraciju i kasnije "skladištenje" prednje strane objekta u obliku holograma (interferencijalni šablon) i njegovo restauraciju nakon bilo kog vremena kako referentni talas prolazi kroz hologram.

Predmet objektivnog talasa može zapravo biti bilo koji. Na primer, može se odraziti od nekog stvarnog objekta, ako je to koherentni referentni talas. Formirana od strane bilo kojih dva fronta talasa sa koherentnošću, ometajući šablon je uređaj koji omogućava da se jedan od ovih fronta transformiše u drugi difrakcijom. Tu je ključni fenomen, poput holografije, skriven. Dennis Gabor je prvi koji je otkrio ovu nekretninu.

Posmatranje slike formirane od strane holograma

U našem vremenu se koristi poseban uređaj za čitanje holograma - holografski projektor. Omogućava vam da pretvorite sliku sa dva na trodimenzionalno. Međutim, da bi se vidjeli jednostavni hologrami, holografski projektor uopšte nije potreban. Na kratko ćemo opisati kako da pogledate takve slike.

Za posmatranje slike formirane najjednostavnijim hologramom, neophodno je da ga postavite približno na udaljenosti od 1 metra od oka. Kroz difrakcionu rešetku, moramo pogledati u pravcu u kojem se pojavljuju ravne talase (rekonstruisane). Budući da su plovni talasi koji padaju u posmatračko oko, holografska slika je takođe ravna. Pred nama se pojavljuje kao "slepi zid", koji je ravnomerno osvetljen svetlom koja ima istu boju kao i odgovarajuće lasersko zračenje. Pošto je ovaj "zid" lišen specifičnih karakteristika, nemoguće je utvrditi koliko se nalazi. Izgleda kao da gledate prošireni zid koji se nalazi u beskonačnosti, ali vi vidite samo deo koji možete videti kroz mali "prozor", to jest, hologram. Shodno tome, hologram je ravnomerno svetleća površina na kojoj ne primetimo ništa vredno pažnje.

Difraktorska rešetka (hologram) nam omogućava da posmatramo nekoliko jednostavnih efekata. Takođe se mogu pokazati korišćenjem holograma različitog tipa. Prolazeći kroz difrakcionu rešetku, razdvaja svetlosni snop, formiraju se dva nova greda. Uz pomoć laserskih zračnih snopa moguće je osvetiti bilo kakvu difrakcionu rešetku. U tom slučaju radijacija treba da se razlikuje od boje koja se koristi kada je snimljena. Ugao savijanja snopa boje zavisi od boje koju ima. Ako je crvena (najduži talas), onda se takav snop savija u većem uglu od plavog snopa koji ima najmanju talasnu dužinu.

Kroz difrakcionu rešetku možete preskočiti mešavinu svih boja, odnosno bele boje. U tom slučaju, svaka komponenta boje ovog holograma je zakrivljena pod sopstvenim uglom. Na izlazu se formira spektar sličan onom koji stvara prizma.

Postavljanje poteza rešetke

Rešetke difrakcione rešetke treba napraviti veoma blizu jedan drugome, tako da je zaokruživanje zraka vidljivo. Na primjer, za curenje crvenog zraka za 20 ° potrebno je da rastojanje između udaraca ne prelazi 0,002 mm. Ako su postavljeni bliže, zraka svetlosti počinje da se savija više. Da biste "snimili" ovu mrežu, potrebna vam je fotografska ploča koja može snimati tako tanke detalje. Osim toga, neophodno je da ploča ostaje savršeno i tokom ekspozicije, kao i tokom registracije.

Slika se može značajno razmazati, čak i uz najmanji pokret, i toliko toga da će se potpuno razlikovati. U ovom slučaju nećemo videti smetnje uzoraka, već staklene ploče, ravnomerno crne ili sive po svojoj površini. Naravno, u ovom slučaju efekti difrakcije koji stvara difrakciona mreža neće se reprodukovati.

Hologrami prenosa i refleksije

Diskfrakciona rešetka koju smo mi smatrali naziva se prenosna rešetka, jer deluje na svetlosti koja prolazi kroz njega. Ako se mrežne linije nanose ne na prozirnu ploču, već na površinu ogledala, dobijamo difrakcionu mrežu reflektujuće. Odražava svetlost različitih boja iz različitih uglova. Shodno tome, postoje dve velike klase holograma - reflektivne i transmisivne. Prvi se posmatraju u reflektovanoj svetlosti, a poslednji u prenosnom svetlu.