Holografie je ... Koncept, princip činnosti, aplikace

Holografický obraz je nyní stále více využíván. Někteří dokonce věří, že mohou nakonec nahradit známé komunikační prostředky. Takže nebo ne, ale již nyní je aktivně používán v nejrůznějších odvětvích. Například všichni známe holografické nálepky. Mnoho výrobců je používá jako prostředek ochrany proti padělání. Níže uvedená fotografie zobrazuje některé holografické nálepky. Jejich použití je velmi účinným způsobem ochrany zboží nebo dokumentů před paděláním.

Historie studia holografie

Trojrozměrný obraz získaný v důsledku refrakce paprsků se začal studovat poměrně nedávno. Nicméně už můžeme hovořit o existenci historie jeho studia. Dennis Gabor, anglický vědec, poprvé v roce 1948 stanovil, co je holografie. Tento objev byl velmi důležitý, ale jeho velký význam v té době ještě nebyl zřejmý. Vědci, kteří pracovali v padesátých letech minulého století, trpěli nedostatkem světelného zdroje s koherencí, což je velmi důležitá vlastnost pro vývoj holografie. První laser byl vyroben v roce 1960. S tímto zařízením je možné získat světlo s dostatečnou soudržností. Juris Upatnieks a Immet Leith, vědci z USA, použili k vytvoření prvních hologramů. S jejich pomocí byly získány trojrozměrné obrazy objektů.

V dalších letech pokračoval výzkum. Stovky vědeckých článků, ve kterých byl zkoumán koncept holografie, byly publikovány a mnoho knih věnovaných této metodě bylo zveřejněno. Tyto práce jsou však adresovány odborníkům, a nikoli běžnému čtenáři. V tomto článku se budeme snažit mluvit o všem, co je v tomto jazyce k dispozici.

Co je to holografie?

Můžeme navrhnout následující definici: holografie je volumetrická fotografie získaná pomocí laseru. Tato definice však není zcela uspokojivá, protože existuje mnoho dalších typů trojrozměrné fotografie. Nicméně odráží to nejvýznamnější: holografie je technická metoda, která vám umožňuje "zaznamenat" vzhled objektu - s ním získáte trojrozměrný obraz, který vypadá jako skutečný objekt - použití laserů hrálo rozhodující roli při jeho vývoji.

Holografie a její aplikace

Studium holografie umožňuje objasnit mnoho otázek spojených s běžnou fotografií. Jako výtvarné umění to může 3D obraz dokonce napadnout, protože umožňuje lépe odrážet okolní svět přesněji a správněji.

Vědci někdy rozlišují epochy v dějinách lidstva pomocí komunikace, která byla známa v těchto nebo jiných stoletích. Můžete například říci o hieroglyfích existujících ve starověkém Egyptě, o vynálezu v roce 1450 tiskový stroj. V souvislosti s technickým pokrokem zaznamenaným v naší době převzaly dominantní postavení nové komunikační prostředky, jako jsou televize a telefony. I když je holografický princip stále ještě v plenkách, pokud mluvíme o jeho použití v médiích, existují důvody k domněnce, že zařízení na něm založená mohou nahradit známé prostředky komunikace v budoucnosti nebo alespoň rozšířit rozsah jejich použití.

Sci-fi literatura a masový tisk často představují holografii v nesprávném, zkresleném světle. Často vytvářejí mylnou představu o této metodě. Volumetrický obraz, který se objevil poprvé, bewitches. Nicméně fyzické vysvětlení principu jeho struktury není o nic méně působivé.

Interferenční vzor

Schopnost vidět objekty je založena na skutečnosti, že do našich očí upadnou světlá vlny, odrážející se od nich nebo odražené od nich. Světelné vlny odražené od objektu jsou charakterizovány tvarem vlnové fronty odpovídající tvaru tohoto objektu. Obraz tmavých a lehkých pásů (nebo linií) vytváří dvě skupiny světlých koherentních vln, které zasahují. Takto se vytváří hlasová holografie. V tomto případě jsou tyto pásma v každém konkrétním případě kombinací, která závisí pouze na tvaru vlnových čar vln, které vzájemně spolupracují. Tento snímek se nazývá rušení. Může být fixován například na fotografické desce, pokud ji umístíte na místo, kde je a rušení vln.

Rozmanitost hologramů

Tímto způsobem můžete nahrávat (zaznamenat) vlnoploch odrážející se od objektu, pak jej obnovit tak, aby si pozorovatel myslel, že vidí skutečný objekt a holografie. Toto je efekt, který je vysvětlen skutečností, že výsledný obraz je trojrozměrný ve stejném rozsahu jako skutečný objekt.

Existuje mnoho různých typů hologramů, ve kterých je snadné se zmást. K jednoznačné identifikaci určitého druhu musíte použít čtyři nebo dokonce pět adjektiv. Ze všech jejich mnoho, budeme zvažovat pouze hlavní třídy, které moderní holografie používá. Nejprve však musíme trochu vyprávět o takovém fenoménu vlny jako o difrakci. Umožňuje nám konstruovat (nebo spíše rekonstruovat) vlnovou frontu.

Difrakce

Pokud je objekt v cestě světla, vrhá stín. Světlo prochází tímto objektem, částečně do oblasti stínu. Tento efekt se nazývá difrakce. Vysvětluje to vlnová povaha světla, ale je přísně obtížné ji vysvětlit striktně.

Pouze ve velmi malém úhlu světlo proniká do oblasti stínu, takže jsme si ho téměř nevšimli. Nicméně, pokud je v jeho cestě mnoho malých překážek, jejichž vzdálenost tvoří jen několik vlnových déle světelné vlny, je tento efekt velmi patrný.

Pokud fronta vln dopadne na velkou jednotlivou překážku, její odpovídající část spadne, což prakticky neovlivňuje zbývající oblast daného vlnoplošníku. Je-li v cestě mnoho malých překážek, změní se v důsledku difrakce tak, že světlo šířící se za překážkou bude mít kvalitativně odlišnou vlnovou frontu.

Transformace je tak silná, že se světlo začíná šířit jiným směrem. Ukázalo se, že difrakce nám umožňuje přeměnit původní vlnovou frontu na zcela jinou. Proto je difrakce mechanismem, kterým získáváme novou vlnovou frontu. Zobrazí se zařízení, které ji tvoří výše popsaným způsobem difrakční mřížka. Hovoříme o tom podrobněji.

Difrakční mřížka

Jedná se o malou desku s tenkými rovnoběžnými rovnoběžnými čarami (čarami) na ní. Jsou rozmístěny o stotinu nebo dokonce tisícinu milimetru. Co se stane, když laserový paprsek na cestě narazí na mřížku, která se skládá z několika rozostřených tmavých a jasných pásů? Jeho část bude rovnou skrz roštu a část - ohyb. Tak se vytvoří dva nové nosníky, které opouštějí rošt v určitém úhlu k původnímu paprsku a jsou na obou stranách. V případě, že jeden laserový paprsek má například rovinnou vlnovou přední část, dva nové nosníky tvořené bočně od něj budou také mít rovinné vlnové časy. Tím, že procházíme laserovým paprskem přes difrakční mřížku, vytvoříme dvě nové vlnové plochy (ploché). Zdá se, že difrakční mřížka může být považována za nejjednodušší příklad hologramu.

Registrace hologramu

Úvod do základních principů holografie by měl začít se studiem dvou front rovinných vln. Interakce vytvářejí interferenční vzor, ​​který je zaznamenán na fotografické desce umístěné na stejném místě jako obrazovka. Tato fáze procesu (první) v holografii se nazývá nahrávání (nebo záznam) hologramu.

Obnova obrazu

Předpokládáme, že jedna z rovinných vln je A a druhá je B. Vlna A se nazývá referenční vlna a B je objektová vlna, tj. Odráží se od objektu, jehož obraz je fixován. Nemůže se lišit od referenční vlny. Při vytváření hologramu trojrozměrného skutečného objektu se však vytváří mnohem složitější vlnová přední část světla odražená od objektu.

Vzor interference prezentovaný na fotografickém filmu (tj. Obraz difrakční mřížky) je hologram. Může být umístěn v cestě referenčního primárního paprsku (paprsek laserového světla s přední plochou vlny). V tomto případě jsou na obou stranách vytvořeny dvě nové vlnové fronty. První z nich je přesná kopie fronty vlnových předmětů, která se šíří ve stejném směru jako vlna B. Výše ​​popsaná fáze se nazývá rekonstrukce obrazu.

Holografický proces

Interferenční vzor vytvořený dvěma plochými souvislé vlny, po jeho záznamu na fotografické desce je zařízení, které dovoluje rekonstrukci další rovinné vlny v případě osvětlení jedné z těchto vln. Holografický proces tedy má následující fáze: registrace a následné "ukládání" předmětu vlnového objektu v podobě hologramu (interferenční vzor) a jeho obnovení po libovolném čase během průchodu referenční vlny hologramem.

Předmět vlny předmětu může být ve skutečnosti nějaký. Může se například odrážet od nějakého skutečného objektu, jestliže to je koherentní referenční vlna. Tvorba jakýchkoli dvou vlnových front s koherencí je interferenčním vzorem, který umožňuje, aby jedna z těchto front byla transformována do jiné difrakcí. Právě zde je klíč k tomuto jevu, jako je holografie, skrytý. Dennis Gabor byl první, kdo objevil tuto nemovitost.

Pozorování obrazu tvořeného hologramem

V dnešní době je pro čtení hologramů - holografického projektoru - speciální zařízení. Umožňuje konverzi obrazu ze dvou až třírozměrných. Nicméně, pro zobrazení hologramů holografického projektoru se vůbec nevyžaduje. Stručně popište, jak tyto obrázky zobrazit.

Chcete-li sledovat obraz vytvořený nejjednodušším hologramem, je nutné ho umístit přibližně ve vzdálenosti 1 metru od oka. Prostřednictvím difrakční mřížky se musí dívat ve směru, ve kterém se z ní objevují roviny (rekonstruované). Vzhledem k tomu, že to jsou roviny vln, které spadají do oka pozorovatele, holografický obraz je také plochý. Před námi se objevuje jako "prázdná stěna", která je rovnoměrně osvětlena světlem, který má stejnou barvu jako odpovídající laserové záření. Vzhledem k tomu, že tato "stěna" postrádá specifické rysy, není možné určit, jak daleko se nachází. Zdá se, že jste se podívat na leží v nekonečnu nad zdí, ale můžete vidět pouze jeho část, která je možné vidět přes malé „okno“, které je hologram. V důsledku toho je hologram rovnoměrně světelný povrch, na který si nevšimneme nic, co by bylo hodné pozornosti.

Difrakční mřížka (hologram) nám umožňuje pozorovat několik jednoduchých efektů. Mohou být také prokázány použitím hologramů jiného typu. Při procházení difrakční mřížkou se světelný paprsek rozdělí, vytvoří se dva nové nosníky. Pomocí laserových paprsků je možné osvětlit jakoukoli difrakční mřížku. V tomto případě by se záření mělo lišit od barvy použité při záznamu. Úhel ohýbání paprsku barvy závisí na tom, jakou barvu má. Pokud je červená (dlouholetou vlnová délka), takový svazek je ohnuta ve větším úhlu než modrou nosníku, který má nejmenší vlnovou délku.

Prostřednictvím difrakční mřížky můžete přeskočit směs všech barev, tj. Bílé. V tomto případě je každá barevná součást tohoto hologramu zakřivena pod svým vlastním úhlem. Na výstupu se vytváří spektrum podobné tomu, které vytváří hranol.

Umístění mříží

Mřížky difrakční mřížky by měly být provedeny velmi blízko sebe, takže je vidět zakřivení paprsků. Například pro zkroutí červeného paprsku o 20 ° je nutné, aby vzdálenost mezi zdvihy nepřekročila 0,002 mm. Jsou-li umístěny bližší, paprsek světla se začne ohýbat ještě více. Chcete-li "zaznamenat" tuto mřížku, potřebujete fotografickou desku, která dokáže zaznamenat tak tenké detaily. Kromě toho je nutné, aby deska zůstala dokonale klidná během expozice i při registraci.

Obraz může být rozmazaný hodně i při sebemenším pohybu, a to natolik, že by bylo naprosto k nerozeznání. V tomto případě nebudeme vidět interferenční vzor, ​​ale skleněnou desku, rovnoměrně černě nebo šedou po celé její ploše. Samozřejmě, že v tomto případě nebudou difrakční účinky vytvořené difrakční mřížkou reprodukovány.

Přenesené a reflexní hologramy

Použitá difrakční mřížka je označována jako přenosová mřížka, protože působí ve světle procházející skrz něj. Je-li příčinou mřížové linky není na průhledné plochy, a na povrchu zrcadla, získáme difrakční mřížku odrazivost. Odráží světlo různých barev z různých úhlů. Proto existují dvě velké třídy hologramů - reflexní a transmisivní. První jsou pozorovány v odraženém světle a druhý v přeneseném světle.