Tänapäeval kasutatakse üha enam holograafilist pilti. Mõned usuvad isegi, et see võib lõpuks asendada meile teadaolevad sidevahendid. Meeldib see või mitte, kuid nüüd kasutatakse seda aktiivselt erinevates tööstusharudes. Näiteks oleme kõik tuttavad holograafiliste kleebistega. Paljud tootjad kasutavad neid võltsimise eest kaitsmiseks. Alloleval fotol on mõned holograafilised kleebised. Nende kasutamine on väga tõhus viis kaupade või dokumentide kaitsmiseks võltsimise eest.
Holograafia uurimise ajalugu
Kiirte murdumisel tekkivat kolmemõõtmelist kujutist hakati uurima suhteliselt hiljuti. Selle uurimise ajaloo olemasolust saab aga juba rääkida. Inglise teadlane Dennis Gabor defineeris holograafia esmakordselt 1948. aastal. See avastus oli väga oluline, kuid selle suur tähtsus sel ajal polnud veel ilmne. 1950. aastatel töötanud teadlased kannatasid koherentse valgusallika puudumise tõttu, mis on holograafia arendamiseks väga oluline omadus. Esimene laseron valmistatud 1960. aastal. Selle seadmega on võimalik saada piisava koherentsusega valgust. Ameerika teadlased Juris Upatnieks ja Immet Leith kasutasid seda esimeste hologrammide loomisel. Nende abiga saadi objektidest kolmemõõtmelised kujutised.
Järgnevatel aastatel uuringud jätkusid. Sellest ajast alates on avaldatud sadu holograafia kontseptsiooni uurivaid teadustöid ja selle meetodi kohta on avaldatud palju raamatuid. Need tööd on aga suunatud spetsialistidele, mitte tavalugejale. Selles artiklis püüame rääkida kõigest juurdepääsetavas keeles.
Mis on holograafia
Võib pakkuda välja järgmise määratluse: holograafia on laseri abil saadud kolmemõõtmeline foto. See määratlus ei ole aga täiesti rahuldav, kuna on palju muid kolmemõõtmelise fotograafia liike. Sellest hoolimata peegeldab see kõige olulisemat: holograafia on tehniline meetod, mis võimaldab "salvestada" objekti välimust; selle abiga saadakse kolmemõõtmeline pilt, mis näeb välja nagu päris objekt; laserite kasutamine mängis selle väljatöötamisel otsustavat rolli.
Holograafia ja selle rakendused
Holograafia uurimine võimaldab meil selgitada paljusid tavapärase fotograafiaga seotud küsimusi. Kujutava kunstina võib kolmemõõtmeline pildistamine viimasele isegi väljakutse esitada, kuna võimaldab teil ümbritsevat maailma täpsem alt ja õigemini peegeldada.
Teadlased eristavad mõnikord inimkonna ajaloo ajastuid vahenditegaseoseid, mida teatud sajanditel tunti. Võime rääkida näiteks Vana-Egiptuses eksisteerinud hieroglüüfidest, trükipressi leiutamisest 1450. aastal. Seoses meie ajal täheldatud tehnoloogilise arenguga on uued sidevahendid, nagu televisioon ja telefon, võtnud domineeriva positsiooni. Kuigi holograafiline printsiip on meedias kasutamise osas alles lapsekingades, on põhjust arvata, et sellel põhinevad seadmed suudavad tulevikus asendada meile teadaolevaid sidevahendeid või vähem alt laiendada oma. ulatus.
Ulmekirjandus ja peavoolutrükk kujutavad holograafiat sageli vales, moonutatud valguses. Sageli loovad nad selle meetodi kohta väärarusaamu. Esmakordselt nähtud mahuline pilt lummab. Kuid mitte vähem muljetavaldav on selle seadme põhimõtte füüsiline selgitus.
Häiremuster
Objektide nägemise võime põhineb asjaolul, et nende poolt murdunud või nendelt peegelduvad valguslained sisenevad meie silma. Mõnelt objektilt peegelduvaid valguslaineid iseloomustab selle objekti kujule vastav lainefrondi kuju. Tumedate ja heledate ribade (või joonte) mustri loovad kaks koherentsete valguslainete rühma, mis segavad. Nii moodustub mahuline holograafia. Sel juhul moodustavad need ribad igal konkreetsel juhul kombinatsiooni, mis sõltub ainult üksteisega interakteeruvate lainete lainefrontide kujust. Sellisedpilti nimetatakse interferentsiks. Seda saab kinnitada näiteks fotoplaadile, kui see asetatakse kohta, kus täheldatakse lainehäireid.
Erinevad hologrammid
Meetod, mis võimaldab salvestada (registreerida) objektilt peegeldunud lainefrondi ja seejärel taastada selle nii, et vaatlejale tundub, et ta näeb reaalset objekti ja on holograafia. See on tingitud asjaolust, et saadud pilt on kolmemõõtmeline samamoodi nagu pärisobjekt.
On palju erinevat tüüpi hologramme, mida on lihtne segadusse ajada. Konkreetse liigi ühemõtteliseks määratlemiseks tuleks kasutada nelja või isegi viit omadussõna. Kõigist nende komplektidest käsitleme ainult peamisi klasse, mida tänapäevane holograafia kasutab. Kuid kõigepe alt peate natuke rääkima sellisest laine nähtusest nagu difraktsioon. Tema on see, kes lubab meil konstrueerida (õigemini rekonstrueerida) lainefrondi.
Difraktsioon
Kui mõni objekt on valguse teel, heidab see varju. Valgus paindub selle objekti ümber, sisenedes osaliselt varjualasse. Seda efekti nimetatakse difraktsiooniks. Seda seletatakse valguse lainelise olemusega, kuid seda on üsna raske täpselt seletada.
Ainult väga väikese nurga all tungib valgus varjualasse, nii et me ei märka seda peaaegu üldse. Kui aga selle teel on palju väikseid takistusi, mille vaheline kaugus on vaid mõni valguslainepikkus, muutub see efekt üsna märgatavaks.
Kui lainefrondi langemine langeb suurele üksikule takistusele, siis "langeb välja" vastav osa sellest, mis selle lainefrondi ülejäänud ala praktiliselt ei mõjuta. Kui selle teel on palju väikseid takistusi, muutub see difraktsiooni tulemusena nii, et takistuse taga leviv valgus on kvalitatiivselt erineva lainefrondiga.
Muundus on nii tugev, et valgus hakkab isegi teises suunas levima. Selgub, et difraktsioon võimaldab meil muuta algse lainefrondi täiesti teistsuguseks. Seega on difraktsioon mehhanism, mille abil saame uue lainefrondi. Seadet, mis selle ül altoodud viisil moodustab, nimetatakse difraktsioonvõreks. Räägime sellest üksikasjalikum alt.
Difraktsioonivõre
See on väike plaat, millele on kantud õhukesed sirged paralleelsed jooned (jooned). Neid eraldab üksteisest sajandik või isegi tuhandik millimeetrit. Mis juhtub, kui laserkiir kohtab oma teel võre, mis koosneb mitmest udusest tumedast ja heledast triibust? Osa sellest läheb otse läbi resti ja osa paindub. Nii moodustub kaks uut tala, mis väljuvad võrest esialgse tala suhtes teatud nurga all ja paiknevad selle mõlemal küljel. Kui ühel laserkiirel on näiteks lame lainefront, on selle külgedele moodustatud kahel uuel kiirel ka lamedad lainefrondid. Seega läbidesdifraktsioonvõre laserkiirega, moodustame kaks uut lainefrondit (tasane). Ilmselt võib difraktsioonvõret pidada hologrammi lihtsaimaks näiteks.
Hologrammi registreerimine
Sissejuhatus holograafia aluspõhimõtetesse peaks algama kahe tasapinnalise lainefrondi uurimisega. Omavahel moodustavad nad interferentsmustri, mis salvestatakse ekraaniga samasse kohta asetatud fotoplaadile. Seda protsessi etappi (esimest) holograafias nimetatakse hologrammi salvestamiseks (või registreerimiseks).
Pildi taastamine
Eeldame, et üks tasapinnalistest lainetest on A ja teine on B. Lainet A nimetatakse võrdluslaineks ja B objekti laineks, st peegeldub objektilt, mille kujutis on fikseeritud. See ei pruugi võrdluslainest kuidagi erineda. Kolmemõõtmelise reaalobjekti hologrammi loomisel tekib aga objektilt peegelduva valguse lainefront palju keerulisem.
Fotofilmil (st difraktsioonvõre kujutisel) esitatav interferentsmuster on hologramm. Selle saab asetada võrdlusprimaarkiire (tasase lainefrondiga laserkiire) teele. Sel juhul moodustub mõlemale poole 2 uut lainefrondit. Esimene neist on objekti lainefrondi täpne koopia, mis levib lainega B samas suunas. Ül altoodud etappi nimetatakse kujutise rekonstrueerimiseks.
Holograafiline protsess
Kahe poolt loodud häiremustertasapinnalised koherentsed lained, pärast selle salvestamist fotoplaadile on see seade, mis võimaldab ühe neist lainetest valgustuse korral taastada teise tasapinnalise laine. Seetõttu on holograafilisel protsessil järgmised etapid: laineobjekti esipinna registreerimine ja sellele järgnev "salvestamine" hologrammi kujul (interferentsuster) ning selle taastamine pärast mis tahes aega, kui võrdluslaine läbib hologrammi.
Objektiivseks lainefrondiks võib tegelikult olla ükskõik milline. Näiteks võib see peegelduda mõnelt reaalselt objektilt, kui see samal ajal on referentslainega koherentne. Kahe koherentsusega lainefrondi poolt moodustatud interferentsimuster on seade, mis võimaldab difraktsiooni tõttu muuta ühe neist frontidest teiseks. Siin on peidus sellise nähtuse nagu holograafia võti. Dennis Gabor oli esimene, kes selle kinnisvara avastas.
Hologrammi moodustatud kujutise vaatlemine
Meie ajal hakatakse hologrammide lugemiseks kasutama spetsiaalset seadet, holograafilist projektorit. See võimaldab teil teisendada pildi 2D-st 3D-ks. Lihtsate hologrammide vaatamiseks pole aga holograafilist projektorit üldse vaja. Räägime lühid alt, kuidas selliseid pilte vaadata.
Lihtsaima hologrammi abil moodustatud kujutise vaatlemiseks peate selle asetama silmast umbes 1 meetri kaugusele. Läbi difraktsioonvõre tuleb vaadata suunas, kuhu tasapinnalised lained (rekonstrueeritult) se alt välja tulevad. Kuna vaatleja silma sisenevad tasapinnalised lained, on ka holograafiline pilt tasane. See näib meile nagu "pime sein", mida ühtlaselt valgustab valgus, mis on vastava laserkiirgusega sama värvi. Kuna sellel "seinal" puuduvad spetsiifilised omadused, on võimatu kindlaks teha, kui kaugel see on. Näib, nagu vaataksite lõpmatuses asuvat pikendatud seina, kuid samal ajal näete sellest ainult osa, mida näete läbi väikese "akna", see tähendab hologrammi. Seetõttu on hologramm ühtlaselt helendav pind, millel me ei märka midagi, mis vääriks tähelepanu.
Difraktsioonvõre (hologramm) võimaldab jälgida mitmeid lihtsaid efekte. Neid saab demonstreerida ka teist tüüpi hologrammide abil. Difraktsioonvõre läbides valguskiir poolitatakse, moodustub kaks uut kiirt. Laserkiirte abil saab valgustada mis tahes difraktsioonvõre. Sel juhul peaks kiirguse värvus erinema salvestamisel kasutatud värvist. Värvikiire paindenurk sõltub sellest, mis värvi see on. Kui see on punane (pikim lainepikkus), on selline kiir painutatud suurema nurga all kui sinine kiir, millel on kõige lühem lainepikkus.
Difraktsioonvõre abil saate vahele jätta kõikide värvide, st valge, segu. Sel juhul on selle hologrammi iga värvikomponent painutatud oma nurga all. Väljund on spektersarnane prismaga loodavale.
Difraktsioonivõre löögi paigutus
Difraktsioonvõre löögid tuleks teha üksteisele väga lähedale, et kiirte paindumine oleks märgatav. Näiteks punase tala 20° võrra painutamiseks on vajalik, et löökide vaheline kaugus ei ületaks 0,002 mm. Kui need asetada tihedam alt, hakkab valguskiir veelgi rohkem painduma. Selle võre "salvestamiseks" on vaja fotoplaati, mis on võimeline selliseid peeneid detaile registreerima. Lisaks on vajalik, et plaat jääks nii eksponeerimise kui ka registreerimise ajal täiesti paigale.
Pilt võib isegi väikseima liigutusega märkimisväärselt häguneda ja seda nii palju, et see jääb täiesti eristamatuks. Sel juhul ei näe me mitte interferentsimustrit, vaid lihts alt klaasplaati, mis on kogu pinna ulatuses ühtlaselt must või hall. Loomulikult ei taastata sel juhul difraktsioonivõre poolt tekitatud difraktsiooniefekte.
Edasiülekanne ja peegeldavad hologrammid
Meie käsitletud difraktsioonvõre nimetatakse läbilaskvaks, kuna see toimib seda läbivas valguses. Kui kanname võrejooned mitte läbipaistvale plaadile, vaid peegli pinnale, saame peegeldava difraktsioonvõre. See peegeldab erinevat värvi valgust erinevate nurkade alt. Vastav alt sellele on olemas kaks suurt hologrammiklassi – peegeldavad ja läbilaskvad. Esimesi vaadeldakse peegeldunud valguses, teisi aga läbiva valguse käes.
