Det holografiske billede bruges i stigende grad i dag. Nogle tror endda, at det i sidste ende kan erstatte de kommunikationsmidler, vi kender. Kan du lide det eller ej, men nu bruges det aktivt i en række forskellige industrier. For eksempel er vi alle bekendt med holografiske klistermærker. Mange producenter bruger dem som et middel til beskyttelse mod forfalskning. Billedet nedenfor viser nogle af de holografiske klistermærker. Deres brug er en meget effektiv måde at beskytte varer eller dokumenter mod forfalskning.
History of the study of holography
Det tredimensionelle billede, der er et resultat af brydning af stråler, begyndte at blive studeret relativt for nylig. Men vi kan allerede tale om eksistensen af en historie om dens undersøgelse. Dennis Gabor, en engelsk videnskabsmand, definerede første gang holografi i 1948. Denne opdagelse var meget vigtig, men dens store betydning på det tidspunkt var endnu ikke åbenbar. Forskere, der arbejdede i 1950'erne, led af manglen på en sammenhængende lyskilde, en meget vigtig egenskab for udviklingen af holografi. Første laserblev lavet i 1960. Med denne anordning er det muligt at opnå lys med tilstrækkelig sammenhæng. Juris Upatnieks og Immet Leith, amerikanske videnskabsmænd, brugte det til at skabe de første hologrammer. Med deres hjælp blev der opnået tredimensionelle billeder af objekter.
I de efterfølgende år fortsatte forskningen. Hundredvis af videnskabelige artikler, der udforsker begrebet holografi, er siden blevet offentliggjort, og mange bøger er blevet udgivet om metoden. Disse værker henvender sig dog til specialister, ikke til den almindelige læser. I denne artikel vil vi forsøge at fortælle om alt på et tilgængeligt sprog.
Hvad er holografi
Følgende definition kan foreslås: holografi er et tredimensionelt fotografi opnået ved hjælp af en laser. Denne definition er dog ikke helt tilfredsstillende, da der findes mange andre former for tredimensionel fotografering. Ikke desto mindre afspejler det det mest betydningsfulde: holografi er en teknisk metode, der giver dig mulighed for at "optage" udseendet af et objekt; med dens hjælp opnås et tredimensionelt billede, der ligner et rigtigt objekt; brugen af lasere spillede en afgørende rolle i udviklingen.
Holografi og dens applikationer
Undersøgelsen af holografi giver os mulighed for at afklare mange spørgsmål relateret til konventionel fotografering. Som visuel kunst kan tredimensionel billeddannelse endda udfordre sidstnævnte, da det giver dig mulighed for at afspejle verden omkring dig mere præcist og korrekt.
Forskere udpeger nogle gange epoker i menneskehedens historie med midlerforbindelser, der var kendt i visse århundreder. Vi kan for eksempel tale om de hieroglyffer, der fandtes i det gamle Egypten, om opfindelsen af trykkepressen i 1450. I forbindelse med de teknologiske fremskridt, der er observeret i vor tid, har nye kommunikationsmidler, såsom tv og telefon, indtaget en dominerende stilling. Selvom det holografiske princip stadig er i sin vorden, når det kommer til dets brug i medierne, er der grund til at tro, at enheder baseret på det i fremtiden vil være i stand til at erstatte de kommunikationsmidler, vi kender, eller i det mindste udvide deres omfang.
Sci-fi-litteratur og almindeligt tryk skildrer ofte holografi i et forkert, forvrænget lys. De skaber ofte en misforståelse om denne metode. Det volumetriske billede, set for første gang, fascinerer. Men ikke mindre imponerende er den fysiske forklaring af princippet om dens enhed.
Interferensmønster
Evnen til at se objekter er baseret på det faktum, at lysbølger, der brydes af dem eller reflekteres fra dem, trænger ind i vores øje. Lysbølger, der reflekteres fra et eller andet objekt, er karakteriseret ved, at formen af bølgefronten svarer til formen af dette objekt. Mønstret af mørke og lyse bånd (eller linjer) er skabt af to grupper af sammenhængende lysbølger, der forstyrrer. Sådan dannes en volumetrisk holografi. I dette tilfælde udgør disse bånd i hvert enkelt tilfælde en kombination, der kun afhænger af formen af bølgefronterne af de bølger, der interagerer med hinanden. Sådanbilledet kaldes interferens. Den kan f.eks. fastgøres på en fotografisk plade, hvis den placeres et sted, hvor der observeres bølgeinterferens.
Forskellige hologrammer
Den metode, der giver dig mulighed for at optage (registrere) bølgefronten, der reflekteres fra objektet, og derefter gendanne den, så det ser ud for observatøren, at han ser et rigtigt objekt, og er holografi. Dette er en effekt, der skyldes, at det resulterende billede er tredimensionelt på samme måde som det virkelige objekt.
Der er mange forskellige typer hologrammer, som er nemme at blive forvirrede over. For entydigt at definere en bestemt art, bør der bruges fire eller endda fem adjektiver. Af alt deres sæt vil vi kun overveje de vigtigste klasser, der bruges af moderne holografi. Men først skal du tale lidt om et sådant bølgefænomen som diffraktion. Det er hende, der tillader os at konstruere (eller rettere, rekonstruere) bølgefronten.
Diffraktion
Hvis en genstand er i lysets vej, kaster den en skygge. Lys bøjer sig rundt om dette objekt og kommer delvist ind i skyggeområdet. Denne effekt kaldes diffraktion. Det forklares med lysets bølgenatur, men det er ret svært at forklare det strengt.
Kun i en meget lille vinkel trænger lyset ind i skyggeområdet, så vi bemærker det næsten ikke. Men hvis der er mange små forhindringer på dens vej, hvor afstanden kun er nogle få bølgelængder af lys, bliver denne effekt ret mærkbar.
Hvis bølgefrontens fald falder på en stor enkelt forhindring, "falder den tilsvarende del ud", hvilket praktisk t alt ikke påvirker det resterende område af denne bølgefront. Hvis der er mange små forhindringer på dens vej, ændres den som følge af diffraktion, så lyset, der udbreder sig bag forhindringen, får en kvalitativt anderledes bølgefront.
Forvandlingen er så stærk, at lyset endda begynder at sprede sig i den anden retning. Det viser sig, at diffraktion giver os mulighed for at transformere den oprindelige bølgefront til en helt anden. Diffraktion er således den mekanisme, hvorved vi opnår en ny bølgefront. Enheden, der danner det på ovenstående måde, kaldes et diffraktionsgitter. Lad os tale om det mere detaljeret.
Diffraktionsgitter
Dette er en lille plade med tynde lige parallelle streger (linjer) på den. De er adskilt fra hinanden med en hundrededel eller endda en tusindedel af en millimeter. Hvad sker der, hvis en laserstråle møder et gitter på sin vej, som består af flere slørede mørke og lyse striber? En del af det vil gå lige gennem risten, og en del vil bøje. Der dannes således to nye bjælker, som forlader gitteret i en vis vinkel i forhold til den oprindelige bjælke og er placeret på begge sider af den. Hvis én laserstråle for eksempel har en flad bølgefront, vil to nye stråler dannet på siderne af den også have flade bølgefronter. Således passerer igennemdiffraktionsgitter laserstråle, danner vi to nye bølgefronter (flade). Tilsyneladende kan et diffraktionsgitter betragtes som det enkleste eksempel på et hologram.
Hologramregistrering
Introduktion til holografiens grundlæggende principper bør begynde med studiet af to plane bølgefronter. I samspil danner de et interferensmønster, som optages på en fotografisk plade placeret samme sted som skærmen. Denne fase af processen (den første) i holografi kaldes optagelsen (eller registreringen) af hologrammet.
Billedgendannelse
Vi vil antage, at en af de plane bølger er A, og den anden er B. Bølge A kaldes referencebølgen, og B kaldes objektbølgen, det vil sige reflekteret fra objektet, hvis billede er fikseret. Den adskiller sig muligvis ikke på nogen måde fra referencebølgen. Men når man laver et hologram af et tredimensionelt virkeligt objekt, dannes der en meget mere kompleks bølgefront af lys reflekteret fra objektet.
Interferensmønsteret præsenteret på fotografisk film (det vil sige billedet af et diffraktionsgitter) er et hologram. Den kan placeres i vejen for reference-primærstrålen (en stråle af laserlys med en flad bølgefront). I dette tilfælde dannes 2 nye bølgefronter på begge sider. Den første af disse er en nøjagtig kopi af objektbølgefronten, som forplanter sig i samme retning som bølge B. Ovenstående trin kaldes billedrekonstruktion.
Holografisk proces
Interferensmønsteret skabt af toplane kohærente bølger, efter dets optagelse på en fotografisk plade, er det en enhed, der tillader, i tilfælde af belysning af en af disse bølger, at genoprette en anden plan bølge. Den holografiske proces har derfor følgende trin: registrering og efterfølgende "lagring" af bølgeobjektets front i form af et hologram (interferensmønster), og dens genoprettelse efter ethvert tidspunkt, hvor referencebølgen passerer gennem hologrammet.
Den objektive bølgefront kan faktisk være hvad som helst. Det kan for eksempel reflekteres fra et eller andet virkeligt objekt, hvis det samtidig er sammenhængende med referencebølgen. Formet af to bølgefronter med sammenhæng, er interferensmønsteret en enhed, der på grund af diffraktion gør det muligt at transformere en af disse fronter til en anden. Det er her, nøglen til et sådant fænomen som holografi er skjult. Dennis Gabor var den første til at opdage denne ejendom.
Observation af billedet dannet af hologrammet
I vores tid begynder en speciel enhed, en holografisk projektor, at blive brugt til at læse hologrammer. Det giver dig mulighed for at konvertere et billede fra 2D til 3D. Men for at se simple hologrammer kræves der slet ikke en holografisk projektor. Lad os kort tale om, hvordan man ser sådanne billeder.
For at observere billedet dannet af det enkleste hologram, skal du placere det i en afstand på omkring 1 meter fra øjet. Du skal se gennem diffraktionsgitteret i den retning, som de plane bølger (rekonstrueret) kommer ud af det. Da det er de plane bølger, der kommer ind i observatørens øje, er det holografiske billede også fladt. Den fremstår for os som en "blind væg", der er jævnt oplyst af lys, der har samme farve som den tilsvarende laserstråling. Da denne "væg" er blottet for specifikke funktioner, er det umuligt at afgøre, hvor langt den er. Det virker som om, man kigger på en forlænget væg, der ligger i det uendelige, men samtidig ser man kun en del af den, som man kan se gennem et lille "vindue", altså et hologram. Derfor er et hologram en ensartet lysende overflade, hvorpå vi ikke bemærker noget, der er værd at bemærke.
Diffraktionsgitter (hologram) giver os mulighed for at observere flere simple effekter. De kan også demonstreres ved hjælp af andre typer hologrammer. Ved at passere gennem diffraktionsgitteret opdeles lysstrålen, to nye stråler dannes. Laserstråler kan bruges til at belyse ethvert diffraktionsgitter. I dette tilfælde bør strålingen afvige i farve fra den, der blev brugt under optagelsen. Bøjningsvinklen på en farvestråle afhænger af, hvilken farve den har. Hvis den er rød (den længste bølgelængde), så bøjes en sådan stråle i en større vinkel end den blå stråle, som har den korteste bølgelængde.
Gennem diffraktionsgitteret kan du springe en blanding af alle farver over, det vil sige hvid. I dette tilfælde er hver farvekomponent i dette hologram bøjet i sin egen vinkel. Outputtet er et spektrumligner det, der er skabt af et prisme.
Diffraktionsgitterslagplacering
Diffraktionsgitterets slag skal laves meget tæt på hinanden, så strålernes bøjning er mærkbar. For eksempel, for at bøje den røde stråle med 20°, er det nødvendigt, at afstanden mellem slagene ikke overstiger 0,002 mm. Placeres de tættere, begynder lysstrålen at bøje endnu mere. For at "optage" dette gitter, er det nødvendigt med en fotografisk plade, som er i stand til at registrere så fine detaljer. Derudover er det nødvendigt, at pladen forbliver helt stille under eksponering, samt under registrering.
Billedet kan blive betydeligt sløret, selv med den mindste bevægelse, og så meget, at det vil være helt umuligt at skelne. I dette tilfælde vil vi ikke se et interferensmønster, men blot en glasplade, ensartet sort eller grå over hele overfladen. I dette tilfælde vil diffraktionseffekterne, der genereres af diffraktionsgitteret, naturligvis ikke blive reproduceret.
Transmission og reflekterende hologrammer
Diffraktionsgitteret, vi har overvejet, kaldes transmissivt, da det virker i lyset, der passerer gennem det. Hvis vi påfører gitterlinjerne ikke på en gennemsigtig plade, men på overfladen af et spejl, får vi et reflekterende diffraktionsgitter. Det reflekterer forskellige farver af lys fra forskellige vinkler. Følgelig er der to store klasser af hologrammer - reflekterende og transmissive. Førstnævnte observeres i reflekteret lys, mens sidstnævnte observeres i transmitteret lys.
