Holografi är ... Koncept, handlingsprincip, tillämpning

Holografisk bild finner idag alltstörre användning. Vissa tror även att det så småningom kan ersätta det kända kommunikationsmedlet. Så det eller inte, men redan nu används det aktivt i de mest olika grenarna. Till exempel vet vi alla holografiska klistermärken. Många tillverkare använder dem som ett medel för skydd mot förfalskning. Bilden nedan visar några holografiska klistermärken. Deras användning är ett mycket effektivt sätt att skydda varor eller dokument från förfalskning.

Historia att studera holografi

Den 3D-bild som erhållits som ett resultat avbrytning av strålarna började studeras relativt nyligen. Men vi kan redan prata om förekomsten av en historia av hans studie. Dennis Gabor, en engelsk forskare, bestämde sig för första gången 1948 för vilken holografi som är. Denna upptäckt var mycket viktig, men den stora betydelsen på den tiden var ännu inte uppenbar. Forskarna som arbetade på 1950-talet led av avsaknaden av en ljuskälla med koherens, en mycket viktig egenskap för utveckling av holografi. Den första lasern tillverkades 1960. Med denna anordning är det möjligt att erhålla ljus med tillräcklig koherens. Juris Upatnieks och Immet Leith, amerikanska forskare, använde den för att skapa de första hologrammen. Med deras hjälp erhölls tredimensionella bilder av objekt.

Under senare år fortsatte forskningen. Hundratals vetenskapliga artiklar där begreppet holografi har studerats har sedan publicerats, och många böcker som ägnats åt denna metod har publicerats. Dessa arbeten riktas dock till specialister, och inte till den allmänna läsaren. I den här artikeln försöker vi prata om allt som finns tillgängligt på språket.

Vad är holografi?

Vi kan föreslå följande definition: Holografi är ett volumetriskt fotografi erhållet med hjälp av en laser. Denna definition är dock inte helt tillfredsställande, eftersom det finns många andra typer av tredimensionell fotografi. Det återspeglar dock det viktigaste: holografi är en teknisk metod som låter dig "spela in" ett objekts utseende. med sin hjälp visas en tredimensionell bild som ser ut som ett verkligt objekt; Användningen av lasrar spelade en avgörande roll i utvecklingen.

Holografi och dess tillämpning

Studien av holografi gör det möjligt att klargöramånga frågor relaterade till vanligt fotografi. Som en bildkonst kan en 3D-bild även utmana den senare, eftersom den låter dig reflektera omvärlden mer exakt och korrekt.

Forskare skiljer ibland epoker i historienmänskligheten genom kommunikationsmedel som var kända under dessa eller andra århundraden. Man kan exempelvis säga om de hieroglyfer som fanns i det gamla Egypten, om uppfinningen av en tryckpress i 1450. I samband med den tekniska utvecklingen som observerats i vår tid har nya kommunikationsmedel, såsom tv och telefoner, antagit en dominerande ställning. Även om den holografiska principen fortfarande är i sin spädbarn, om vi talar om dess användning i media, finns det skäl att tro att de enheter som bygger på det kan ersätta de kända kommunikationsmedlen i framtiden eller åtminstone utvidga användningsområdet.

Science fiction och masslitteraturPressen presenteras ofta med holografi i ett felaktigt, förvrängt ljus. De skapar ofta en missuppfattning om denna metod. Den volymetriska bilden ses för första gången, förhäxar. Den fysiska förklaringen av principen om dess struktur är emellertid inte mindre imponerande.

Interferensmönster

Möjligheten att se objekt bygger på det faktum attljusvågor, brytas av dem eller reflekteras från dem, faller i våra ögon. De ljusvågor som reflekteras från ett objekt karakteriseras av formen av vågfronten som motsvarar formen på detta föremål. En bild av mörka och lätta band (eller linjer) skapar två grupper av ljusa sammanhängande vågor som stör varandra. Så här bildar volymholografi. I detta fall utgör dessa band i varje enskilt fall en kombination som bara beror på formen på vågornas vågfronter, som interagerar med varandra. Denna bild kallas störning. Den kan fixas till exempel på en fotografisk platta, om du placerar den på ett ställe där störningar av vågor observeras.

Mångfalden av hologram

En metod som låter dig spela in (registrera)återspeglas från objektets vågfront, så återställ det så att observatören verkar att han ser det verkliga objektet och är holografi. Detta är en effekt som förklaras av det faktum att den resulterande bilden är tredimensionell i samma utsträckning som det verkliga objektet.

Det finns många olika typer av hologram, isom är lätta att bli förvirrad. För att unikt identifiera en viss art måste du använda fyra eller till och med fem adjektiv. Av alla sina många kommer vi bara att överväga de huvudklasser som modern holografi använder. Först måste vi dock lite berätta om ett sådant vågfenomen som diffraktion. Det låter oss konstruera (eller snarare rekonstruera) vågfronten.

diffraktion

Om ett föremål är på vägljus, kastar han en skugga. Ljuset går runt det här objektet och går delvis in i skuggområdet. Denna effekt kallas diffraktion. Det förklaras av ljusets vågform, men det är strängt svårt att förklara det strikt.

Endast i mycket liten vinkel tränger ljuset inskuggområdet, så märker vi nästan inte det. Om emellertid i hans väg det finns många små hinder är avstånden mellan vilka endast några våglängder av ljusvågan, denna effekt ganska märkbar.

Om vågfronten faller påstor inre hinder "faller" den aktuella delen av det, som inte påverkar den kvarvarande delen av vågfronten. Om det finns en hel del små hinder i sin väg, är det modifieras genom diffraktion så att spridningen av ljusbarriären kommer att ha en kvalitativt annorlunda vågfront.

Transformationen är så stark att ljuset börjaräven sprida sig i en annan riktning. Det visar sig att diffraktion gör att vi kan omvandla den ursprungliga vågfronten till en helt annan. Således är diffraktion mekanismen genom vilken vi får en ny vågfront. En anordning som bildar den på det sätt som beskrivits ovan kallas ett diffraktionsgaller. Berätta mer om det.

Diffraktionsgitter

Detta är en liten tallrik som skrivs ut på den.tunna raka parallella slag (linjer). De är åtskilda av hundra eller tusen millimeter. Vad händer om laserstrålen är på väg mot gallret, som består av flera suddiga mörka och ljusa randar? En del av det kommer att gå rakt genom gallret, och en del kommer att böjas. Således bildas två nya balkar, vilka utgår från gitteret i en viss vinkel mot den ursprungliga strålen och är belägna på båda sidor av den. Om en enskild laserstråle exempelvis har en planvågfront, kommer de två nya balkarna som bildas på vardera sidan av den också att ha platta vågfronter. Således bildar vi en laserstråle genom ett diffraktionsgitter, vi bildar två nya vågfronter (plan). Tydligen kan diffraktionsgitteret betraktas som det enklaste exemplet på ett hologram.

Hologramregistrering

Introduktion till de grundläggande principerna för holografibör börja med studien av två platta vågfronter. Samverkande bildar de ett interferensmönster, vilket spelas in på en fotografisk platta placerad på samma plats som skärmen. Detta steg i processen (första) i holografi kallas inspelningen (eller inspelningen) av hologrammet.

Bildåterställning

Vi antar att ett av planet vågar - A, ochden andra, B. Wave A, refereras till som referensen, och B, ämnet, som reflekteras från föremålet vars bild är fixerad. Det får inte skilja sig från referensvågen. När man skapar ett hologram av ett tredimensionellt verkligt objekt bildas emellertid en mycket mer komplex vågfront av det reflekterade ljuset från objektet.

Interferensmönster presenteras påfotografisk film (det vill säga bilden av diffraktionsgitteret) - detta är hologrammet. Den kan placeras i vägen för referens primära strålen (en stråle av laserljus med en planvågsfront). I detta fall bildas 2 nya vågfronar på båda sidor. Den första av dem är en exakt kopia av vågobjektets framsida, som sprids i samma riktning som våg B. Ovan beskrivna scen kallas bildrekonstruktion.

Holografisk process

Interferensmönster skapat av tvåPlana koherenta vågor, efter inspelning på en fotografisk platta, är en anordning som tillåter, vid upplystning av en av dessa vågor, att rekonstruera en annan planvåg. Den holografiska processen har således följande steg: registreringen och efterföljande "lagring" av vågobjektets framsida i form av ett hologram (interferensmönster) och dess återställning efter vilken tidpunkt som helst under referensvågens passage genom hologrammet.

Ämne vågfront i verklighetenkan vara någon. Det kan till exempel återspeglas från något riktigt objekt, om det är en sammanhängande referensvåg. Inbyggd av några två vågfronter med koherens är interferensmönstret en anordning som med hänsyn till diffraktion medger att man omvandlar en av dessa fronter till en annan. Det är här som nyckeln till ett sådant fenomen som holografi är gömd. Dennis Gabor upptäckte först den här egenskapen.

Observation av bilden bildad av hologrammet

I vår tid för läsning börjar hologramanvänd en speciell enhet - en holografisk projektor. Det låter dig konvertera en bild från två till tredimensionell. För att kunna se enkla hologram krävs dock inte en holografisk projektor alls. Beskriv kortfattat hur man överväger sådana bilder.

Att observera bildandet av det enklasteholograms bild, måste du placera den ungefär 1 meter från ögat. Genom diffraktionsgitteret måste man se i den riktning där de platta vågorna (rekonstruerade) lämnar den. Eftersom det är exakt plana vågor som kommer in i observatörens öga, är den holografiska bilden också platt. Det verkar som en "tom vägg", som är likformigt upplyst av ljus som har samma färg som motsvarande laserstrålning. Eftersom det inte finns några specifika tecken på den här "väggen" är det omöjligt att avgöra hur långt det är. Det verkar som om man tittar på en lång vägg som ligger i oändlighet, men samtidigt ser man bara den del som man kan se genom ett litet "fönster", det vill säga ett hologram. Följaktligen är ett hologram en likformigt glödande yta där vi inte märker någonting som är värdig uppmärksamhet.

Diffraktionsgitteret (hologrammet) tillåter ossobservera några enklaste effekter. De kan demonstreras med andra typer av hologram. Genom att passera genom diffraktionsgitteret splittar ljusstrålen två nya strålar. Med hjälp av laserstrålar är det möjligt att belysa eventuellt diffraktionsgitter. I detta fall bör strålningen skilja sig i färg från den som användes vid inspelningen. Böjningsvinkeln på en stråle av färg beror på vilken färg den har. Om den är röd (längsta våglängden), är en sådan stråle böjd i större vinkel än den blå färgstrålen, som har kortast våglängd.

Du kan hoppa genom diffraktionsgittereten blandning av alla färger, dvs vit. I detta fall böjs varje färgkomponent i detta hologram i sin egen vinkel. Vid utgången bildas ett spektrum som liknar det som skapas av ett prisma.

Placeringen av diffraktionsgitteret

Diffraktionsgitterets slag bör göras mycketnära varandra så att strålens krökning var märkbar. Till exempel, för krökningen av den röda strålen med 20 °, är det nödvändigt att avståndet mellan sträckarna inte överstiger 0,002 mm. Om du placerar dem närmare börjar ljusstrålen böja ännu mer. För att "spela in" det här nätet behöver du en fotografisk platta, som kan registrera så smarta detaljer. Dessutom är det nödvändigt att plattan under exponeringsprocessen, liksom under registreringen, förbli fullständigt rörlig.

Bilden kan vara väldigt suddig även medden minsta rörelsen, och så mycket så att den blir helt oskiljbar. I det här fallet ser vi inte ett interferensmönster, utan bara en glasplatta, likformigt svart eller grå över hela ytan. Naturligtvis, i detta fall, kommer diffraktionseffekterna som genereras av diffraktionsgitteret inte att reproduceras.

Sändnings- och reflekterande hologram

Det diffraktionsgitter som vi anser varakallas att passera genom att det verkar i det ljus som passerar genom det. Om vi ​​applicerar gitterlinjerna inte på den transparenta plattan, men på spegelns yta, kommer vi att få ett diffraktionsgitter som reflekterar. Det reflekterar i olika vinklar ljuset i olika färger. Följaktligen finns det två stora klasser av hologram - reflekterande och transmissiv. De första observeras i reflekterat ljus, och det andra - i passagen.