Holografia este ... Concept, principiu de acțiune, aplicare

Imaginea holografică este acum din ce în ce mai folosită. Unii chiar cred că pot înlocui eventual mijloacele de comunicare cunoscute. Deci, sau nu, dar deja acum este folosit în mod activ în cele mai diferite ramuri. De exemplu, știm cu toții autocolante holografice. Mulți producători le utilizează ca mijloc de protecție împotriva falsificării. Fotografia de mai jos prezintă niște autocolante holografice. Utilizarea lor este o modalitate foarte eficientă de a proteja mărfurile sau documentele de fals.

Istoria studierii holografiei

Imaginea tridimensională obținută ca urmare a refracției razelor a început să fie studiată relativ recent. Cu toate acestea, putem vorbi deja despre existența unei istorii a studiului său. Dennis Gabor, un om de știință englez, în 1948 pentru prima dată a determinat ce este holografia. Această descoperire a fost foarte importantă, însă semnificația ei mare la acel moment nu era încă evidentă. Cercetătorii care au lucrat în anii 1950 au suferit din cauza lipsei unei surse de lumină cu coerență, o proprietate foarte importantă pentru dezvoltarea holografiei. Primul laser a fost fabricat în 1960. Cu acest dispozitiv, este posibil să se obțină lumină cu o coerență suficientă. Juris Upatnieks și Immet Leith, cercetători americani, au folosit-o pentru a crea primele holograme. Cu ajutorul lor, au fost obținute imagini tridimensionale ale obiectelor.

În anii următori, cercetarea a continuat. S-au publicat sute de articole științifice în care a fost studiat conceptul de holografie și au fost publicate numeroase cărți dedicate acestei metode. Cu toate acestea, aceste lucrări sunt adresate specialiștilor, și nu cititorului general. În acest articol, vom încerca să vorbim despre tot ce este disponibil în limba respectivă.

Ce este holografia?

Putem propune următoarea definiție: holografia este o fotografie volumetrică obținută prin intermediul unui laser. Cu toate acestea, această definiție nu este pe deplin satisfăcătoare, deoarece există multe alte tipuri de fotografie tridimensională. Cu toate acestea, aceasta reflectă cel mai important: Holography - o metodă tehnică, care permite „înregistrarea“ apariția unei utilizări obekta--l pentru a obține imagine tridimensională, care arată ca o adevărată utilizare predmet- de lasere a fost crucială pentru dezvoltarea sa.

Holografia și aplicarea acesteia

Studiul holografiei face posibilă clarificarea multor întrebări legate de fotografia obișnuită. Ca o artă vizuală, o imagine 3D poate provoca chiar și aceasta din urmă, deoarece vă permite să reflectați lumea înconjurător mai precis și corect.

Oamenii de știință disting uneori epocile din istoria omenirii prin intermediul comunicării, cunoscute în acele sau alte secole. Puteți spune, de exemplu, despre hieroglifele existente în Egiptul Antic, despre invenția din 1450 imprimantă. În legătură cu progresele tehnologice observate, în zilele noastre, noi mijloace de comunicare, cum ar fi TV și telefon, a ocupat o poziție dominantă. Deși principiul holografic este încă în fază incipientă, dacă vorbim despre utilizarea sa în mass-media, există motive să credem că dispozitivele bazate pe acesta pot înlocui în viitor mijloacele de comunicare cunoscute sau cel puțin extind scopul utilizării lor.

Literatura științifică și presa în masă prezintă adesea o holografie într-o lumină incorectă, distorsionată. Ele creează adesea o concepție greșită despre această metodă. Imaginea volumetrică văzută pentru prima dată, bewitches. Cu toate acestea, explicația fizică a principiului structurii sale nu este mai puțin impresionantă.

Model de interferență

Capacitatea de a vedea obiecte se bazează pe faptul că undele luminoase, refractate de ele sau reflectate de ele, cad în ochii noștri. Undele luminoase reflectate de un obiect sunt caracterizate de forma frontului undei corespunde formei acestui obiect. O imagine a benzilor și liniilor întunecate și ușoare creează două grupuri de valuri coerente luminoase care interferează. Acesta este modul în care se formează holografia volumului. Benzile de date cuprind în fiecare caz o combinație care depinde numai de forma wavefronts undelor care interacționează unele cu altele. Această imagine este numită interferență. Aceasta poate fi fixată, de exemplu, pe o placă fotografică, dacă o plasați într-un loc în care există interferența valurilor.

Varietatea hologramelor

Într-un mod care vă permite să înregistrați (înregistrați) flancul reflectat de obiect, apoi să-l restaurați astfel încât observatorul să creadă că vede obiectul real și este holografic. Acest efect, care se datorează faptului că imaginea tridimensională se obține în aceeași măsură ca și un lucru real.

Există multe tipuri diferite de holograme în care este ușor de confundat. Pentru a identifica în mod unic o anumită specie, trebuie să folosiți patru sau chiar cinci adjective. Dintre toate acestea, vom lua în considerare doar clasele principale pe care le folosește holografia modernă. Cu toate acestea, mai întâi trebuie să spunem un pic despre un astfel de fenomen de undă ca și difracția. Ne permite să construim (sau, mai degrabă, reconstruim) frontul valurilor.

difracție

Dacă un obiect se află pe calea luminii, acesta aruncă o umbră. Lumina trece prin acest obiect, parțial în zona umbrei. Acest efect se numește difracție. Aceasta se explică prin natura undelor luminii, dar este strict dificil să se explice strict.

Doar într-un unghi foarte mic, lumina pătrunde în regiunea umbrită, deci aproape că nu o observăm. Cu toate acestea, în cazul în care există o multitudine de mici obstacole, distanța dintre care constituie doar câteva lungimi de unda de lumina pe drum, acest efect devine destul de vizibile.

Dacă frontul undei cade pe un singur obstacol mare, partea corespunzătoare a acestuia scade, ceea ce practic nu afectează regiunea rămasă a frontului de undă dat. Dacă există o mulțime de mici obstacole în calea sa, este modificat prin difracție, astfel încât răspândirea barierei de lumină va avea un front val calitativ diferit.

Transformarea este atât de puternică încât lumina începe să se răspândească într-o altă direcție. Se pare că difracția ne permite să transformăm frontul original al undelor într-unul complet diferit de acesta. Astfel, difracția este mecanismul prin care obținem un nou front al undelor. Se numește dispozitivul care o formează în modul descris mai sus difracție grilaj. Să vorbim despre asta în detaliu.

Stratul de difracție

Este o placă mică, cu linii drepte paralele (linii) paralele. Ele sunt distanțate de o sută sau chiar de o mieime de milimetru. Ce se întâmplă dacă fasciculul laser întâlnește o grătar care constă din mai multe benzi neclare și întunecate? Partea sa va merge direct prin grătar și se va îndoi. Astfel se formează două grinzi noi, care lasă grilajul sub un anumit unghi față de raza originală și se află pe fiecare parte a acesteia. În cazul în care un fascicul laser are, de exemplu, un front de undă plană, două grinzi noi formate lateral din acesta vor avea și flancuri de valuri plane. Astfel, prin trecerea unui fascicul laser prin grila de difracție, noi formează două valuri noi (plane). Aparent, grila de difracție poate fi considerată drept cel mai simplu exemplu al unei holograme.

Înregistrarea hologramei

Introducerea principiilor de bază ale holografiei ar trebui să înceapă cu studiul a două fronturi de valuri plane. Interacționează, ele formează un model de interferență, care este înregistrat pe o placă fotografică plasată în același loc ca ecranul. Această etapă a procesului (în primul rând) în holografie se numește înregistrarea (sau înregistrarea) hologramei.

Recuperarea imaginilor

Presupunem că unul dintre undele plane - A, iar al doilea - V. val, și B de referință Și anume - subiectul, care este reflectată de obiect a cărui imagine este fixată. Nu se poate deosebi nimic de valul de referință. Cu toate acestea, atunci când creați o hologramă a unui obiect real tridimensional, se formează o față mult mai complexă a luminii reflectată de obiect.

Modelul de interferență prezentat pe un film fotografic (adică o imagine a unei grătare de difracție) este o hologramă. Acesta poate fi plasat în calea fasciculului primar de referință (o rază de lumină laser având un front de undă plană). În acest caz, două fronturi de valuri noi sunt formate pe ambele părți. Prima dintre ele este o copie exactă a frontului de undă obiect care se propagă în aceeași direcție ca și unda W. pasul de mai sus se numește imaginea reconstruită.

Procesul holografic

Modelul de interferență creat de două plane valuri coerente, după înregistrarea pe placa fotografică este un dispozitiv capabil de iluminat, în cazul în care unul dintre aceste valuri pentru a recupera un alt val de avion. Astfel, procesul holografic are următoarele etape: înregistrarea și "stocarea" ulterioară a subiectului de undă sub formă de hologramă (model de interferență) și restaurarea acestuia după orice timp în timpul trecerii undelor de referință prin holograma.

Fața de undă a subiectului poate fi de fapt orice. De exemplu, acesta poate fi reflectat de la un obiect real, dacă acesta este un val de referință coerent. Formată prin orice două wavefronts având coerență, modelul de interferență - acesta este un dispozitiv care vă permite să convertiți datorită difracției uneia dintre aceste fronturi în cealaltă. Aici este ascunsă cheia fenomenului, ca și holografia. Dennis Gabor a fost primul care a descoperit această proprietate.

Observarea imaginii formate de holograma

În prezent, un dispozitiv special este folosit pentru a citi hologramele - un proiector holografic. Acesta vă permite să convertiți o imagine de la două la trei dimensiuni. Cu toate acestea, pentru a vedea hologramele simple, nu este necesar un proiector holografic. Să descriem pe scurt cum să vedem astfel de imagini.

Pentru a observa imaginea formată din cea mai simplă hologramă, este necesar să o plasați aproximativ la o distanță de 1 metru de ochi. Prin grila de difracție, trebuie să privim în direcția în care planetele plane (reconstruite) ies din ea. De vreme ce undele plane se încadrează în ochiul observatorului, imaginea holografică este de asemenea plat. Apare înaintea noastră ca un "zid gol", iluminat uniform de o lumină care are aceeași culoare ca cea corespunzătoare radiații laser. Din moment ce acest "perete" nu are caracteristici specifice, este imposibil să se determine cât de departe este localizat. Se pare ca și cum te uiți la situat la infinit peste pereți, dar puteți vedea doar o parte din ea, ceea ce este posibil pentru a vedea printr-o „fereastră“ mic, care este o hologramă. În consecință, o hologramă este o suprafață uniform luminată, pe care nu observăm nimic demn de atenție.

Grila de difracție (holograma) ne permite să observăm mai multe efecte simple. Ele pot fi, de asemenea, demonstrate prin folosirea hologramelor de tip diferit. Trecând prin grila de difracție, fasciculul de lumină se împarte, se formează două grinzi noi. Cu ajutorul fasciculelor de radiații laser, este posibilă iluminarea oricărei grătare de difracție. În acest caz, radiația trebuie să fie diferită de cea utilizată la înregistrare. Unghiul de îndoire a fasciculului de culori depinde de culoarea pe care o are. Dacă este roșu (lungimea de undă lungă), o astfel de fascicul este îndoit la un unghi mai mare decât fasciculul albastru, care are cea mai mică lungime de undă.

Prin grila de difracție, puteți sări peste un amestec de toate culorile, adică alb. În acest caz, fiecare componentă de culoare a acestei holograme este curbată sub unghiul propriu. La ieșire se formează un spectru similar cu cel creat de prisma.

Amplasarea cursei de grătare

Grilajele grilajului de difracție trebuie să fie foarte apropiate una de cealaltă, astfel încât curbura razelor să fie vizibilă. De exemplu, pentru a încurca o grindă roșie cu 20 °, este necesar ca distanța dintre curse să nu depășească 0,002 mm. Dacă acestea sunt plasate mai îndeaproape, raza de lumină începe să se îndoaie chiar mai mult. Pentru a "înregistra" această grătar aveți nevoie de o placă fotografică capabilă să înregistreze detalii atât de subțiri. În plus, este necesar ca placa să rămână perfect în timpul expunerii, precum și în timpul înregistrării.

Imaginea poate fi afectată în mod semnificativ, chiar și cu cea mai mică mișcare și cu atât mai mult încât va fi complet indiscutabilă. În acest caz nu vom vedea un model de interferență, ci o placă de sticlă, uniformă pe negru sau gri pe toată suprafața sa. Desigur, în acest caz, efectele de difracție produse de grila de difracție nu vor fi reproduse.

Holograme transmise și reflectorizante

Grila de difracție considerată de noi este menționată ca o rețea de transmisie, deoarece acționează în lumina care trece prin ea. Dacă aplicăm liniile de grilă nu pe placa transparentă, ci pe suprafața oglinzii, obținem o reflecție de difracție reflectorizantă. Acesta reflectă lumina diferitelor culori din diferite unghiuri. În consecință, există două mari clase de holograme - reflexive și transmisive. Primele sunt observate în lumina reflectată, iar ultima în lumina transmisă.