Het holografische beeld wordt tegenwoordig steeds meer gebruikt. Sommigen geloven zelfs dat het op den duur de ons bekende communicatiemiddelen kan vervangen. Leuk vinden of niet, maar nu wordt het actief gebruikt in verschillende industrieën. We kennen bijvoorbeeld allemaal holografische stickers. Veel fabrikanten gebruiken ze als bescherming tegen namaak. De onderstaande foto toont enkele van de holografische stickers. Het gebruik ervan is een zeer effectieve manier om goederen of documenten te beschermen tegen vervalsing.
Geschiedenis van de studie van holografie
Het driedimensionale beeld dat het resultaat is van de breking van stralen begon relatief recent te worden bestudeerd. We kunnen echter al praten over het bestaan van een geschiedenis van zijn studie. Dennis Gabor, een Engelse wetenschapper, definieerde voor het eerst holografie in 1948. Deze ontdekking was erg belangrijk, maar de grote betekenis ervan was toen nog niet duidelijk. Onderzoekers die in de jaren vijftig werkten, hadden last van het ontbreken van een coherente lichtbron, een zeer belangrijke eigenschap voor de ontwikkeling van holografie. Eerste laserwerd gemaakt in 1960. Met deze inrichting is het mogelijk licht met voldoende coherentie te verkrijgen. Juris Upatnieks en Immet Leith, Amerikaanse wetenschappers, gebruikten het om de eerste hologrammen te maken. Met hun hulp werden driedimensionale afbeeldingen van objecten verkregen.
In de daaropvolgende jaren ging het onderzoek door. Honderden wetenschappelijke artikelen die het concept van holografie onderzoeken, zijn sindsdien gepubliceerd en er zijn veel boeken over de methode gepubliceerd. Deze werken zijn echter gericht aan specialisten, niet aan de algemene lezer. In dit artikel zullen we proberen alles in een toegankelijke taal te vertellen.
Wat is holografie
De volgende definitie kan worden voorgesteld: holografie is een driedimensionale foto die wordt verkregen met behulp van een laser. Deze definitie is echter niet helemaal bevredigend, aangezien er veel andere soorten driedimensionale fotografie zijn. Niettemin weerspiegelt het de belangrijkste: holografie is een technische methode waarmee u het uiterlijk van een object kunt "vastleggen"; met zijn hulp wordt een driedimensionaal beeld verkregen dat op een echt object lijkt; het gebruik van lasers speelde een beslissende rol in de ontwikkeling ervan.
Holografie en zijn toepassingen
De studie van holografie stelt ons in staat om veel problemen met conventionele fotografie op te helderen. Als visuele kunst kan driedimensionale beeldvorming zelfs de laatste uitdagen, omdat het je in staat stelt de wereld om je heen nauwkeuriger en correcter weer te geven.
Wetenschappers onderscheiden soms tijdperken in de geschiedenis van de mensheid door middel vanverbindingen die in bepaalde eeuwen bekend waren. We kunnen bijvoorbeeld praten over de hiërogliefen die in het oude Egypte bestonden, over de uitvinding van de drukpers in 1450. In verband met de technologische vooruitgang die in onze tijd wordt waargenomen, hebben nieuwe communicatiemiddelen, zoals televisie en telefoon, een dominante positie ingenomen. Hoewel het holografische principe nog in de kinderschoenen staat als het gaat om het gebruik ervan in de media, zijn er redenen om aan te nemen dat apparaten die erop gebaseerd zijn in de toekomst de ons bekende communicatiemiddelen zullen kunnen vervangen, of in ieder geval hun functionaliteit kunnen uitbreiden. bereik.
Scifi-literatuur en mainstream print portretteren holografie vaak in het verkeerde, vervormde licht. Ze creëren vaak een misvatting over deze methode. Het volumetrische beeld, voor het eerst gezien, fascineert. Niet minder indrukwekkend is echter de fysieke verklaring van het principe van het apparaat.
Interferentiepatroon
Het vermogen om objecten te zien is gebaseerd op het feit dat lichtgolven, die erdoor worden gebroken of erdoor worden weerkaatst, ons oog binnenkomen. Lichtgolven die door een object worden gereflecteerd, worden gekenmerkt door de vorm van het golffront die overeenkomt met de vorm van dit object. Het patroon van donkere en lichte banden (of lijnen) wordt gecreëerd door twee groepen coherente lichtgolven die interfereren. Dit is hoe een volumetrische holografie wordt gevormd. In dit geval vormen deze banden in elk afzonderlijk geval een combinatie die alleen afhangt van de vorm van de golffronten van de golven die met elkaar interageren. Zo eenhet beeld wordt interferentie genoemd. Het kan bijvoorbeeld op een fotografische plaat worden bevestigd als het op een plaats wordt geplaatst waar golfinterferentie wordt waargenomen.
Verscheidenheid aan hologrammen
De methode waarmee je het door het object weerkaatste golffront kunt opnemen (registreren) en het vervolgens kunt herstellen zodat het voor de waarnemer lijkt alsof hij een echt object ziet, en dat is holografie. Dit is een effect vanwege het feit dat de resulterende afbeelding op dezelfde manier driedimensionaal is als het echte object.
Er zijn veel verschillende soorten hologrammen waar je gemakkelijk over in de war kunt raken. Om een bepaalde soort ondubbelzinnig te definiëren, moeten vier of zelfs vijf bijvoeglijke naamwoorden worden gebruikt. Van al hun verzamelingen zullen we alleen de hoofdklassen beschouwen die worden gebruikt door moderne holografie. Eerst moet je echter een beetje praten over zo'n golffenomeen als diffractie. Zij is het die ons in staat stelt om het golffront te construeren (of beter: reconstrueren).
Diffractie
Als een object zich op het pad van het licht bevindt, werpt het een schaduw. Het licht buigt rond dit object en v alt gedeeltelijk in het schaduwgebied. Dit effect wordt diffractie genoemd. Het wordt verklaard door het golfkarakter van licht, maar het is nogal moeilijk om het strikt uit te leggen.
Alleen in een zeer kleine hoek dringt licht door het schaduwgebied, dus we merken het nauwelijks op. Als er echter veel kleine obstakels op zijn pad zijn, waarvan de afstand slechts enkele golflengten van licht is, wordt dit effect behoorlijk merkbaar.
Als de val van het golffront op een groot enkel obstakel v alt, "v alt het overeenkomstige deel eruit", wat praktisch geen invloed heeft op het resterende gebied van dit golffront. Als er veel kleine obstakels op zijn pad zijn, verandert deze als gevolg van diffractie, zodat het licht dat zich achter het obstakel voortplant, een kwalitatief ander golffront zal hebben.
De transformatie is zo sterk dat het licht zich zelfs in de andere richting begint te verspreiden. Het blijkt dat diffractie ons in staat stelt om het oorspronkelijke golffront om te zetten in een compleet ander golffront. Diffractie is dus het mechanisme waarmee we een nieuw golffront verkrijgen. Het apparaat dat het op de bovenstaande manier vormt, wordt een diffractierooster genoemd. Laten we er in meer detail over praten.
diffractierooster
Dit is een kleine plaat waarop dunne rechte parallelle lijnen (lijnen) zijn aangebracht. Ze zijn een honderdste of zelfs een duizendste van een millimeter van elkaar verwijderd. Wat gebeurt er als een laserstraal onderweg een rooster tegenkomt dat bestaat uit verschillende wazige donkere en heldere strepen? Een deel ervan zal recht door het rooster gaan en een deel zal buigen. Zo worden twee nieuwe balken gevormd, die het rooster onder een bepaalde hoek ten opzichte van de oorspronkelijke balk verlaten en zich aan beide zijden ervan bevinden. Als één laserstraal bijvoorbeeld een vlak golffront heeft, zullen twee nieuwe stralen die aan de zijkanten worden gevormd ook vlakke golffronten hebben. Dus, op doorreisdiffractierooster laserstraal, vormen we twee nieuwe golffronten (plat). Blijkbaar kan een diffractierooster worden beschouwd als het eenvoudigste voorbeeld van een hologram.
Hologramregistratie
Inleiding tot de basisprincipes van holografie zou moeten beginnen met de studie van twee vlakke golffronten. Door interactie te vormen, vormen ze een interferentiepatroon, dat wordt vastgelegd op een fotografische plaat die op dezelfde plaats als het scherm is geplaatst. Deze fase van het proces (de eerste) in holografie wordt de opname (of registratie) van het hologram genoemd.
Beeldherstel
We nemen aan dat een van de vlakke golven A is en de tweede B. Golf A wordt de referentiegolf genoemd en B wordt de objectgolf genoemd, dat wil zeggen, gereflecteerd door het object waarvan het beeld vast is. Deze mag op geen enkele manier afwijken van de referentiegolf. Bij het maken van een hologram van een driedimensionaal echt object wordt echter een veel complexer golffront van door het object gereflecteerd licht gevormd.
Het interferentiepatroon dat wordt weergegeven op fotografische film (dat wil zeggen, het beeld van een diffractierooster) is een hologram. Het kan in het pad van de primaire referentiestraal worden geplaatst (een laserstraal met een vlak golffront). In dit geval worden aan beide zijden 2 nieuwe golffronten gevormd. De eerste hiervan is een exacte kopie van het objectgolffront, dat zich voortplant in dezelfde richting als golf B. Het bovenstaande stadium wordt beeldreconstructie genoemd.
Holografisch proces
Het interferentiepatroon gecreëerd door tweevlakke coherente golven, na opname op een fotografische plaat, is het een apparaat waarmee, in het geval van verlichting van een van deze golven, een andere vlakke golf kan worden hersteld. Het holografische proces kent daarom de volgende fasen: registratie en daaropvolgende "opslag" van het golfobjectfront in de vorm van een hologram (interferentiepatroon) en het herstel ervan na elk moment dat de referentiegolf door het hologram gaat.
Het objectieve golffront kan eigenlijk van alles zijn. Het kan bijvoorbeeld worden gereflecteerd door een echt object, als het tegelijkertijd coherent is met de referentiegolf. Het interferentiepatroon, gevormd door twee willekeurige golffronten met coherentie, is een apparaat dat door diffractie een van deze fronten in een ander kan transformeren. Hier ligt de sleutel tot een fenomeen als holografie verborgen. Dennis Gabor was de eerste die dit pand ontdekte.
Observatie van het beeld gevormd door het hologram
In onze tijd wordt een speciaal apparaat, een holografische projector, gebruikt om hologrammen te lezen. Hiermee kunt u een afbeelding van 2D naar 3D converteren. Om eenvoudige hologrammen te bekijken, is echter helemaal geen holografische projector nodig. Laten we het kort hebben over het bekijken van dergelijke afbeeldingen.
Om het beeld dat wordt gevormd door het eenvoudigste hologram te bekijken, moet je het op een afstand van ongeveer 1 meter van het oog plaatsen. Je moet door het diffractierooster kijken in de richting waarin de vlakke golven (gereconstrueerd) eruit komen. Omdat het de vlakke golven zijn die het oog van de waarnemer binnenkomen, is het holografische beeld ook plat. Het lijkt ons een "blinde muur", die gelijkmatig wordt verlicht door licht dat dezelfde kleur heeft als de bijbehorende laserstraling. Omdat deze "muur" geen specifieke kenmerken heeft, is het onmogelijk om te bepalen hoe ver hij is. Het lijkt alsof je naar een verlengde muur kijkt die zich op oneindig bevindt, maar tegelijkertijd zie je slechts een deel ervan, dat je door een klein "venster" kunt zien, dat wil zeggen een hologram. Daarom is een hologram een gelijkmatig lichtgevend oppervlak waarop we niets opmerken dat de aandacht verdient.
Diffractierooster (hologram) stelt ons in staat om verschillende eenvoudige effecten waar te nemen. Ze kunnen ook worden aangetoond met behulp van andere soorten hologrammen. De lichtbundel gaat door het diffractierooster en wordt gesplitst, er worden twee nieuwe bundels gevormd. Laserstralen kunnen worden gebruikt om elk diffractierooster te verlichten. In dit geval moet de straling in kleur verschillen van de kleur die tijdens de opname is gebruikt. De buighoek van een kleurenbundel hangt af van de kleur die deze heeft. Als het rood is (de langste golflengte), dan wordt zo'n bundel onder een grotere hoek gebogen dan de blauwe bundel, die de kortste golflengte heeft.
Door het diffractierooster kun je een mengsel van alle kleuren overslaan, dat wil zeggen wit. In dit geval wordt elke kleurcomponent van dit hologram onder zijn eigen hoek gebogen. De output is een spectrumvergelijkbaar met die gemaakt door een prisma.
Plaatsing diffractieroosterslag
De lijnen van het diffractierooster moeten heel dicht bij elkaar worden gemaakt, zodat de buiging van de stralen merkbaar is. Om bijvoorbeeld de rode straal met 20° te buigen, is het noodzakelijk dat de afstand tussen de slagen niet groter is dan 0,002 mm. Als ze dichterbij worden geplaatst, begint de lichtstraal nog meer te buigen. Om dit rooster te "vastleggen" is een fotografische plaat nodig die zulke fijne details kan registreren. Daarnaast is het noodzakelijk dat de plaat zowel tijdens de belichting als tijdens de registratie volledig stil blijft staan.
Het beeld kan zelfs bij de minste beweging aanzienlijk wazig zijn, en zo erg zelfs dat het volledig niet te onderscheiden is. In dit geval zullen we geen interferentiepatroon zien, maar gewoon een glasplaat, uniform zwart of grijs over het hele oppervlak. In dit geval zullen de diffractie-effecten die door het diffractierooster worden gegenereerd natuurlijk niet worden gereproduceerd.
Transmissie en reflecterende hologrammen
Het diffractierooster dat we hebben overwogen, wordt doorlatend genoemd, omdat het werkt in het licht dat er doorheen gaat. Als we de roosterlijnen niet op een transparante plaat maar op het oppervlak van een spiegel aanbrengen, krijgen we een reflecterend diffractierooster. Het weerkaatst verschillende kleuren licht vanuit verschillende hoeken. Dienovereenkomstig zijn er twee grote klassen hologrammen - reflecterend en doorlatend. De eerste worden waargenomen in gereflecteerd licht, terwijl de laatste worden waargenomen in doorvallend licht.
