Голография и ее применение

Содержание
  1. Когда голограммы войдут в повседневную жизнь — Будущее на vc.ru
  2. Создание голограммы
  3. Связь
  4. Образование
  5. Моделирование больших пространств
  6. Музеи
  7. Презентация продуктов
  8. Стартапы, зарабатывающие на голограммах
  9. Голография и ее применение (стр. 1 из 6)
  10. Голография – Студенты и физика
  11. ГОЛОГРА́ФИЯ
  12. Что такое голограмма и где она используется
  13. Принцип формирования голограммы
  14. 3D-голограмма и ее применение
  15. Как работают голографические проекторы
  16. Голограмма человека
  17. Голография на дисплее смартфона
  18. Голограммы из будущего
  19. Голография – это… Понятие, принцип действия, применение
  20. История изучения голографии
  21. Что такое голография
  22. Голография и ее применение
  23. Интерференционная картина
  24. Многообразие голограмм
  25. Дифракция
  26. Дифракционная решетка
  27. Регистрация голограммы
  28. Восстановление изображения
  29. Голографический процесс
  30. Наблюдение формируемого голограммой изображения
  31. Размещение штрихов дифракционной решетки
  32. Пропускающие и отражательные голограммы
  33. ГОЛОГРАФИЯ
  34. Свойства голограмм
  35. Применение голографии

Когда голограммы войдут в повседневную жизнь — Будущее на vc.ru

Голография и ее применение

Краткий разбор по созданию голограмм и реальные примеры их применения.

Голограммы позволяют отражать объекты в трёхмерном пространстве даже без применения специальных очков. Такое изображение можно использовать на презентациях, деловых мероприятиях, в музеях, во флагманских магазинах — везде, где важно взаимодействие с объектом.

Создание голограммы

Есть два способа создания голограмм: компьютерный — для очков дополненной реальности и физический — для оптических дисплеев.

Microsoft — первая компания, которая представила голографические очки HoloLens. На презентации в 2015 году компания заявила, что новое устройство перевернёт представления о технологии дополненной реальности. Windows Holographic — это виртуальные объекты, встроенные в реальный мир.

Для создания голограмм для HoloLens разработчики используют инструмент HoloStudio. Приложение умеет импортировать файлы из других сервисов или создавать 3D-объекты с помощью интерфейса.

В физике голография — это особый фотографический метод, при котором сначала с помощью лазера регистрируются, а затем восстанавливаются максимально приближенные к реальным 3D-изображения. При освещении лазером голограммы формируют точный 3D-клон объекта и копируют его свойства. Например, изменение перспективы при перемещении смотрящего.

В самом элементарном случае испускаемый лазером луч расширяется и делится на две части. Одна часть падает на фотопластинку и отражается от зеркала — это опорный луч. Другая отражается от объекта и называется предметным лучом.

Оба пучка лучей должны иметь одинаковую длину волны и двигаться в одной фазе. Опорный и предметный лучи складываются на фотопластинке и образуют интерференционную картину (чередование повышенной и пониженной интенсивности света). При максимальной интенсивности эмульсия засвечивается сильнее, при минимальной — слабее.

Простейшая голографическая схема: BS — светоделитель, M1-M3 — глухие зеркала, L — короткофокусная линза, C — коллиматор, H — голограмма

Чтобы восстановить изображение, проявленную фотопластинку помещают в то же место, где она находилась при фотографировании, и освещают опорным пучком света. Часть лазерного пучка, которая освещала предмет, перекрывается.

Опорный пучок огибает (дифрагирует) на голограмме. В результате получается точно такая же волна, как у отражённого предмета. Эта волна и даёт изображение предмета.

Связь

В апреле 2017 года два крупнейших оператора Verizon (США) и Korea Telecom (Южная Корея) совершили первый международный голографический звонок с помощью технологии 5G. При звонке формируются голограммы собеседника, которые полностью передают эмоции и жестикуляцию пользователя. Во время теста голограмма собеседника отражалась на экране экспериментального устройства.

Генеральный директор Verizon Лоуэлл Макадам и генеральный директор Korea Telecom Чанг-Гю Хванг во время демонстрации видео голографического звонка

Технология голографической коммуникации требует высокой пропускной способности, поэтому пока что она возможна только в сетях 5G, которые в 10-100 раз быстрее существующих сетей.

Образование

С помощью голографии можно транслировать лектора с другого конца света.

Например, в 2015 году нобелевский лауреат и профессор физики в Стэнфордском университете Карл Виман выступил в Наньянском технологическом университете (Сингапур), не покидая США.

Подготовка и настройка голографического дисплея заняла три недели. А планирование презентации, включая тестирование интернет-скорости, — пять месяцев.

Выставочный стенд «Высшей школы экономики» на ПМЭФ 2017

Профессор НТУ отметил, что таким образом преподаватели мирового уровня могут одновременно выступать в разных частях мира и охватить более широкую аудиторию, не тратя время на перелёты.

Также с помощью голографии можно создавать интерактивные модели для обучения. В 2013 году Лондонский университет Святого Георгия представил голограммы внутренних органов. В презентации показали трёхмерные изображения почек длиной четыре метра, череп и другие органы человека.

На Петербургском международном экономическом форуме НИУ «Высшая школа экономики» создал для гостей мероприятия лекторий, в котором выступали голографические проекции учёных университета. Преподаватели рассказывали об «умных» городах, современных медиа и будущем планеты.

Моделирование больших пространств

Презентация метода получения голограмм с помощью Wi-Fi-роутера

В мае 2017 года учёные из Технологического университета Мюнхена разработали метод получения трёхмерных голограмм с помощью Wi-Fi-роутера. Описанный в исследовании метод позволяет создавать копии помещений, отображая предметы вокруг них.

Таким образом физики научились «проникать сквозь стены». В будущем технологию можно использовать для нахождения и спасения жертв под лавиной или обрушившимися зданиями.

Музеи

Выставка «Магия света» в Санкт-Петербурге

С помощью голографии можно оцифровывать предметы искусства. В 2015 году Университет ИТМО и музей Фаберже создали голографические копии некоторых яиц из коллекции. А в мае 2017 года в музее мадам Тюссо установили первую голограмму — образ немецкого видеоблогера Бьянки «Биби» Хайнике.

В Музее истории Костромского края работает электронный экскурсовод Нюша, которая встречает гостей. В Еврейском музее Москвы можно поучаствовать в традиционной трапезе с голографией еврейской семьи или посетить свадьбу. А в ярославском Центре имени Валентины Терешковой посетители могут увидеть смоделированную галактику.

Презентация продуктов

Презентация голографической копии Barbie

Голограммы продукта — новый маркетинговый ход, который помогает захватить внимание клиента. С помощью голограмм можно увеличить 3D-копию продукта и сделать её обозреваемой со всех сторон.

В феврале 2017 года Barbie презентовала голографическую куклу-бота, которая реагирует на ые команды. Игрушка умеет отвечать на вопросы о погоде, может повторять фразы и будить.

Стартапы, зарабатывающие на голограммах

Белорусский проект Kino-mo создаёт 2D-экраны с голографическим эффектом. В 2015 году компания выиграла стартап-конкурс Ричарда Брэнсона Pitch to Rich. В 2016 году проект поддержал генеральный директор компании HDNet и HDTV cable network Марк Кьюбан. В беседе с РБК сооснователь проекта Артём Ставенко рассказал, что суммарные инвестиции составили более $3 млн.

Российский стартап HoloGroup разрабатывает голографические решения для смешанной реальности. Проект создаёт приложения для очков дополненной реальности Microsoft HoloLens. В 2017 году ФРИИ инвестировал в компанию 23 млн рублей. Компания сотрудничала с «Уралкалий», Hyundai, «Новатэк», «Ашан».

WayRay — российская компания с офисами в Швейцарии и России. Проект создаёт навигационную систему Navion, основанную на технологии дополненной реальности. В устройство входит голографическая плёнка, которая наносится на лобовое стекло автомобиля.

По данным «Секрета Фирмы», в 2017 году Alibaba вложила в проект $15 млн и ещё $3 млн — другие инвесторы. На инвестиции компания планирует запустить серийное производство автомобилей, оборудованных голографическим дисплеем Way Ray.

Корреспондент vc.ru узнал у генерального директора компании Hologroup Александра Якубова, какие перспективы ждут голографию в бизнесе.

В ближайшие пять-семь лет человечество переживёт очередную информационную революцию, которая изменит подход работы с данными.

Больше не нужны будут физические инструменты для отображения информации: экраны ноутбуков, телевизоры, проекторы, билборды, телефоны. Зачем нам физические экраны, если они могут быть голографическими: любого размера и количества, в любом месте и проецироваться нам прямо в глаза.

Мы попали в первую волну разработчиков для Hololens (очки смешанной реальности Microsoft) и сразу начали поиск прикладного применения для бизнеса и в других сферах деятельности. За полтора года мы для себя определили три основных направления, где голографию можно эффективно использовать уже сейчас.

Реклама и маркетинг

Мы реализовали десяток проектов для L’Oreal, «Новотэка», «УралКалия», Hyundai и других компаний, в которых презентовали продукты и услуги компаний с использованием голограмм. Технология помогает проводить 3D-презентации, интегрированные в реальное окружение выставочных пространств, шоу-румов, корпоративных музеев.

Такое изображение глубоко воздействует на аудиторию при маркетинговом контакте и уже активно применяется практике.

Например, на презентации бренда Genesis на Восточном экономическом форуме компания использовала голографические технологии как основной инструмент коммуникации, а не вспомогательный, как часто бывает с новыми технологиями.

Строительство

В строительной индустрии есть несколько типов проблем, которые решаются с помощью технологии смешанной реальности.

Сейчас разработчики учатся применять BIM-проектирование — когда изменение одного из параметров проецируемого объекта влечёт изменение других параметров.

При традиционном подходе затрачиваются большие ресурсы на контроль за ходом работ и проверкой на соответствие между запланированным и построенным.

Смешанная реальность позволяет многократно упростить процедуру, ускорить и повысить качество, так как в очках Hololens можно визуально совместить реальный строительный объект и его цифровую модель.

Это помогает быстро выявлять коллизии, опережение или отставание от плана. Например, наши продукты применяет компания IBCON, которая контролирует крупнейшие стройки для газовой и добывающей индустрий.

Также голографию начинают применять для согласования дизайна интерьеров офисов и магазинов. Это решает проблему, когда у заказчиков часто отсутствует пространственное восприятие, и архитекторам приходится долго объяснять, чтобы донести до заказчика свои концепции и идеи. Смешанная реальность помогает визуализировать будущий интерьер на реальном пространстве и быстро принять решение.

Один из наших клиентов, компания Auchan Holding, в рекордные сроки открыла новый формат магазинов на Тверской, так как с помощью голографической модели можно было пройтись по недостроенному магазину и посмотреть, будет ли удобно ходить между стеллажами, видна ли реклама от входной группы.

Индустриальные компании и сложное оборудование

Меняется система обучения работе с оборудованием или на производстве: персонал получает визуальные инструкции прямо на месте. В этом направлении сейчас запускают больше пилотных проектов, чем внедряют технологию масштабно. Но с учётом уровня воздействия на бизнес-процессы и возможности экономить огромные ресурсы, это очень перспективное направление.

Сейчас мы делаем совместный проект с компанией Enel Russia, которая владеет и эксплуатирует энергогенерирующие станции в разных частях страны. Одна из задач — упростить и повысить надёжность при выполнении инструкций по эксплуатации сложного оборудования техническим персоналом станции.

Персонал станции тестирует выполнение различных операций с голографическим руководством и инструкциями, привязанными к конкретному оборудованию. Также разрабатывается система удалённого мониторинга и контроля действий сотрудников на местах из операционного центра.

Несмотря на новаторство подобного подхода, сотрудники на местах с большим энтузиазмом воспринимают подобные изменения и чувствуют, что это может существенно упростить их трудовую деятельность и быть реально полезным.

Некоторые производители сложного оборудования и техники тоже интересуются голографическими технологиями для послепродажного обслуживания. Это позволяет снабжать продукцию инструкциями по эксплуатации, ремонту и пользованию в голографической реальности, что снижает сложность обучения своих клиентов и последующее обслуживание.

Есть сложности, связанные с новой для бизнеса технологией. Условно их можно разделить на три направления. Первое — это слишком новаторская технология, у бизнеса и людей нет практического опыта взаимодействия со смешанной реальностью и голограммами. Поэтому разработчикам и производителям оборудования приходится по сути создавать новый рынок.

Сложно представить, что сейчас в компаниях на совещании по одной из бизнес-проблем кто-то предложит: «Давайте рассмотрим, как мы можем решить эту проблему с использованием голограмм?»

Мы разработали программное обеспечение, которое позволяет создавать голографические экскурсии. Это достаточно просто, не сложнее PowerPoint. Но сколько людей в мире правильно может интерпретировать и ассоциировать со своим опытом фразу «голографическая экскурсия»? Поэтому одна из проблем — необходимость донести до бизнеса возможности новых технологий.

Вторая сложность — ни один человек в мире ещё не знает рецепта идеального пользовательского опыта при работе с цифровыми данными, интегрированными в окружающую среду. Разработчики получили Hololens полтора года назад, это действительно перевернуло представление о работе с информацией.

Наша компания получила устройство одной из первых. Мы специализируемся только на смешанной реальности, но нам часто требуются дополнительные эксперименты и пилотные проекты — пользовательский опыт поможет сделать решение применимым.

Третье направление — ограниченные возможности устройств для работы с голограммами. Устройства вроде Microsoft Hololens находятся на острие возможностей технологического прогресса, но всё равно имеют ограничения производительности, размера, заряда батареи, угла обзора и другие. С этими проблемами приходится считаться разработчикам при удовлетворении потребностей бизнеса.

Последние достижения в области художественной голографии связаны с созданием оптоклонов — ультрареалистичных полноцветных голограмм. Воссоздаваемые ими изображения объектов практически неотличимы от самих оригиналов.

Эту технологию разработали на основе комплексных исследований, включающих в себя новые фоторегистрирующие среды, новые оптические компоновки лазерных RGB-систем и специальные светодиодные устройства с управляемым спектром.

Результатами таких научно-исследовательских работ стали: голографические фотопластины со стабильно высокими качественными показателями; мобильные голографические камеры, приспособленные для работы непосредственно в музейных помещениях; возможность индивидуальной настройки осветителей для каждого создаваемого оптоклона.

Для бизнеса — это возможность создания предельно точных объёмных аналоговых изображений практически любых артефактов, музейных сокровищ или уникальных экспонатов, которые по тем или иным причинам не могут широко экспонироваться. Это позволяет значительно расширить аудиторию зрителей, легко организовывать музейные филиалы или выездные экспозиции, максимально детально документировать образы исторически значимых объектов.

Если говорить о современной голографии в общем смысле, то помимо уже описанной художественной голографии, имеется ряд уникальных технических и научных приложений: синтезирование компьютерных голограмм на основе разнообразных источников информации — медицинской томографии, систем интровидения, геофизических (например, сейсмических) данных, CAD-CAM проектов архитектурных объектов или инженерных сетей, трёхмерного картографирования и тому подобное.

В отличие от компьютерных 3D-моделей, цифровые голограммы не подвержены воздействию электронных помех и полностью отвечают эргономическим требованиям когнитивной визуализации — представления сложных объектов, которое существенно облегчает их понимание.

В данном случае мы даже не говорим о самом массовом применении голограмм, как маркировка товаров или защитные элементы платёжных или иных документов. Существующие и создаваемые сейчас элементы голографической памяти наверняка станут одним из важнейших компонентов искусственного интеллекта.

Примеров можно привести множество — от голограмм мозга пациента (для лучшей его диагностики), многоракурсных голограмм проектируемых инноградов (для более наглядной презентации проектов) или актуальных голографических карт, создаваемых прямо в полевых условиях.

Но сегодня в центре внимания находятся голографические дисплеи. Движущиеся голографические образы уже демонстрируются наиболее продвинутыми ИТ-компаниями, например, южно-корейскими и американскими. На сегодня это достаточно уникальные, дорогие и массивные конструкции.

Для их повсеместного внедрения остаётся решить две технических проблемы: на порядок уменьшить размер экранного пикселя и существенно повысить мощность процессора для пересчёта исходной интерференционной картины в режиме реального времени.

По общему мнению, через 10-15 лет прозрачные круговые ЖК-дисплеи позволят нам в домашних условиях смотреть голографическое кино без специальных очков с любого ракурса в максимальном разрешении. И будет обидно, если эта грядущая революция в области систем визуализации состоится без участия нашей страны.

Сейчас постепенно внедряется цифровая голография, но в основном для решения специальных вопросов. Если говорить о классической голографии, появились голограммы, которые восстанавливаются при обычном свете. Такие голографические изображения можно рассматривать как обычную картинку, не используя каких-либо дополнительных инструментов.

Классическое голографическое изображение можно посмотреть только с использованием лазера, а голограмма Денисюка требует направленного источника света (им может быть солнце или прожектор). Такие новые голограммы сейчас выпускаются в Новосибирске.

Голография — это высококачественное, объёмное изображение. Поэтому, голографические устройства можно использовать для проведения каких-либо выставочных мероприятий. Кроме этого, производные от голографии методы используются в исследовательских работах для измерения деформаций металлических элементов.

Например, на выставке голограмм в Институте оптики и оптических технологий Сибирского государственного университета геосистем и технологий в Новосибирске мне запомнилось изображение человека, надувающего мыльный пузырь. При этом голова человека была изображена за стеклом, а мыльный пузырь — перед стеком.

В сфере бизнеса голограммы могут использоваться для изготовления сувенирной и рекламной продукции. Также с помощью голограмм сегодня изготавливают оптические элементы. Например, дифракционные решётки.

Материал опубликован пользователем.
Нажмите кнопку «Написать», чтобы поделиться мнением или рассказать о своём проекте.

Написать

Источник: https://vc.ru/future/26828-kogda-gologrammy-voydut-v-povsednevnuyu-zhizn

Голография и ее применение (стр. 1 из 6)

Голография и ее применение

Министерство Образования и науки Российской Федерации

Благовещенский Государственный Педагогический Университет

Реферат.

Тема: Голография и ее применение.

Выполнил: Молокин Павел Витальевич студент III курса «Д» группы

Физико-математического факультета

Проверила:

Карацуба Людмила Петровна

Благовещенск 2004г.

План.

1. Физические принципы голографии.

2. Применение голографии.

1) Изобразительная голография.

2) Копирование голограмм.

3) Радужная голография.

4) Голографические оптические элементы.

а) Линза.

б) Дифракционная решетка.

в) Мультипликатор.

г) Компенсатор.

д) Микроскоп.

3. Голографические ВЗУ.

1) Голографические запоминающие устройства.

а) Преимущества оптической памяти.

б) Архивные ГЗУ.

в) Массовые ГЗУ.

г) ГЗУ постоянного типа (ГПЗУ).

2) Носители информации для голографических запоминающих устройств.

а) Проблемы применения.

в) Воспроизведение голограмм.

г) Создание голограмм.

3) Голографические запоминающие устройства двоичной информации.

1.Физические принципы голографии.

Голография – метод получения объемного изображения объекта, путем регистрации и последующего восстановления, волн изобретенный английским физиком венгерского происхождения Д. Габором в 1948 г.

Волны могут быть при этом любые – световые, рентгеновские, корпускулярные, акустические и т.д.

Слово «голография» происходит от греческого όλοτ, что означает «весь», «целый». Этим изобретатель хотел подчеркнуть, что в голографии регистрируется полная информация о волне – как амплитудная, так и фазовая.

В обычной фотографии регистрируется лишь распределение амплитуды (точнее ее квадрата) в двумерной проекции объекта на плоскость фотоснимка. Поэтому, рассматривая фотографию под разными углами, мы не получаем новых ракурсов, не можем, например, увидеть, что делается за предметами, расположенных на переднем плане.

Голограмма же восстанавливает не двумерное изображение предмета, а после рассеянной им волны. Смещая точку наблюдения в пределах этого волнового поля, мы видим предмет под разными углами, ощущая его объемность и реальность.

Физическая основа голографии – учение о волнах, их интерференции и дифракции, зародившееся еще в XVII веке при Гюйгенсе. Уже в начале XIX века Юнг, Френель и Фраунгофер располагали достаточными познаниями, чтобы сформулировать основные принципы голографии.

Этого, однако, не случилось вплоть до работ Габора, хотя многие ученые во второй половине XIX и начале XX века – Кирхгоф, Рэлей, Аббе, Вольфке, Бе6рш, и Брэгг – подходили к принципам голографии достаточно близко.

Можно было объяснить это тем что они не имели технических средств для реализации голографии. Однако это не так: Габор в 1947 году также не имел лазера и делал свои первые опыты со ртутной лампой в качестве источника света.

И тем не менее Габор смог с полной определенностью сформулировать идею восстановления волнового фронта и указать метод ее осуществления.

Не смотря на это, трудности связанные с получением голограмм, оставались столь существенными и развитие голографии шло так медленно, что к 1963 году Габор «почти забыл о ней».в 1963годуамемреканцы Э. Лейт и Ю. Упатниекс впервые получили лезерные голограммы. За год до этого они предложили свою «двулучевую схему», значительно усовершенствовав исходную схему Габора.

В соответствии с принципом Гюйгенса-Френеля действие исходной, первичной, волны в произвольной точке А можно заменить действием виртуальных источников, расположенных на достаточно обширной, удаленной от точки А поверхности. Эти источники должны колебаться с той же амплитудой рассеянной каким-либо предметом.

и той фазой, которые заданы дошедшей до них первичной волной, рассеянной каким-либо предметом (Рис1.) Элементарные сферические волны, испускаемые вторичными источниками, интерферируя, восстановят за поверхностью копию первичного волнового поля.

Глаз или любой другой приемник не сможет отличить эту копию от поля волны, рассеянной самим предметом, и наблюдатель, таким образом, увидит мнимое изображение этого предмета, хотя он уже убран.

2.Применение голографии.

1. Изобразительная голография.

Отличительная особенность изобразительных голограмм – реалистичность воспроизводимых ими трехмерных изображений, которые часто трудно отличить от реальных объектов.

Эта особенность обусловлена тем, что при специальном освещении голограмма не только передает объем предметов с большим диапазоном яркостей, высоким контрастом и четкостью, но также дает возможность четко наблюдать точное изменение бликов и теней в случае изменения угла наблюдения при рассматривании этих предметов.

Рассмотрим схему изготовления отражательных голограмм по методу Ю.Н. Денисюка, получившую широкое практическое применение в изобразительной голографии.

Рис. Однолучевая схема записи отражательной голограммы.

Пучок света лазера 1 проходит через почти прозрачную фотопластинку 2, освещает объект 4 и падает на фотопластинку с противоположной стороны. Таким образом, фотопластинка освещается двумя пучками света: объектным, отраженным от объекта, и опорным, идущим непосредственно от лазера.

На рисунке представлено вертикальное расположение предметов, но не менее часто применяется горизонтальное.

Кроме того, для более качественной записи необходим еще один элемент – точечная диафрагма— пластинка с диаметром в несколько микрометров, устанавливаемая в фокусе положительной линзы.

Для успешного устранения интерференционных помех диаметр диафрагмы следует выбирать по следующей формуле:

где d – диаметр диафрагмы, мкм; ΔS – длина волны света, мкм; b – поперечный размер фотопластинки, мм; l – расстояние от диафрагмы до фотопластинки, м.

Объект съемки или композицию из ряда предметов размещают вертикально или горизонтально в зависимости от смыслового содержания и жестко закрепляют либо непосредственно на столе, либо на массивной подставке, которая одновременно может служить частью фона. Должен быть предусмотрен жесткий задний план, а боковые стороны в объеме голографируемой композиции могут закрываться темным материалом либо иметь зеркальные или рассеивающие свойства и создавать дополнительные боковые подсветки.

Освещение объекта определяется, во-первых, оптической схемой съемки, во-вторых, оптическими и художественными особенностями голографируемого объекта (зеркальные и диффузные поверхности, тени, полости и т.д.).

Прямое освещение одним пучком часто не передает особенностей композиции, а иногда обусловливает искажение за счет резких теней и отсутствия полутонов. Поэтому для получения художественной голограммы предпочтительны многопучковые схемы.

Двупучковый вариант схемы приведен на рис.

В любом случае необходимо максимально возможное уравнивание длины путей распространения света в опорном и объектном пучках, даже если их несколько.

Рис. Схема записи с разделением пучков.

Изобразительные голограммы изготавливают и пропускающими, особенно при практической реализации голографического кинематографа и трехмерных дисплеев. В этом случае используется следующая схема (рис. ), когда опорный и объектный пучки падают на фотопластинку с одной стороны.

При этом пучок света лазера 1 после светоделительной пластинки 2 идет по двум каналам. С помощью зеркала 3 и расширительной линзы 4 формируется опорный пучок, падающий на фотопластинку 6. Расширительная линза 7 формирует пучок, освещающий объект 9.

Отраженный от объекта пучок падает на фотопластинку с той же стороны, что и опорный.

Пропускающую голограмму можно получить с использованием линзы, формирующей уменьшенное изображение в пространстве.

Если фотопластинку поместить в плоскость, сопряженную с любым сечением объекта, например центральным или соответствующим переднему плану, и осветить пластинку опорным пучком, то на ней будет зарегистрирована пропускающая голограмма сфокусированного изображения.

Так можно изготавливать изобразительные голограммы в виде слайдов. В голографическом кинематографе эта схема является основой для получения голографических кинокадров.

Рис. Запись пропускающей изобразительной голограммы.

Голограммы, полученные в свете лазера с одной длиной волны, воспроизводят монохромные изображения. Для получения цветных голограмм, правильно воспроизводящих в едином изображении детали объекта разного цвета, необходимо регистрировать и затем воспроизводить в простейшем случае три цветооделенных изображения объекта, например красное, зеленое и синее.

Желательно изготавливать цветные голограммы на цветных однослойных полихроматических голографических фотоматериалах. В этом случае экспонирование ведется одновременно в трех длинах волн, как показано на схеме для съемки отражательной голограммы (рис. ).

Источник: https://mirznanii.com/a/320764/golografiya-i-ee-primenenie

Голография – Студенты и физика

Голография и ее применение
                                            Коломийчук Вероника Григорьевна                                                      Голография

    Оптика – раздел физики, в котором изучаются оптическое излучение (свет), его распространение и явления, наблюдаемые при взаимодействии света с веществом. Примерно до середины XX столетия казалось, что оптика как наука закончила развитие. Однако в последние десятилетия в этой области физики произошли революционные изменения, связанные как с открытием новых закономерностей (принципы квантового усиления, лазеры), так и с развитием идей, основанных на классических и хорошо проверенных представлениях. Здесь прежде всего имеется в виду голография, которая значительно расширяет область практического использования волновых явлений и дает толчок теоретическим исследованиям.

Как средство отображения реальной действительности, голограмма обладает уникальным свойством: в отличие от фотографии, создающей плоское изображение, голографическое изображение может воспроизводить точную трехмерную копию оригинального объекта.

Такое изображение со множеством ракурсов, изменяющихся с изменением точки наблюдения, обладает удивительной реалистичностью и зачастую неотличимо от реального объекта.

    Голография – метод получения объемного изображения объекта, путем регистрации и последующего восстановления волн.

Волны могут быть любые – световые, рентгеновкие, акустические и т.п. Голограмма является записью интерференционной картины.

    Идеи и принципы голографии сформулировал в 1948 г. Денис Габор. Как это иногда бывает в науке, идея голографии родилась при разработке совсем другой проблемы – усовершенствования электронного микроскопа. В 1971 году «за изобретение и развитие голографического принципа» Д.Габор получил Нобелевскую премию в области физики.
    Сущность идеи состояла в фиксации полной информации о предмете, причем информации не только об амплитуде световой волны, но и о ее фазе. Это объясняет название голографии (от греч. holos –полный и grapho – пишу).
    До изобретения лазера голография практически не развивалась (первые попытки получения голограмм предпринимались Д. Габором и его сотрудниками с использованием ртутной лампы и были низкого качества), поскольку именно голографический метод записи информации использовал важнейшее свойство лазерного излучения – его когерентность.
    В 1962 году была создана классическая схема Эммета Лейта и Юриса Упатниекса из Мичиганского Технологического Института (голограммы Лейта-Упатниекса). Ученые записали первую объемную пропускающую голограмму, восстанавливаемую в лазерном свете. Схема записи голограмм, предложенная этими учеными, теперь используется в голографических лабораториях во всем в мире.
    В  этой  схеме  записи луч  лазера  делится  специальным  устройством,  делителем  (в простейшем случае в роли делителя может выступать любой кусок стекла), на два. После этого лучи с помощью линз расширяются и с помощью зеркал направляются на объект и регистрирующую среду  (например,  фотопластинку).  Обе  волны  (объектная  и  опорная) падают  на  пластинку  с  одной  стороны.  При  такой  схеме  записи  формируется пропускающая голограмма, требующая для своего восстановления источника света с той же длиной волны, на которой производилась запись, в идеале — лазера.
    Существуют различные способы получения голограмм. Один из самых интересных – способ, предложенный советским ученым Юрием Николаевичем Денисюком. В 1962 Денисюк изобрёл способ записи изображения в трехмерных средах, позволяющий сохранить информацию о фазе, амплитуде и спектральном составе волны, пришедшей от объекта. Такие  голограммы, названные отражательными, могут быть воспроизведены при освещении пучком обычного белого света.
    В этой схеме луч лазера расширяется линзой и направляется  зеркалом  на  фотопластинку. Часть луча, прошедшая  через нее, освещает объект. Отраженный от объекта свет формирует объектную волну. Как видно, объектная и опорная волны падают на пластинку с разных сторон. В этой  схеме  записывается  отражающая  голограмма,  которая  самостоятельно  вырезает  из сплошного  спектра  узкий  участок   и  отражает  только  его (выполняя  роль светофильтра).
    В 1969 году Стивен Бентон из Polaroid Recearch Laboratories (США) изготовил пропускающую голограмму, видимую в обычном белом свете. Голограммы, изобретенные Бентоном, были названы радужными, так как они переливаются всеми цветами радуги, из которых состоит белый свет. Голограмма Бентона –  голограмма сфокусированного  изображения,  допускающая  восстановление  объектной волны  источником  излучения  со  сплошным  спектром (лампа  накаливания, Солнце) за счет ограничения пространственного спектра объекта в одном (как правило,  вертикальном)  направлении. При  этом  цвет  изображения  зависит  от  положения  глаз  наблюдателя  и  не связан  с  цветом  объекта. 

    Открытие Бентона позволило начать массовое производство недорогих голограмм путем «штамповки» интерференционных картин на пластик. Голограммы именно такого типа применяются сегодня для защиты от подделок документов, банковских карточек. Благодаря Бентону голография обрела популярность в широких слоях общества.

    В 1977 году Ллойд Кросс получил мультиплексную голограмму, состоящую из множества обычных фотографий объекта, снятых с множества точек зрения, лежащих в горизонтальной плоскости. При перемещении такой голограммы в поле зрения можно увидеть все запечатленные кадры.

Любой голографический метод состоит из двух этапов.

1.  Вначале получают (записывают) голограмму – интерференционную картину, возникающую на фотопластинке при сложении двух когерентных пучков света. На фотопластинке образуется интерференционная картина, представляющая собой чередование светлых и темных пятен. Голографическое изображение не соответствует его внешнему виду. 2. Для восстановления голограммы  ее освещают таким же когерентным излучением. Поскольку голограмма представляет сложную интерференционную картину, то на ее прозрачных и непрозрачных участках происходит дифракция когерентного излучения, и в результате получается изображение.

                                                                             Основные свойства голограмм

    Эти свойства связаны именно с тем, что на голограммах фиксируются не только амплитуды, но и фазы волн. Практически на каждую точку поверхности пластинки падает излучение, отраженное от всех точек предмета. Это означает, что любая, даже маленькая часть содержит зрительную информацию о всем предмете.

1. Изображение предмета можно получить на любой, даже небольшой части голограммы. Но качество изображения, полученного от кусочка голограммы, хуже изображения, полученного от всей голограммы.

Голограмму можно разбить на несколько кусков, и каждый будет полностью воспроизводить первоначальное изображение. Отпечаток голограммы, где черные полосы стали прозрачными и наоборот, дает то же изображение, что исходная голограмма.

(Ни фотография, ни голограмма «по Денисюку» таким свойством не обладает.)

2. Голографическое изображение можно увеличить на стадии восстановления. Когда голограмму записывают параллельным световым пучком, а восстанавливают расходящимся, изображение увеличивается пропорционально углу расхождения. (Это свойство используется в рентгеновских голографических микроскопах).

3. Если на одну пластинку записать несколько голограмм, используя разные, но не кратные, длины волн, все они могут быть считаны независимо при помощи лазеров с соответствующим излучением. Таким же образом можно записать и полноцветное изображение.

4. Голограмму можно рассчитать и нарисовать при помощи компьютера и даже вручную. Можно создавать голограммы, на которых изображены предметы, не существующие в реальности.

Достаточно компьютеру задать форму объекта и длину волны падающего на него света. По этим данным компьютер рисует картину интерференции отраженных лучей.

Пропустив световой пучок сквозь искусственную голограмму, можно увидеть объемное изображение придуманного предмета.

    Следовательно, голография позволяет записывать, хранить, обрабатывать и быстро преобразовывать огромное количество данных. Эти особенности голографии используют для решения многих технических и научных проблем. 

                                                                                                     Применение

    Хотя мы считаем, что голография интересна больше возможностями для 3D-дисплеев, в целом у нее есть возможность применения во многих сферах. Вот несколько примеров:

  • Электронная съемка: наблюдая за фазовым смещением интерференции электронов, когда они проходят через тонкие пленки материалов, можно определять состав материалов.
  • Хранение данных: традиционные оптические диски хранят информацию на поверхности. С помощь голографии есть возможность записывать информацию в объемный материал под разными углами — следовательно, можно хранить больше информации, чем позволяют традиционные методики хранения данных.
  • Голографические оптические пинцеты: оптические пинцеты используют силу света, чтобы перемещать небольшие частицы (в основном в области биологии) и создавать оптические ловушки. Используя генерируемые на компьютерах голограммы, ученые могут манипулировать крупными массивами частиц на малых расстояниях.
  • Безопасность: голограммы уже используются на банкнотах и кредитных картах. Используются по большей части из-за того, что технологии для их создания довольно сложны.
  • Голография также используется на предприятиях для контроля качества в течение производства. Это так называемый голографический неразрушающий контроль. 
  • Голограммы используются в некоторых самолетах гражданской и военной авиации. Эти голограммы дают пилоту возможность оценки критической информации, когда он смотрит в окно кабины.
  • Художники используют голографию для артистического выражения. Многие художники чувствуют, что трехмерное пространство и чистый свет, которые предлагает голография, позволит им передавать образы, которые никогда не были столь возможны с традиционными средствами отображения.
  • Другое  применение  голограммы  – использование ее в качестве линзы. Фокусирующие  свойства  зонных решеток известны давно. Однако применение решеток ограничивалось  трудностями  их  изготовлении. 
  • Перспективный метод акустической голографии ― воздействие на воду звуком высокой частоты. При этом на поверхности воды возникает рябь, заменяющая собой интерференционную решетку оптической голограммы. Ее освещают лазером и получают изображение предмета, «освещаемого» звуковой волной.
  • В медицине давно используются аппараты УЗИ, позволяющие при помощи звука увидеть внутренние органы человека. Однако изображение, полученное таким образом, будет двумерным. А при использовании голограммы ― трехмерным. 
  • Возможные применения звуковой голографии: дефектоскопия, изучение рельефа морского дна, звуколокация, звуконавигация, поиск полезных ископаемых, исследование структуры земной коры и т.д.  Особое значение имеет ультразвуковая голография для медицинской диагностики.

Хотя сейчас раскрыт не весь потенциал голографии, но огромные перспективы, скорее всего, со временем привлекут множество учёных и инвесторов к развитию этого интересного предмета

Источник: https://www.sites.google.com/site/studentyogasaifizika/golografia

ГОЛОГРА́ФИЯ

Голография и ее применение

Авторы: Ю. Н. Денисюк, Д. И. Стаселько

ГОЛОГРА́ФИЯ (от греч. ὅλος – весь, пол­ный и …гра­фия), ме­тод за­пи­си и вос­ста­нов­ле­ния вол­но­вых по­лей, ос­но­ван­ный на ре­ги­ст­ра­ции ин­тер­фе­рен­ци­он­ной кар­ти­ны, фор­ми­руе­мой вол­на­ми, ис­хо­дя­щи­ми от объ­ек­та и опор­но­го ис­точ­ни­ка. Пред­ло­жен в 1948 Д.

 Га­бо­ром, им же вве­дён тер­мин «го­ло­грам­ма».

Для по­лу­че­ния ин­фор­ма­ции об объ­ек­те Га­бор пред­ло­жил ис­поль­зо­вать не толь­ко ам­пли­ту­ду из­лу­че­ния объ­ект­ной вол­ны (что ис­поль­зу­ет­ся в фо­то­гра­фии), но и её фа­зу, ко­то­рая оп­ре­де­ля­ет по­ло­же­ние по­лос в кар­ти­не ин­тер­фе­рен­ци­он­но­го по­ля, соз­да­вае­мо­го объ­ект­ной и опор­ной вол­на­ми. Од­на­ко ему не уда­лось по­лу­чить ка­че­ст­вен­ных го­ло­гра­фич. изо­бра­же­ний из-за ог­ра­ни­че­ний пред­ло­жен­ной им схе­мы за­пи­си го­ло­грамм и от­сут­ст­вия мощ­ных ис­точ­ни­ков ко­ге­рент­но­го све­та. Г. пе­ре­жи­ла вто­рое ро­ж­де­ние, ко­гда в 1962 Ю. Н. Де­ни­сюк пред­ло­жил и реа­ли­зо­вал за­пись го­ло­грамм в трёх­мер­ной сре­де, что по­зво­ли­ло на­ря­ду с ам­пли­ту­дой и фа­зой за­пи­сать и вос­ста­но­вить спек­траль­ный со­став из­лу­че­ния, а в 1962–64 амер. фи­зи­ки Э. Лейт и Ю. Упат­ни­екс раз­ра­бо­та­ли схе­му за­пи­си с на­клон­ным опор­ным пуч­ком и ис­поль­зо­ва­ли ла­зер в ка­че­ст­ве ис­точ­ни­ка све­та. В даль­ней­шем бы­ло по­ка­за­но, что го­ло­грам­мы ото­бра­жа­ют прак­ти­че­ски все ха­рак­те­ри­сти­ки вол­но­вых по­лей – ам­пли­ту­ду, фа­зу, спек­траль­ный со­став, по­ля­ри­за­цию, из­ме­не­ние вол­но­вых по­лей во вре­ме­ни, а так­же свой­ст­ва сред, с ко­то­ры­ми эти по­ля взаи­мо­дей­ст­ву­ют.

Ис­поль­зуя ме­то­ды Г., мож­но за­пи­сы­вать и вос­про­из­во­дить вол­но­вые по­ля разл. фи­зич.

при­ро­ды: элек­тро­маг­нит­ные (ра­дио­го­ло­гра­фия), аку­сти­че­ские (го­ло­гра­фия аку­сти­че­ская), элек­трон­ные и др.

По­сколь­ку вол­но­вые по­ля, про­хо­дя­щие че­рез ма­те­ри­аль­ные сре­ды, от­ра­жа­ют их строе­ние, Г. мож­но рас­смат­ри­вать как спо­соб пол­ной за­пи­си и вол­но­вых по­лей, и ин­фор­ма­ции об объ­ек­тах.

При за­пи­си го­ло­грам­мы (рис. 1а) вол­на $W_O$, от­ра­жён­ная или рас­се­ян­ная объ­ек­том $O$, на­прав­ля­ет­ся на ре­ги­ст­ри­рую­щую сре­ду $F$ (напр., фо­то­пла­стин­ку) од­но­вре­мен­но с ко­ге­рент­ной опор­ной вол­ной $W_S$, ис­пу­щен­ной ис­точ­ни­ком $S$. Обыч­но опор­ная вол­на име­ет про­стую фор­му (вол­но­вой фронт пло­ский или сфе­ри­че­ский).

Воз­ни­каю­щая в ре­зуль­та­те на­ло­же­ния этих волн ин­тер­фе­рен­ци­он­ная кар­ти­на пред­став­ля­ет со­бой сис­те­му по­верх­но­стей пуч­но­стей $d_1, d_2, d_3, \ldots$, на ко­то­рых ин­тен­сив­ность вол­но­во­го по­ля мак­си­маль­на, пе­ре­ме­жаю­щихся уз­ло­вы­ми по­верх­но­стя­ми с ми­ним. ин­тен­сив­но­стью (штри­хи).

Эта кар­ти­на за­пи­сы­ва­ет­ся в све­то­чув­ст­ви­тель­ной сре­де; по­сле экс­по­ни­ро­ва­ния и хи­мич. об­ра­бот­ки в тол­ще све­то­чув­ст­вит. ма­те­риа­ла об­ра­зу­ет­ся фо­то­гра­фич. изо­бра­же­ние, рас­пре­де­ле­ние плот­но­сти ко­то­ро­го мо­де­ли­ру­ет рас­пре­де­ле­ние ин­тен­сив­но­сти в ин­тер­фе­рен­ци­он­ной кар­ти­не.

За­пи­сан­ная в сре­де ин­тер­фе­рен­ци­он­ная струк­ту­ра и яв­ля­ет­ся го­ло­грам­мой.

При вос­ста­нов­ле­нии объ­ект­ной вол­ны (рис. 1б) на го­ло­грам­му $H$ на­прав­ля­ет­ся та­кая же вол­на $W_S$, ка­кая ис­поль­зо­ва­лась при за­пи­си. В ре­зуль­та­те взаи­мо­дей­ст­вия с го­ло­грам­мой па­даю­щая вол­на пре­об­ра­зу­ет­ся в вол­ну, точ­но сов­па­даю­щую с объ­ект­ной вол­ной, за­пи­сан­ной на го­ло­грам­ме.

На­блю­да­тель, ре­ги­ст­ри­рую­щий вос­ста­нов­лен­ную го­ло­грам­мой вол­ну , не мо­жет от­ли­чить её от ис­тин­ной вол­ны $W_O$ и ви­дит изо­бра­же­ние объ­ек­та $O′$, не­от­ли­чи­мое от ори­ги­на­ла.

Вос­ста­нов­лен­ное изо­бра­же­ние объ­ём­но, при сме­ще­нии точ­ки на­блю­де­ния мож­но уви­деть пред­мет с раз­ных сто­рон и да­же то, что на­хо­дит­ся за ним.

Струк­ту­ра го­ло­грамм за­ви­сит от вза­им­но­го рас­по­ло­же­ния объ­ек­та, опор­но­го из­лу­че­ния и ре­ги­ст­ри­рую­щей сре­ды, от тол­щи­ны $h$ ре­ги­ст­ри­рую­щей сре­ды, от дли­ны вол­ны $λ$ из­лу­че­ния при за­пи­си и вос­ста­нов­ле­нии го­ло­грам­мы.

Она ха­рак­те­ри­зу­ет­ся про­стран­ст­вен­ным пе­рио­дом ин­тер­фе­рен­ци­он­ной кар­ти­ны $Λ=λ/\left(\sin θ_1+\sinθ_2 \right)$, где $θ_1$ и $θ_2$ – уг­лы па­де­ния интер­фе­ри­рую­щих волн на ре­ги­ст­ри­рую­щую сре­ду.

В за­ви­си­мо­сти от со­от­но­ше­ния пе­рио­да $Λ$ и тол­щи­ны ре­ги­ст­ри­рую­щей сре­ды (фо­то­ма­те­риа­ла) раз­ли­ча­ют дву­мер­ные (пло­ские) и трёх­мер­ные (объ­ём­ные) го­ло­грам­мы. Ес­ли $h≪Λ$, об­ра­зу­ет­ся дву­мер­ная го­ло­грам­ма. Её ото­бра­жаю­щие свой­ст­ва ог­ра­ни­че­ны.

Так, она кро­ме ис­тин­ной объ­ект­ной вол­ны вос­ста­нав­ли­ва­ет так­же со­пря­жён­ную ей вол­ну и со­от­вет­ст­вую­щее до­пол­ни­тель­ное лож­ное со­пря­жён­ное изо­бра­же­ние $O″$ (рис. 1б). Для вос­ста­нов­ле­ния ка­че­ст­вен­но­го дву­мер­но­го изо­бра­же­ния не­об­хо­дим ис­точ­ник мо­но­хро­ма­тич. из­лу­че­ния.

Трёх­мер­ная го­ло­грам­ма, ко­то­рая об­ра­зу­ет­ся, ес­ли тол­щи­на фо­то­ма­те­риа­ла $h≫Λ$, од­но­знач­но вос­ста­нав­ли­ва­ет вол­но­вое по­ле объ­ек­та, без со­пря­жён­но­го изо­бра­же­ния. Трёх­мер­ная го­ло­грам­ма спо­соб­на так­же вос­ста­нав­ли­вать изо­бра­же­ние при ос­ве­ще­нии её не­мо­но­хро­ма­тич.

из­лу­че­ни­ем; она са­ма, по­доб­но се­лек­тив­но­му ин­тер­фе­рен­ци­он­но­му фильт­ру, вы­би­ра­ет из сплош­но­го спек­тра те со­став­ляю­щие, ко­то­рые уча­ст­во­ва­ли в её за­пи­си. Ес­ли при за­пи­си изо­бра­же­ния ис­поль­зу­ет­ся из­лу­че­ние, со­дер­жа­щее неск. длин волн, то го­ло­грам­мы соз­да­ют цвет­ные изо­бра­же­ния. От­сут­ст­вие со­пря­жён­ной вол­ны по­зво­ля­ет пре­об­ра­зо­вы­вать в объ­ект­ную вол­ну всё па­даю­щее на го­ло­грам­му из­лу­че­ние.

В за­ви­си­мо­сти от вза­им­но­го рас­по­ло­же­ния объ­ек­та, опор­но­го из­лу­че­ния и ре­ги­ст­ри­рую­щей сре­ды раз­ли­ча­ют неск. схем за­пи­си и со­от­вет­ст­вую­щих им ти­пов го­ло­грамм.

За­пись в по­пут­ных пуч­ках про­пус­каю­щих го­ло­грамм про­из­во­дят при рас­по­ло­же­нии ис­точ­ни­ка опор­но­го из­лу­че­ния и объ­ек­та на од­ной оси (осе­вая схе­ма Га­бо­ра, рис. 2а) или под уг­лом к не­му (вне­осе­вая схе­ма Лей­та, рис. 2б).

При за­пи­си в по­пут­ных пуч­ках объ­ект и ис­точ­ник опор­но­го из­лу­че­ния рас­по­ла­га­ют­ся по од­ну сто­ро­ну от ре­гист­ри­рую­щей сре­ды $F$.

При за­пи­си по схе­ме Га­бо­ра тре­бо­ва­ния к раз­ре­шаю­щей спо­соб­но­сти фо­то­ма­те­риа­ла наи­мень­шие, од­на­ко по­ле, вос­ста­нов­лен­ное та­кой го­ло­грам­мой, силь­но ис­ка­же­но из-за на­ло­же­ния со­пря­жён­ной вол­ны. Этот не­дос­та­ток уст­ра­нён в схе­ме Лей­та, но вос­ста­нов­ле­ние та­ких го­ло­грамм тре­бу­ет мо­но­хро­ма­тич. ис­точ­ни­ка из­лу­че­ния.

Во встреч­ных пуч­ках про­из­во­дят за­пись от­ра­жа­тель­ных го­ло­грамм (схе­ма Де­ни­сю­ка, рис. 2в). В этом слу­чае объ­ект и ис­точ­ник опор­но­го из­лу­че­ния на­хо­дят­ся по раз­ные сто­ро­ны от ре­ги­ст­ри­рую­щей сре­ды. Пе­ри­од $Λ$ в этом слу­чае ми­ни­ма­лен, а тре­бо­ва­ния к раз­ре­шаю­щей спо­соб­но­сти фо­то­ма­те­риа­ла наи­бо­лее вы­со­ки, за­то для вос­ста­нов­ле­ния изо­бра­же­ния та­кую го­ло­грам­му мож­но ос­ве­щать ис­точ­ни­ка­ми ес­те­ств. све­та (напр., сол­неч­ным из­лу­че­ни­ем) или лам­пой на­ка­ли­ва­ния.

Осн.

тре­бо­ва­ни­ем к ис­точ­ни­кам из­лу­че­ния для за­пи­си го­ло­грамм яв­ля­ет­ся со­че­та­ние вы­со­кой про­стран­ст­вен­ной и вре­меннóй ко­ге­рент­но­сти с дос­та­точ­но боль­шой вы­ход­ной мощ­но­стью, а к ре­ги­ст­ри­рую­щим сре­дам – вы­со­кая раз­ре­шаю­щая спо­соб­ность (от 700 до 7000 ли­ний/мм) с при­ем­ле­мым уров­нем чув­ст­ви­тель­но­сти. В оп­тич. диа­па­зо­не спек­тра наи­бо­лее под­хо­дя­щи­ми ис­точ­ни­ка­ми яв­ля­ют­ся од­но­мо­до­вые од­но­час­тот­ные ла­зе­ры. Для за­пи­си го­ло­грамм не­под­виж­ных объ­ек­тов и ста­цио­нар­ных про­цес­сов обыч­но ис­поль­зу­ют не­пре­рыв­ные ге­лий-не­оно­вые ($λ$=632,8 нм) и ар­го­но­вые ($λ$=515,4 или 488 нм) ла­зе­ры, а для го­ло­гра­фи­ро­ва­ния быс­тро­про­те­каю­щих про­цес­сов и под­виж­ных объ­ек­тов – им­пульс­ные ру­би­но­вые ла­зе­ры ($λ$=694,3 нм) и не­оди­мо­вые ла­зе­ры с пре­об­ра­зо­ва­ни­ем час­то­ты во вто­рую гар­мо­ни­ку ($λ$=530 или 532 нм).

Оп­тич. го­ло­грам­мы обыч­но за­пи­сы­ва­ют в сре­дах, в ко­то­рых в мо­мент за­пи­си об­ра­зу­ет­ся срав­ни­тель­но сла­бое (т. н. скры­тое) изо­бра­же­ние, за­тем его зна­читель­но уси­ли­ва­ют (про­яв­ля­ют) спец. об­ра­бот­кой фо­то­ма­те­риа­ла. Та­кие го­ло­грам­мы на­зы­ва­ют ста­ти­че­ски­ми.

Наи­бо­лее вы­со­ко­чув­ст­ви­тель­ны­ми яв­ля­ют­ся га­ло­ге­ни­до­се­реб­ря­ные сре­ды, ко­то­рые при раз­ре­ше­нии (5–7)·103 ли­ний/мм име­ют чув­ст­ви­тель­ность 10–3–10–4 Дж/см2. Для опе­ра­тив­ной за­пи­си го­ло­грамм, напр.

при за­во­дском кон­тро­ле из­де­лий ме­то­да­ми го­ло­гра­фи­че­ской ин­тер­фе­ро­мет­рии, ши­ро­ко ис­поль­зу­ют фо­то­тер­мо­пла­сти­ки.

Для по­лу­че­ния го­ло­гра­фи­че­ских оп­ти­че­ских эле­мен­тов при­ме­ня­ют сре­ды, спо­соб­ные соз­да­вать по­верх­но­ст­ный рель­еф, – фо­то­ре­зи­сты и халь­ко­ге­нид­ные плён­ки, а так­же слои на ос­но­ве фо­то­по­ли­ме­ров и би­хро­ми­ро­ван­ной же­ла­ти­ны, в ко­то­рых мо­гут быть сфор­ми­рова­ны объ­ём­ные ин­тер­фе­рен­ци­он­ные струк­ту­ры. Ис­поль­зу­ют так­же све­то­чув­ст­вит. ма­те­риа­лы, до­пус­каю­щие мно­го­крат­ную за­пись: фо­то­хром­ные стёк­ла и плён­ки, маг­ни­то­оп­тич. плён­ки, элек­тро­оп­тич. и по­лу­про­вод­ни­ко­вые кри­стал­лы, плён­ки на ос­но­ве жид­ких кри­стал­лов и др.

Су­ще­ст­ву­ют не­ли­ней­ные сре­ды (не­ко­то­рые кра­си­те­ли, кри­стал­лы, пары́ ме­тал­лов), об­ла­даю­щие спо­соб­но­стью зна­чи­тель­но из­ме­нять свои оп­тич. ха­рак­те­ри­сти­ки не­по­сред­ст­вен­но под дей­ст­ви­ем па­даю­ще­го на них из­лу­че­ния.

Взаи­мо­дей­ст­вие све­та с та­ки­ми сре­да­ми ме­нее кри­тич­но к ко­ге­рент­но­сти из­лу­че­ния и со­став­ля­ет пред­мет изу­че­ния ди­на­ми­че­ской го­ло­гра­фии, ко­то­рая да­ёт воз­мож­ность управ­лять все­ми па­ра­мет­ра­ми вол­но­вых по­лей, вклю­чая час­то­ту из­лу­че­ния и про­стран­ст­вен­но-вре­менну́ю струк­ту­ру, а так­же про­из­во­дить опе­ра­тив­ную оп­тич. об­ра­бот­ку дан­ных.

Осн.

свой­ст­во го­ло­грамм – пре­дель­но точ­ное вос­ста­нов­ле­ние изо­бра­же­ния объ­ек­та при ос­ве­ще­нии опор­ной вол­ной. Кро­ме это­го, го­ло­грам­мы об­ла­да­ют ря­дом важ­ных и уни­каль­ных свойств.

1. Го­ло­грам­мы мо­гут фор­ми­ро­вать об­ра­щён­ную вол­ну $W_O*$, ко­то­рая сов­па­да­ет по фор­ме с объ­ект­ной вол­ной, но идёт в об­рат­ном на­прав­ле­нии, т. е. к объ­ек­ту, а не от не­го (рис. 1б).

Та­кая вол­на воз­ни­ка­ет, ес­ли го­ло­грам­ма ос­ве­ща­ет­ся вол­ной $W_S*$, об­ра­щён­ной по от­но­ше­нию к опор­ной вол­не $W_S$, т. е.

схо­дя­щей­ся к ис­точ­ни­ку опор­но­го из­лу­че­ния $S$, а не рас­хо­дя­щей­ся от не­го.

2. Вос­ста­нов­лен­ное го­ло­грам­мой изо­бра­же­ние спо­соб­но из­ме­нять мас­штаб и рас­по­ло­же­ние при из­ме­не­нии дли­ны вол­ны и по­ло­же­ния ис­точ­ни­ка вос­ста­нав­ли­ваю­ще­го из­лу­че­ния, а так­же при из­ме­не­нии мас­шта­ба го­ло­грам­мы. Та­ки­ми транс­фор­ма­ци­он­ны­ми свой­ст­ва­ми об­ла­да­ют дву­мер­ные (пло­ские) го­ло­грам­мы.

3. Трёх­мер­ные го­ло­грам­мы не до­пус­ка­ют из­ме­не­ния гео­мет­рии при счи­ты­ва­нии, но они об­ла­да­ют вы­со­кой уг­ло­вой и спек­траль­ной се­лек­тив­но­стью.

4. Ес­ли в ка­ж­дой точ­ке го­ло­грам­мы за­пи­сы­ва­ет­ся ин­фор­ма­ция обо всех точ­ках объ­ек­та, то лю­бой её уча­сток спо­со­бен вос­ста­но­вить ис­ход­ную объ­ект­ную вол­ну (свой­ст­во де­ли­мо­сти).

5. Го­ло­грам­ма спо­соб­на вос­про­из­во­дить чрез­вы­чай­но ши­ро­кий диа­па­зон гра­да­ций яр­ко­сти объ­ек­та (до 106), что так­же обу­слов­ле­но рас­пре­де­лён­ным ха­рак­те­ром за­пи­си ин­фор­ма­ции на ней.

6. Трёх­мер­ные го­ло­грам­мы мо­гут ас­со­циа­тив­но вос­ста­нав­ли­вать изо­бра­же­ние объ­ек­та по его фраг­мен­ту.

7. Яр­кость вос­ста­нов­лен­но­го изо­бра­же­ния оп­ре­де­ля­ет­ся ди­фрак­ци­он­ной эф­фек­тив­но­стью, рав­ной от­но­ше­нию све­то­во­го по­то­ка в вос­ста­нов­лен­ной вол­не к све­то­во­му по­то­ку, па­даю­ще­му на го­ло­грам­му.

Ди­фрак­ци­он­ная эф­фек­тив­ность мо­жет дос­ти­гать 100%; она оп­ре­де­ля­ет­ся ти­пом го­ло­грам­мы, ус­ло­вия­ми её за­пи­си.

Вос­ста­нов­лен­ное го­ло­грам­мой изо­бра­же­ние ма­ло чув­ст­ви­тель­но к ха­рак­те­ру из­ме­не­ния свойств ре­ги­ст­ри­рую­щей сре­ды.

Г. ис­поль­зу­ет­ся в разл. об­лас­тях че­ло­ве­че­ской дея­тель­но­сти: в ма­ши­но­строе­нии, на­уч. ис­сле­до­ва­ни­ях, ме­ди­ци­не и др. Ме­то­ды го­ло­гра­фич.

ин­тер­фе­ро­мет­рии по­зво­ля­ют из­ме­рять очень ма­лые де­фор­ма­ции де­та­лей ма­шин; в оп­тич. при­бо­ро­строе­нии ши­ро­ко при­ме­ня­ют го­ло­гра­фич. оп­тич. эле­мен­ты – го­ло­гра­фич.

ди­фрак­ци­он­ные ре­шёт­ки, спек­траль­ные фильт­ры, фо­ку­си­рую­щие эк­ра­ны, от­ли­чаю­щие­ся низ­ким уров­нем абер­ра­ций.

Трёх­мер­ность и вы­со­кое ка­че­ст­во го­ло­гра­фич. изо­бра­же­ний ис­поль­зу­ют­ся для соз­да­ния изо­бра­зи­тель­ных го­ло­грамм – ко­пий пред­ме­тов ис­кус­ст­ва, го­ло­гра­фич. порт­ре­тов.

Го­ло­грам­мы при­ме­ня­ют для ис­сле­до­ва­ния дви­жу­щих­ся час­тиц, ка­пель до­ж­дя и ту­ма­на, яв­ле­ний ка­ви­та­ции, тре­ков ядер­ных час­тиц в пу­зырь­ко­вых и ис­кро­вых ка­ме­рах.

Спо­соб­ность го­ло­грамм вос­ста­нав­ли­вать опор­ную вол­ну ис­точ­ни­ка при ос­ве­ще­нии её из­лу­че­ни­ем объ­ект­ной вол­ны со­став­ля­ет ос­но­ву го­ло­гра­фи­че­ско­го рас­по­зна­ва­ния об­ра­зов и их иден­ти­фи­ка­ции, что по­зво­ля­ет об­на­ру­жи­вать объ­ек­ты на ме­ст­но­сти и фо­то­сним­ках, а так­же ис­поль­зо­вать в про­пу­ск­ных сис­те­мах. С по­мо­щью ме­то­дов ра­дио­го­ло­гра­фии ре­ги­ст­ри­ру­ют изо­бра­же­ние ме­ст­но­сти сквозь ту­ман и обла­ка. Ме­то­да­ми элек­трон­ной, рент­ге­нов­ской и ней­трон­ной Г. изу­ча­ют струк­ту­ры атом­ных ре­шё­ток и отд. ато­мов. Го­ло­гра­фич. об­ра­ще­ние вол­но­вых по­лей ле­жит в ос­но­ве без­абер­ра­ци­он­ной пе­ре­да­чи ин­фор­ма­ции и по­лу­че­ния изо­бра­же­ний че­рез оп­ти­че­ски не­од­но­род­ные сре­ды, а так­же соз­да­ния мощ­ных ла­зе­ров с пре­дель­но вы­со­кой яр­ко­стью из­лу­че­ния. Ме­то­ды Г. эф­фек­тив­ны при изу­че­нии фо­то­фи­зич., фо­то­хи­мич. и не­ли­ней­ных оп­тич. свойств ве­ществ.

Ус­пеш­ное ком­мерч. при­ме­не­ние Г. (за­щи­та до­ку­мен­тов, то­ва­ров, де­неж­ных зна­ков) ос­но­ва­но на ис­поль­зо­ва­нии т. н. ра­дуж­ных го­ло­грамм, изо­бре­тён­ных С. А. Бен­то­ном (США). К пер­спек­тив­ным об­лас­тям при­ме­не­ния Г. от­но­сят­ся оп­тич. ин­фор­мац.

тех­но­ло­гии, по­сколь­ку с по­мо­щью го­ло­грамм мож­но за­пи­сы­вать, хра­нить и с вы­со­кой ско­ро­стью об­ра­ба­ты­вать боль­шие мас­си­вы ин­фор­ма­ции (см. Го­ло­гра­фи­чес­кие за­по­ми­наю­щие уст­рой­ст­ва).

Ана­ло­гия свойств го­ло­грамм и ра­бо­ты моз­га, свя­зан­ная с рас­пре­де­лён­ным ха­рак­те­ром хра­не­ния ин­фор­ма­ции и ас­со­циа­тив­но­стью её об­ра­бот­ки, слу­жит ос­но­вой для по­строе­ния го­ло­гра­фич. мо­де­лей ис­кус­ст­вен­но­го ин­тел­лек­та. Ве­дут­ся раз­ра­бот­ки, свя­зан­ные с соз­да­ни­ем го­ло­грамм в др.

диа­па­зо­нах элек­тро­маг­нит­ных и кор­пус­ку­ляр­ных волн, а так­же с циф­ро­вой (ком­пь­ю­тер­ной) Г., по­зво­ляю­щей соз­да­вать го­ло­грам­мы без по­мо­щи фи­зич. вол­но­вых по­лей и изу­чать го­ло­гра­фич. транс­фор­ма­цию по­лей без уча­стия ре­ги­ст­ри­рую­щих сред.

Источник: https://bigenc.ru/physics/text/2367587

Что такое голограмма и где она используется

Голография и ее применение
Первым на вопрос «Что такое голограмма?» попытался ответить венгерский физик Денеш Габор в конце 40-х годов. Ему и суждено было стать основоположником голографии и одновременно создателем первой голограммы (он же и придумал этот термин), за что впоследствии получил Нобелевскую премию.

Однако качество первых голограмм было невысоким по причине использования для их создания примитивных газоразрядных ламп. Все изменилось в 60-е годы с изобретением лазеров, что поспособствовало стремительному развитию голографических технологий. Первые высококачественные лазерные голограммы были получены советским физиком Ю. Н.

Денисюком в 1968 году, а спустя 11 лет, его американский коллега Ллойд Кросс создал еще более сложную мультиплексную голограмму.

Принцип формирования голограммы

Голография — это особая технология фотографирования, с помощью которой получаются трехмерные (объемные) изображения объектов. Это стало возможным благодаря двум свойствам световых волн – дифракции (преломление, огибание) и интерференции (перераспределение интенсивности света при наложении нескольких волн).

В процессе визуализации голограммы в определенной точке пространства происходит сложение двух волн – опорной и объектной, образовавшихся в результате разделения лазерного луча. Опорную волну формирует непосредственно источник света, а объектная отражается от записываемого объекта.

Здесь же размещается фотопластина, на которой «отпечатываются» темные полосы в зависимости от распределения электромагнитной энергии (интерференции) в данном месте.

Аналогичный процесс происходит и на обычной фотопленке. Однако для воспроизведения изображения с нее требуется распечатка на фотобумаге, тогда как с голограммой все происходит несколько иначе.

В данном случае для воспроизведения «портрета» объекта достаточно «осветить» фотопластину волной, близкой к опорной, которая преобразует ее в близкую к объектной волну.

В результате мы увидим почти что точное отражение самого объекта при отсутствии его в пространстве.

3D-голограмма и ее применение

Современная голограмма – это по сути трехмерная проекция объемного изображения конкретного предмета. 3D-голограмма уверенно осваивает самые различные сферы человеческой деятельности. Примеров тому множество. Один из них – голограммы в воздухе.

Это голографические модели (масштаб 1:1) и 3D-пирамиды. На презентациях, конференциях, выставках и прочих мероприятиях различного уровня все чаще используются пространственные голограммы, которые создаются с помощью голографических проекторов.

Простейший 3D-проектор можно сделать своими руками из обычного смартфона.

Как работают голографические проекторы

Современные модели проекторов способны создавать огромное число 3D-эффектов. Среди них голографические видеопроекции, создаваемые благодаря использованию прозрачных пленок обратной видеопроекции.

поток, проходя через них, создает изображение, буквально «парящее» в воздухе.

В ряду новейших технологий передачи информации – видеоконференции и интерактивная голография, формирующая эффект висящей в воздухе прозрачной поверхности.

Возможности голографических проекторов по мере развития современных технологий постоянно расширяются, а качество изображений улучшается. Они становятся доступнее и компактнее. Сегодня на вечеринках и в ночных клубах можно встретить лазерные голографические мини-проекторы, создающие сложные лазерные «рисунки», которые сочетаются с дымовыми эффектами.

Голограмма человека

Первым человеком в виде голограммы стала героиня «Звездных войн» (эпизод IV) принцесса Лея. С тех пор — а прошло уже более 40 лет – голография прочно прописалась на киноэкранах наряду с другими спецэффектами в многочисленных голливудских блокбастерах.

О том, что с тех пор голография совершила головокружительный технологический рывок, стало ясно 19 мая 2014 года в Лас-Вегасе при вручении премии Billboard Music Awards, когда перед потрясенными зрителями, как в старые добрые времена спел и станцевал… покойный Майкл Джексон.

Чудесное «воскресение» стало возможным, благодаря великолепной голограмме, которую сотворила компания Pulse Evolution.

Голография на дисплее смартфона

С появлением мобильных телефонов, а позже смартфонов, стало ясно, что однажды пути этих двух знаковых технологий XXI века пересекутся. Так и случилось. И вот уже переполнен советами пользователей по превращению смартфона в голографический мини-проектор.

Свежую идею подхватил один из лидеров по производству цифровых фото- и видеокамер компания RED. В июле прошлого года она представила первый в мире смартфон с 5,7 дюймовым голографическим экраном – RED Hydrogen One. Кроме привычных 2D-изображений он воспроизводит трехмерный контент без помощи специальных очков, а также контент для виртуальной и дополненной реальностей.

Голограммы из будущего

Уже к 2020 году японские инженеры обещают представить первые модели голографических телевизоров на основе технологии, разработанной Дэниэлом Смолли из MIT.

А с помощью технологии псевдоголографии TeleHuman люди смогут разговаривать с голографическими образами.

Свою лепту внесла Microsoft, разработав технологию голопортации.

Она предполагает передачу объемного отсканированного изображения собеседника в режиме онлайн и создания его трехмерной модели.

Специалисты лаборатории Digital Nature Group из Японии научились с помощью фемтосекундных лазеров создавать голограммы, которые к тому же можно потрогать руками, не опасаясь нежелательных последствий. Это стало возможным за счет сокращения длительности лазерных импульсов с нано- до фемтосекунд.

Источник: https://www.techcult.ru/technology/5215-chto-takoe-gologramma

Голография – это… Понятие, принцип действия, применение

Голография и ее применение

Голографическое изображение сегодня находит все большее применение. Некоторые даже считают, что оно может со временем заменить известные нам средства связи. Так это или нет, но уже сейчас оно активно используется в самых разных отраслях.

К примеру, всем нам знакомы голографические наклейки. Множество производителей использует их как средство защиты от подделки. На фото ниже представлены некоторые голографические наклейки.

Их применение – очень эффективный способ защиты товаров или документов от подделки.

История изучения голографии

Объемное изображение, получаемое в результате преломления лучей, начало изучаться относительно недавно. Однако мы уже можем говорить о существовании истории его изучения. Деннис Габор, английский ученый, в 1948 году впервые определил, что такое голография. Это открытие было очень важным, но его большое значение в то время не было еще очевидным.

Работавшие в 1950-е годы исследователи страдали от отсутствия источника света, обладающего когерентностью, – очень важным свойством для развития голографии. Первый лазер был изготовлен в 1960 году. С помощью этого прибора можно получить свет, имеющий достаточную когерентность. Юрис Упатниекс и Иммет Лейт, американские ученые, использовали его для создания первых голограмм.

С их помощью получались трехмерные изображения предметов.

В последующие годы исследования продолжались. Сотни научных статей, в которых изучалось понятие о голографии, с тех пор были опубликованы, а также издано множество книг, посвященных этому методу. Однако эти труды адресованы специалистам, а не широкому читателю. В данной статье мы постараемся рассказать обо всем доступным языком.

Что такое голография

Можно предложить следующее определение: голография – это получаемая с помощью лазера объемная фотография. Однако данное определение не совсем удовлетворительно, так как есть множество иных видов трехмерной фотографии.

Тем не менее в нем отражено наиболее существенное: голография – это технический метод, который позволяет “записывать” внешний вид того или иного объекта; с ее помощью получается трехмерное изображение, выглядящее так, как реальный предмет; применение лазеров сыграло решающую роль для ее развития.

Голография и ее применение

Исследование голографии позволяет прояснить многие вопросы, связанные с обычной фотографией. В качестве изобразительного искусства объемное изображение может даже бросить вызов последней, поскольку оно позволяет отражать окружающий мир более точно и правильно.

Ученые иногда выделяют эпохи в истории человечества по средствам связи, которые были известны в те или иные столетия. Можно говорить, к примеру, о существовавших в Древнем Египте иероглифах, об изобретении в 1450 году печатного станка.

В связи с наблюдаемым в наше время техническим прогрессом новые средства связи, такие как телевидение и телефон, заняли господствующее положение.

Хотя голографический принцип находится еще в младенческом состоянии, если говорить о его использовании в средствах информации, существуют основания предполагать, что основанные на нем устройства в будущем смогут заменить известные нам средства связи или хотя бы расширить область их применения.

Научно-фантастическая литература и массовая печать нередко преподносят голографию в неверном, искаженном свете. Они часто создают неправильное представление о данном методе. Объемное изображение, увиденное впервые, завораживает. Однако не меньшее впечатление производит физическое объяснение принципа его устройства.

Интерференционная картина

Способность видеть предметы основана на том, что световые волны, преломляясь ими или отражаясь от них, попадают в наш глаз. Отраженные от некоторого объекта световые волны характеризуются формой волнового фронта, соответствующей форме этого объекта. Картину темных и светлых полос (или линий) создают две группы световых когерентных волн, которые интерферируют.

Так образуется объемная голография. При этом данные полосы в каждом конкретном случае составляют комбинацию, зависящую лишь от формы волновых фронтов волн, которые взаимодействуют друг с другом. Такую картину именуют интерференционной. Ее можно зафиксировать, к примеру, на фотографической пластинке, если поместить ее в место, где наблюдается интерференция волн.

Многообразие голограмм

Способом, позволяющим записывать (регистрировать) отраженный от предмета волновой фронт, после чего восстанавливать его так, что наблюдателю кажется, что он видит реальный предмет, и является голография. Это эффект, который объясняется тем, что получаемое изображение трехмерно в такой же мере, что и реальный предмет.

Есть множество различных типов голограмм, в которых легко запутаться. Чтобы однозначно определить тот или иной вид, следует употребить четыре или даже пять прилагательных.

Из всего их множества мы рассмотрим только основные классы, которые использует современная голография. Однако сначала нужно рассказать немного о таком волновом явлении, как дифракция.

Именно она позволяет нам конструировать (вернее, реконструировать) волновой фронт.

Дифракция

Если какой-либо предмет оказывается на пути света, он отбрасывает тень. Свет огибает этот предмет, заходя частично в область тени. Этот эффект именуют дифракцией. Он объясняется волновой природой света, но объяснить его строго достаточно сложно.

Только в очень малом угле проникает свет в область тени, поэтому мы почти не замечаем этого. Однако если на его пути есть множество мелких препятствий, расстояния между которыми составляют только несколько длин световой волны, данный эффект становится достаточно заметным.

Если падение волнового фронта приходится на большое единичное препятствие, “выпадает” соответствующая его часть, что практически не влияет на оставшуюся область данного волнового фронта. Если же множество мелких препятствий находится на его пути, он изменяется в результате дифракции так, что распространяющийся за препятствием свет будет обладать качественно иным волновым фронтом.

Трансформация настолько сильна, что свет начинает даже распространяться в другом направлении. Выходит, что дифракция позволяет нам преобразовать исходный волновой фронт в совершенно отличный от него.

Таким образом, дифракция – механизм, с помощью которого мы получаем новый волновой фронт. Устройство, формирующее его вышеописанным путем, именуется дифракционной решеткой. Расскажем о ней подробнее.

Дифракционная решетка

Это небольшая пластинка с нанесенными на ней тонкими прямыми параллельными штрихами (линиями). Они отстоят друг от друга на сотую или даже тысячную часть миллиметра.

Что происходит, если лазерный луч на своем пути встречает решетку, которая состоит из нескольких размытых темных и ярких полос? Его часть будет прямо проходить через решетку, а часть – загибаться.

Так образуются два новых пучка, которые выходят из решетки под определенным углом к исходному лучу и находятся по обе стороны от него.

В случае если один лазерный пучок обладает, к примеру, плоским волновым фронтом, два образовавшихся по бокам от него новых пучка также будут иметь плоские волновые фронты. Таким образом, пропуская через дифракционную решетку лазерный луч, мы формируем два новых волновых фронта (плоских). По-видимому, дифракционную решетку можно рассматривать как самый простой пример голограммы.

Регистрация голограммы

Знакомство с основными принципами голографии следует начать с изучения двух плоских волновых фронтов. Взаимодействуя, они образуют интерференционную картину, которую регистрируют на помещенной там же, где находился экран, фотографической пластинке. Эта стадия процесса (первая) в голографии называется записью (или регистрацией) голограммы.

Восстановление изображения

Будем считать, что одна из плоских волн – А, а вторая – В. Волна А именуется опорной, а В – предметной, то есть отраженной от того предмета, изображение которого фиксируется. Она может не отличаться ничем от опорной волны. Однако при создании голограммы трехмерного реального объекта формируется значительно более сложный волновой фронт света, отраженного от предмета.

Интерференционная картина, представленная на фотографической пленке (то есть изображение дифракционной решетки), – это и есть голограмма. Ее можно поместить на пути опорного первичного пучка (пучка лазерного света, обладающего плоским волновым фронтом).

В этом случае по обе стороны формируются 2 новых волновых фронта. Первый из них представляет собой точную копию волнового предметного фронта, который распространяется в том же направлении, что и волна В.

Вышеописанная стадия именуется восстановлением изображения.

Голографический процесс

Интерференционная картина, которую создают две плоские когерентные волны, после ее записи на фотопластинке представляет собой устройство, позволяющее в случае освещения одной из этих волн восстановить другую плоскую волну.

Голографический процесс, таким образом, имеет следующие стадии: регистрацию и последующее “хранение” волнового предметного фронта в виде голограммы (интерференционной картины), и его восстановление спустя любое время при прохождении опорной волны через голограмму.

Предметный волновой фронт в действительности может быть любым. К примеру, он может отражаться от некоторого реального предмета, если он при этом является когерентным опорной волне.

Образованная двумя любыми волновыми фронтами, обладающими когерентностью, интерференционная картина – это и есть устройство, позволяющее благодаря дифракции преобразовать один из данных фронтов в другой.

Именно здесь и спрятан ключ к такому явлению, как голография. Деннис Габор первым обнаружил это свойство.

Наблюдение формируемого голограммой изображения

В наше время для чтения голограмм начинает использоваться особое устройство – голографический проектор. Он позволяет преобразовать картинку из двух- в трехмерную. Однако для того чтобы просматривать простые голограммы, голографический проектор вовсе не требуется. Вкратце расскажем о том, как рассматривать такие изображения.

Чтобы наблюдать формируемое простейшей голограммой изображение, нужно поместить ее примерно на расстоянии 1 метра от глаза. Сквозь дифракционную решетку нужно смотреть в том направлении, в котором плоские волны (восстановленные) выходят из нее.

Так как именно плоские волны попадают в глаз наблюдателя, голографическое изображение также является плоским. Оно предстает перед нами будто “глухая стена”, которую равномерно освещает свет, имеющий тот же цвет, что и соответствующее лазерное излучение.

Так как специфических признаков эта “стена” лишена, невозможно определить, насколько далеко она находится. Кажется, будто смотришь на расположенную в бесконечности протяженную стену, но при этом видишь лишь ее часть, которую удается разглядеть сквозь небольшое “окно”, то есть голограмму.

Следовательно, голограмма – это равномерно светящаяся поверхность, на которой мы не замечаем ничего достойного внимания.

Дифракционная решетка (голограмма) позволяет нам наблюдать несколько простейших эффектов. Их можно продемонстрировать и с использованием голограмм иного типа. Проходя сквозь дифракционную решетку, пучок света расщепляется, формируются два новых пучка.

С помощью пучков лазерного излучения можно освещать любую дифракционную решетку. При этом излучение должно отличаться цветом от использованного при ее записи. Угол изгиба пучка цвета зависит от того, какой цвет он имеет.

Если он красный (самый длинноволновой), то такой пучок изгибается под большим углом, нежели пучок синего цвета, который имеет наименьшую длину волны.

Сквозь дифракционную решетку можно пропустить смесь всех цветов, то есть белый. В этом случае каждая цветовая компонента этой голограммы искривляется под своим собственным углом. На выходе формируется спектр, аналогичный создаваемому призмой.

Размещение штрихов дифракционной решетки

Штрихи дифракционной решетки следует делать очень близкими друг к другу, чтобы было заметно искривление лучей. К примеру, для искривления красного луча на 20° нужно, чтобы расстояние между штрихами не превышало 0,002 мм.

Если их разместить более тесно, луч света начинает изгибаться еще сильнее. Для “записи” данной решетки нужна фотопластинка, которая способна регистрировать настолько тонкие детали.

Кроме того, необходимо, чтобы пластинка в процессе экспозиции, а также при регистрации оставалась совершенно неподвижной.

Картина может значительно смазаться даже при малейшем движении, причем настолько, что будет вовсе неразличимой. В этом случае мы увидим не интерференционную картину, а просто стеклянную пластинку, по всей своей поверхности однородно черную или серую. Конечно, в этом случае не будут воспроизводиться эффекты дифракции, формируемые дифракционной решеткой.

Пропускающие и отражательные голограммы

Рассмотренная нами дифракционная решетка именуется пропускающей, поскольку она действует в свете, проходящем сквозь нее.

Если же нанести линии решетки не на прозрачную пластинку, а на поверхность зеркала, мы получим дифракционную решетку отражательную. Она отражает под разными углами свет различных цветов.

Соответственно, есть два больших класса голограмм – отражательные и пропускающие. Первые наблюдаются в отраженном свете, а вторые – в проходящем.

Источник: https://FB.ru/article/253912/golografiya---eto-ponyatie-printsip-deystviya-primenenie

ГОЛОГРАФИЯ

Голография и ее применение
статьи

  • Свойства голограмм.
  • Применение голографии.

ГОЛОГРАФИЯ (от греч. холос – полный играфо – пишу) – способ получения объемных изображений предметов на фотопластинке (голограмме) при помощи когерентного (см. КОГЕРЕНТНОСТЬ) излучения лазера.

Голограмма фиксирует не само изображение предмета, а структуру отраженной от него световой волны (ее амплитуду и фазу). Для получения голограммы необходимо, чтобы на фотографическую пластинку одновременно попали два когерентных световых пучка: предметный, отраженный от снимаемого объекта, и опорный – приходящий непосредственно от лазера.

Свет обоих пучков интерферирует, создавая на пластинке чередование очень узких темных и светлых полос – картину интерференции.

На экспонированной таким образом и проявленной пластинке отсутствует какое-либо изображение, однако его в зашифрованном виде содержит система интерференционных полос, и если голограмму просветить, как диапозитив, лазерным светом той же частоты, что была использована при записи, возникнет «восстановленная голограмма» – объемное изображение снятого предмета, словно висящего в пространстве. Меняя точку наблюдения, можно заглянуть за предметы на первом плане и увидеть детали, ранее скрытые от взгляда, Свет, проходя сквозь систему черно-белых полос голограммы, испытывает дифракцию и воспроизводит волновой фронт, исходивший от снятого предмета (см. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ). Аналогичным образом лазерный луч, пропущенный сквозь отверстие очень малого диаметра, даст на фотопластинке, поставленной за отверстием, систему колец (так называемые «кольца Френеля»). А световой пучок, проходящий сквозь их изображение («зонную пластинку»), сойдется в точку. Кольца Френеля представляют собой простейшую голограмму – голограмму точки.

Голографию изобрел (и придумал название) английский физик Деннис Габор в 1947, исследуя законы построения изображений в оптике и работая над совершенствованием электронного микроскопа.

Он пришел к выводу, что зарегистрировать полное изображение предмета можно без объектива, используя только пучок когерентного монохроматичного света. Первые голограммы были получены им при помощи ртутной лампы, из спектра излучения которой «вырезалась» очень узкая полоса частот.

Диаметр пучка составлял 1–2 микрона, а время экспозиции – несколько часов. Между источником света и фотопластинкой помещался либо прозрачный объект, либо предмет небольшого размера, так что излучение источника выполняло одновременно функции и предметного, и опорного пучков.

Поэтому при восстановлении голограммы возникали сразу два изображения на одной линии, которые создавали взаимные помехи при регистрации. Все это делало невозможным практическое применение голографии, и о ней надолго забыли.

После появления мощного источника когерентного света – лазераинтерес к голографии вспыхнул вновь. В 1962 американские оптики и радиофизики Эммет Лейт и Дж.

Юрис Упатниекс усовершенствовали схему Габора, разделив предметный и опорный пучки, которые стали теперь пересекаться непосредственно перед фотопластинкой.

Это позволило, во-первых, голографировать непрозрачные предметы сложной формы, а во-вторых, разнести восстановленные изображения в пространстве. Схема Лейта – Упатниекса стала основой современных голографических установок.

В это же время на голографические методы записи изображения обратил внимание российский физик Юрий Николаевич Денисюк. Он создал принципиально новый способ записи голограмм в толстом слое фотографической эмульсии.

Предметный и опорный пучки приходят к пластинке с разных сторон и интерферируют. В объеме ее эмульсионного слоя на разной высоте в областях максимумов интерференции возникают микроскопические пятна почернения.

Падающий на проявленную голограмму свет отражается от них и, интерферируя, формирует восстановленное изображения предмета.

При этом из голограммы выходят только свет, частота которого равна частоте записывающего лазерного излучения, а все остальные частоты автоматически подавляются. Объемную голограмму восстанавливают обычным белым светом, получая монохромное изображение.

В своей работе Ю.Денисюк опирался на способ получения цветных фотографических изображений, разработанный французским физиком Габриэлем Липпманом в 1891. Луч света из объектива его фотоаппарата попадал на пластинку, залитую с обратной стороны ртутью (ее слой служил зеркалом).

Отраженные световые волны интерферировали с падающими, создавая в толще фотографической эмульсии стоячие волны. В местах их пучностей возникали области почернения – отражающие поверхности, каждая из которых отражала свет только «своего» цвета.

Изображение было цветным, но не объемным.

Современная технология позволяет копировать объемные голограммы «по Денисюку» типографским способом. Для этого голограмму получают в особом светочувствительном материале – фоторезисте. После экспонирования материал обрабатывают растворителем, который смывает его слой до зон почернения.

Образуется микрорельеф, с которого снимают отпечаток – матрицу. При помощи этой матрицы в пластическом материала печатают копии голографического рельефа, покрывают их слоем металла и прозрачной защитной пленкой. Таким способом изготавливают защитные марки на упаковках пищевых продуктов и документах.

Подделать их практически невозможно.

Голографические изображения можно получать при помощи любых когерентных волн, например, акустических, возбужденных в жидкости синхронно работающими вибраторами. Интерференция звуковых волн создает на поверхности жидкости рябь, с которой эту акустическую голограмму восстанавливают лазерным лучом.

Свойства голограмм

Голографическое изображение отличается от фотографии не только своей объемностью, но и еще несколькими важными свойствами.

1. В любую точку плоской голограммы «по Габору» попадает свет, отраженный от всех точек предмета. Это означает, что любой, самый маленький ее участок содержит зрительную информацию обо всем предмете.

Голограмму можно разбить на несколько кусков, и каждый будет полностью воспроизводить первоначальное изображение. Отпечаток голограммы, где черные полосы стали прозрачными и наоборот, дает то же изображение, что исходная голограмма.

Ни фотография, ни голограмма «по Денисюку» таким свойством не обладает.

2. Голографическое изображение можно увеличить на стадии восстановления. Когда голограмму записывают параллельным световым пучком, а восстанавливают расходящимся, изображение увеличивается пропорционально углу расхождения (геометрический коэффициент увеличения kг).

Если запись ведется излучением длиной волны l1, а восстановление – кратной ему l2 > l1, изображение станет больше в k = l2/l1 раз (волновой коэффициент увеличения kв).

Полное увеличение равно произведению обоих коэффициентов; например, для рентгеновского микроскопа (l1 = 10–2 мкм, l2 = 0,5 мкм) с kг = 200 полное увеличение k = 106.

3. Если на одну пластинку записать несколько голограмм, используя разные, но не кратные, длины волн, все они могут быть считаны независимо при помощи лазеров с соответствующим излучением. Таким же образом можно записать и полноцветное изображение.

4. Голограмму можно рассчитать и нарисовать при помощи компьютера и даже вручную. Так, зонную пластинку Френеля нетрудно начертить, получив простейшую голограмму одной точки, но чем сложнее объект, тем более запутанной становится такая искусственная голограмма.

Применение голографии

Наиболее широкое применение голография находит в науке и технике. Голографическими методами контролируют точность изготовления изделий сложной формы, исследуют их деформации и вибрации. Для этого деталь, подлежащую контролю, облучают светом лазера, и отраженный свет пропускают сквозь голограмму эталонного образца.

При отклонении размеров от эталонных, искажении формы и появлении поверхностных напряжений возникают полосы интерференции, число и расположение которых характеризует степень отличия изделия от образца или величину деформаций.

Аналогичным образом исследуют обтекание тел потоками жидкости и газа: голограммы позволяют не только увидеть в них вихри и области уплотнений, но и оценить их интенсивность.

Голографическими методами можно распознавать образы, т.е. искать объекты, идентичные заданному, среди множества других, похожих на него. Такими объектами могут быть геометрические фигуры, фотографии людей, буквы или слова, отпечатки пальцев и т.д.

На пути лазерного луча устанавливают сначала кадр, на котором может находиться искомый объект, а за ним – голограмму этого объекта. Появление яркого пятна на выходе говорит, что объект в кадре присутствует.

Такая оптическая фильтрация может производиться автоматически и с большой скоростью.

Методами акустической голографии удается получать объемные изображения предметов в мутной воде, где обычная оптика бессильна.

Голограммы музейных редкостей уже сделались довольно обычной вещью: они не только экспонируются на выставках, но и продаются в сувенирных ларьках. Начинают появляться, хотя и очень редко, объемные книжные иллюстрации. А голографическое кино и телевидение, несмотря на многолетние исследования и экспериментальные съемки, возникнет, видимо, нескоро.

Сергей Транковский

Источник: https://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/fizika/GOLOGRAFIYA.html

Vse-referaty
Добавить комментарий