Holografia on ... Konsepti, toimintaperiaate, soveltaminen

Nykyään holografinen kuva löytää kaikensuurempi käyttö. Jotkut jopa uskovat, että se voi lopulta korvata tunnetut viestintävälineet. Joten se on tai ei, mutta jo nyt sitä käytetään aktiivisesti useimmissa eri haaroissa. Esimerkiksi me kaikki tunnemme holografiset tarrat. Monet valmistajat käyttävät niitä keinona suojata väärentämistä vastaan. Alla olevassa kuvassa on joitain holografisia tarroja. Niiden käyttö on erittäin tehokas tapa suojella tavaroita tai asiakirjoja väärentämiseltä.

Holograafisen tutkimuksen historia

Tuloksena saatu 3D - kuvaröntgensäteilyä, alkoi tutkia melko äskettäin. Voimme kuitenkin jo puhua hänen tutkimuksensa historiasta. Englantilainen tutkija Dennis Gabor määritteli ensimmäisen kerran vuonna 1948, mitä holografia on. Tämä löytö oli erittäin tärkeä, mutta sen suuri merkitys tuohon aikaan ei ollut vielä selvää. 1950-luvulla työskentelevät tutkijat kärsivät sellaisen valolähteen puuttumisesta, joka on johdonmukaisuus, joka on erittäin tärkeä ominaisuus holografian kehittämiselle. Ensimmäinen laser valmistettiin 1960. Tämän laitteen avulla on mahdollista saada aikaan riittävän johdonmukaista valoa. Juris Upatnieks ja Yhdysvaltain tiedemiehet Immet Leith käyttivät sitä ensimmäisen hologrammien luomiseen. Heidän avulla saatiin kolmiulotteisia esineiden kuvia.

Seuraavina vuosina tutkimus jatkui. Satoja tieteellisiä artikkeleita, joissa holografian käsitettä on tutkittu, on julkaistu, ja monet tähän menetelmään omistetut kirjat on julkaistu. Nämä teokset on kuitenkin osoitettu asiantuntijoille eikä yleiselle lukijalle. Tässä artikkelissa yritämme puhua kaikesta saatavasta kielellä.

Mikä on holografia?

Voimme ehdottaa seuraavaa määritelmää: Holografia on lasertulostimella saatu volumetrinen valokuva. Tämä määritelmä ei kuitenkaan ole täysin tyydyttävä, koska on olemassa monia muita kolmiulotteisia valokuvia. Se kuitenkin heijastaa merkittävimpiä: holografia on tekninen menetelmä, jonka avulla voit "tallentaa" esineen ulkonäköä; sen avulla näkyy kolmiulotteinen kuva, joka näyttää todelliselta esineeltä; Laserien käyttö oli ratkaiseva rooli sen kehityksessä.

Holografia ja sen soveltaminen

Holografian tutkiminen mahdollistaa selventämisenmonet tavalliseen valokuvaukseen liittyvät kysymykset. Kuvataiteena 3D-kuva voi edes haastaa jälkimmäisen, koska sen avulla voit heijastaa ympäröivää maailmaa tarkemmin ja oikein.

Tutkijat erottavat toisinaan historiallisia aikakausiaihmiskunnan kommunikaation keinoin, jotka olivat tunnettuja näissä tai muissa vuosisatoissa. Voit esimerkiksi sanoa muinaisessa Egyptissä esiintyneistä hieroglyfeistä noin 1450 kirjapainon keksinnöstä. Ajankohtaamme havaitun teknisen kehityksen yhteydessä uudet viestintätavat, kuten televisio ja puhelimet, ovat olleet määräävässä asemassa. Vaikka holografinen periaate on vielä alkuvaiheessa, jos puhumme sen käytöstä tiedotusvälineissä, on syytä uskoa, että siihen perustuvat laitteet voivat korvata tiedossa olevat kommunikointivälineet tulevaisuudessa tai ainakin laajentaa niiden käytön laajuutta.

Tieteellinen fiktio ja massa kirjallisuusLehdistössä on usein holograafia väärässä, vääristyneessä valossa. Ne aiheuttavat usein väärän käsityksen tästä menetelmästä. Ensimmäisen kerran havaittu volumetrinen kuva kaikuvat. Kuitenkin rakenteen periaatteen fyysinen selitys ei ole yhtä vaikuttava.

Häiriökuvio

Kyky nähdä esineitä perustuu siihen, ettäheijastuvat tai heijastuvat valoiset aallot putoavat silmiimme. Esineestä heijastuneista valoaalloista on tunnusomaista aaltoreunan muoto, joka vastaa tämän esineen muotoa. Kuva tummista ja kevyistä kaistoista (tai riveistä) luo kaksi ryhmää, jotka ovat häiritseviä, kevyesti yhtenäisiä aaltoja. Näin muodostuu volyymin holografia. Tässä tapauksessa nämä kaistat kullekin tapaukselle muodostavat yhdistelmän, joka riippuu vain aaltojen aaltojen muodoista, jotka ovat vuorovaikutuksessa keskenään. Tätä kuvaa kutsutaan häiriöksi. Se voidaan kiinnittää esimerkiksi valokuvakilpiin, jos laitat sen paikkaan, jossa aallon häiriöitä havaitaan.

Hologrammien valikoima

Menetelmä, jonka avulla voit tallentaa (rekisteröidä)heijastuu kohteen aallon etuosasta ja palauta sitten niin, että tarkkailija näyttää siltä, ​​että hän näkee todellisen kohteen ja on holografia. Tämä on vaikutus, joka selittyy sillä, että tuloksena oleva kuva on kolmiulotteinen samaan määrään kuin todellinen objekti.

On olemassa monia erilaisia ​​hologrammeja, injotka ovat helposti hämmentyneitä. Jotta voidaan yksilöidä tietyn lajin yksilöivä, sinun on käytettävä neljää tai jopa viisi adjektiiviä. Kaikista heidän monistaan ​​tarkastelemme vain tärkeimpiä luokkia, joita nykyaikainen holografia käyttää. Ensin meidän on kuitenkin kerrottava hieman tällaisesta aallon ilmiöstä kuin diffraktio. Sen ansiosta voimme rakentaa (tai mieluummin rekonstruoida) aallon etupuolen.

diffraktio

Jos kohde on matkallavalo, hän varjostaa. Valo menee tämän esineen ympärille, osittain varjoalueelle. Tätä vaikutusta kutsutaan diffraktioksi. Se johtuu valon aallon luonteesta, mutta on ehdottoman vaikea selittää sitä tarkasti.

Vain hyvin pienessä kulmassa valo tunkeutuuvarjoalue, joten melkein ei huomaa sitä. Kuitenkin, jos hänen polussaan on monia pieniä esteitä, joiden etäisyydet muodostavat vain muutaman aallonpituuden aallon, tämä vaikutus tulee varsin havaittavaksi.

Jos aalto-etupuoli putoaasuuri yksittäinen este "hylkää" sen vastaavan osan, joka käytännössä ei vaikuta annetun aaltopinnan jäljellä olevaan alueeseen. Jos on paljon pieniä esteitä sen tiellä, se on muutettu diffraktio siten, että leviäminen valoveräjän on laadullisesti eri aaltorintaman.

Muunnos on niin voimakas, että valo alkaajopa levitä eri suuntaan. On käynyt ilmi, että diffraktio antaa meille mahdollisuuden muuttaa alkuperäisen aallon etupäästä täysin erilaiseksi. Siten diffraktio on mekanismi, jolla saadaan uusi aalto-etu. Laite, joka muodostaa sen edellä kuvatulla tavalla, kutsutaan diffraktiohitaksi. Kerro lisää siitä.

Diffraktiohila

Tämä on pieni levy, joka on painettu siihen.ohut suorat yhdensuuntaiset aivoitukset (linjat). Ne erotetaan sadas tai jopa tuhannesosaa millimetrillä. Mitä tapahtuu, jos lasersäde matkallaan täyttää ritilän, joka koostuu useista epäselväistä tummista ja kirkkaista raidoista? Osa siitä menee suoraan ristikon läpi ja osa taivutetaan. Siten muodostuu kaksi uutta palkkia, jotka poistuvat ristikudoksesta tiettyyn kulmaan alkuperäiseen palkkiin nähden ja sijaitsevat sen molemmilla puolilla. Jos yksittäisellä lasersäteellä on esimerkiksi tasoaalto edessä, molemmille puolille muodostetuilla kahdella uudella palkilla on myös tasaiset aallon etuosat. Täten ohjataan lasersäde diffraktiohitsauksen läpi, muodostamme kaksi uutta aaltopuolta (taso). Ilmeisesti diffraktiohöystettä voidaan pitää yksinkertaisimpana esimerkkinä hologrammista.

Hologrammin rekisteröinti

Johdatus holografian perusperiaatteisiintulisi aloittaa kahden tasaisen aallon etualan tutkimuksella. Niiden kanssa vuorovaikutuksessa ne muodostavat häiriökuvion, joka on tallennettu valokuvalevylle, joka on sijoitettu samaan paikkaan kuin näytöllä. Prosessin tätä vaihetta (ensimmäistä) holografiassa kutsutaan hologrammin tallennukseksi (tai tallennukseksi).

Kuvan palauttaminen

Oletetaan, että yksi tasoaalloista - A, jatoinen, B. Wave A, viitataan viitteeksi ja B, kohde, joka heijastuu kohteesta, jonka kuva on kiinteä. Se ei saa poiketa vertailuaallosta. Kuitenkin, kun luodaan kolmiulotteisen todellisen objektin hologrammi, muodostuu paljon monimutkaisempi objektiin heijastuneen valon etuosa.

Häiriökuvio esitetäänvalokuvakalvo (eli diffraktiivisen ritilän kuva) - tämä on hologrammi. Se voidaan sijoittaa vertailupalkin (lasersäteen palkki, jossa on tasoaalto edessä) polulle. Tällöin molemmille puolille muodostuu kaksi uutta aaltopäällystettä. Ensimmäinen niistä on tarkka kopio aaltoprojektin etusivusta, joka etenee samaan suuntaan kuin aalto B. Edellä kuvattu vaihe kutsutaan kuvankäsittelyksi.

Holografinen prosessi

Häiriökuvio, jonka kaksi on luonutTasojen koherentit aallot, kun ne on tallennettu valokilevyyn, on laite, joka mahdollistaa jonkin näistä aalloista valaisemisen toisen rekiaalin aallon uudelleenmuodostuksen. Holografisessa prosessissa on näin ollen seuraavat vaiheet: aaltokappaleen rekisteröinti ja sitä seuraava "varastointi" hologrammin muodossa (häiriökuvio) ja sen palauttaminen minkä tahansa ajan kuluttua referenssi-aallon kulkiessa hologrammin läpi.

Aihe aaltofront todellisuudessavoi olla mikä tahansa. Esimerkiksi se voi heijastua jostakin todellisesta kohteesta, jos se on johdonmukainen referenssi-aalto. Jokaisen kahden aallonpohjan muodostamat koherenssit, häiriökuvio on laite, joka mahdollistaa diffraktiosta johtuen muuntamisen yhden näistä etureista toiseen. Täällä on piilotettu avain tällaiseen ilmiöön kuin holografia. Dennis Gabor löysi ensin tämän ominaisuuden.

Hologrammin muodostaman kuvan havainnointi

Meidän aikamme käsittelyssä hologrammeja alkaakäytä erityistä laitetta - holografista projektoria. Sen avulla voit muuntaa kuvan kahdesta kolmiulotteiseen. Yksinkertaisten hologrammien tarkastelemiseksi holografista projektoria ei kuitenkaan tarvita lainkaan. Lyhyt kuvaus siitä, miten tällaisia ​​kuvia voidaan käsitellä.

Tarkkaile yksinkertaisen muodon muodostumistahologrammin kuva, sinun on sijoitettava se noin 1 metriin silmään. Taivutushaaran kautta on tarkasteltava suunnassa, jossa tasaiset aallot (rekonstruoitu) jättävät sen. Koska tarkkailijan silmät ovat tarkalleen tasomaiset aallot, myös holografinen kuva on tasainen. Näyttää meiltä "tyhjä seinä", joka valaisee tasaisesti valon, jolla on sama väri kuin vastaava lasersäteily. Koska tässä "seinässä" ei ole erityisiä merkkejä, on mahdotonta määrittää, kuinka pitkälle se on. Näyttää siltä, ​​että katsot pitkää ääretöntä seinää, mutta samalla näet vain sen osan, jota näet pienen "ikkunan", eli hologrammin kautta. Näin ollen hologrammi on tasaisesti hehkuva pinta, jolle emme huomannut mitään huomiota.

Häiriönpoisto (hologrammi) antaa meille mahdollisuudentarkkailla joitain yksinkertaisimpia vaikutuksia. Ne voidaan osoittaa käyttämällä muita hologrammeja. Läpäisyä diffraktiokudoksen läpi, valonsäde hajoaa, muodostuu kaksi uutta palkkia. Lasersäteiden avulla on mahdollista valaista mikä tahansa diffraktiivinen hila. Tässä tapauksessa säteilyn on erottava väriltään sen tallennuksessa käytetystä väristä. Värisävyn taivutuskulma riippuu siitä, mikä väri on. Jos se on punainen (pisin aallonpituus), niin tällainen säde taittuu suuremmalla kulmalla kuin sinisen värin palkki, jolla on lyhyin aallonpituus.

Voit siirtyä diffraktiohitsauksen läpikaikkien värien seos, so. valkoinen. Tällöin tämän hologrammin jokainen värikomponentti taipuu omalla kulmallaan. Lähdössä muodostuu spektri, joka muistuttaa prisman luomaa spektriä.

Taitekertoimen sijoittaminen

Taitekertoimen aivohalvaukset tulisi tehdä hyvinlähellä toisiaan niin, että säteiden kaarevuus oli havaittavissa. Esimerkiksi punasäteen kaarevuudeksi 20 °, on välttämätöntä, että aukaisujen välinen etäisyys ei ylitä 0,002 mm. Jos sijoitat ne tarkemmin, valonsäde alkaa taipua vieläkin enemmän. Tämän verkon "tallentamiseksi" tarvitaan valokuvauslevy, joka pystyy rekisteröimään niin ohuita yksityiskohtia. Lisäksi on välttämätöntä, että levy altistumisprosessissa sekä rekisteröinnin aikana pysyy täysin liikkumattomana.

Kuva voi olla huomattavasti epäselvä jopapienin liike, ja niin paljon, että se on täysin erottamaton. Tässä tapauksessa me emme näe häiriökuvioita, vaan yksinkertaisesti lasilevyä, joka on tasaisesti musta tai harmaa koko pinnan päällä. Tällöin diffraktioruudun tuottamia diffraktiovaikutuksia ei tietenkään toisteta.

Vaihteisto- ja heijastavat hologrammit

Meidän tarkastelemamme diffraktioristikkojota kutsutaan kulkevaksi, koska se toimii sen läpi kulkevassa valossa. Jos sovellamme ritilän viivoja läpinäkymättömälle levylle, mutta peilin pinnalle saadaan diffraktiohilja. Se heijastaa eri kulmissa eri värien valoa. Näin ollen on olemassa kaksi suurta luokkaa hologrammeja - heijastava ja läpäisevä. Ensimmäiset havaitaan heijastuneessa valossa ja toinen - kulkevassa valossa.