Голографія

Перші голограми отримав в 1947р. угорський фізик Денніс Габор, який працював тоді в Англії. Ця назва походить від слів «холос» (весь, повністю) та «грама» (написання). До винаходу угорського вченого будь-яка фотографія була плоскою. Вона передавала лише два виміри предмета. Глибина простору вислизала від об’єктива. У пошуках рішення Габор відштовхувався від одного відомого факту.

Промені світла, відкинуті тривимірним об’єктом, досягають фотоплівки в різні моменти часу. І всі вони проробляють різний шлях за різний час. Говорячи науковою мовою: всі хвилі приходять з фазовим зсувом. Зсув залежить від форми предмета. Учений прийшов до висновку, що обсяг будь-якого предмета можна виразити через різницю фаз відбитих світлових хвиль.Звичайно, людське око не в змозі уловити це запізнювання хвиль- бо воно виражається в дуже маленьких проміжках часу. Дану величину треба перетворити на щось більш відчутне, наприклад в перепади яскравості. Це і вдалося вченому, який вдався до одного трюку. Він вирішив накласти хвилю, відображену від предмета — тобто спотворену — на попутну («опорну») хвилю. Відбувалася «інтерференція«.

Там, де зустрічалися гребені двох хвиль, вони посилювалися — там з’являлася світла пляма. Якщо ж гребені хвилі накладалися на западину, хвилі гасили один одного, там спостерігалося затемнення. Отже, при взаємному накладення хвиль виникає характерна інтерференційна картина, чергування тонких ліній, білих і чорних. Цю картину можна відобразити на фотоплатівці — голограмі. Вона міститиме всю інформацію про обсяг предмета, що потрапив в об’єктив.

Щоб «об’ємний портрет» вийшов дуже точним і детальним, треба використовувати світлові хвилі однакової фази і довжини. При денному або штучному освітленні такий фокус не пройде. Адже світло зазвичай представляє собою хаотичну суміш хвиль різної довжини. У ньому є всі барви: від короткохвильового блакитного випромінювання до довгохвильового червоного. Ці світлові компоненти самим вигадливим чином зрушені по фазі .

Оскільки джерел когерентного світла в той час не існувало, вчений використовував випромінювання ртутної лампи, «вирізавши» з нього за допомогою різноманітних хитрощів дуже вузьку спектральну смужку. Проте потужність світлового потоку при цьому ставала такою мізерною, що на виготовлення голограми потрібно кілька годин. Сама якість голограм виявилася вельми низькою.

Причини були в недосконалості джерела світла, і самої оптичної схеми запису. Справа в тому, що при записі голограми виникає відразу два зображення по різні сторони платівки.В угорського вченого одне з них завжди виникало на тлі іншого, і при їх фотографуванні різким було тільки одне зображення, у той час як друге створювало на знімку розмитий фон. Щоб у такому випадку побачити зображення на голограмі, її потрібно просвітити наскрізь випромінюванням тієї ж довжини хвилі, яка застосовувалася при записі. Але є й очевидна перевага: таке об’ємне зображення створюється будь-якою, навіть самою маленькою ділянкою голограми-платівки, внаслідок того, що промінь, розсіюється кожною точкою предмета, висвітлює голограму повністю. Виходить, будь-яка її точка зберігає інформацію про всю освітлену поверхню об’єкта.

Поява лазера дала новий поштовх розвитку голографії, оскільки його випромінення володіє всіма необхідними якостями: воно когерентне і монохроматичне. У 1962р. в США фізики Еммет Лейт і Юріс Упатніекс створили оптичну схему топографічної установки, яка з деякими змінами використовується до цих пір. Для того щоб усунути накладення картинок, лазерний промінь розщеплюють на два і направляють на платівку під різними кутами. У результаті голографічні зображення формуються незалежними променями, що йдуть за різними напрямками.

Другий принципово новий спосіб голографування вдалося створити російському фізику Ю. М. Денисюку. Вчений використовував інтерференцію зустрічних пучків світла. Потрапляючи на платівку з різних сторін, пучки складуються в шарі фотоемульсії, формуючи об’ємну голограму.

З появою лазера давня ідея Габора нарешті була реалізована. У 1971р. вчений отримав за свій винахід Нобелівську премію з фізики.

У 1969р. Стівен Бентон придумав спосіб виготовлення голограм при звичайному, білому світлі.Для цього, за допомогою фотошаблонів — тонкого шару з безліччю мікрошліцов — треба виготовити« майстер-голограму »і копіювати її голографічним способом. Шліцьовий шаблон, на зразок призм, розщеплює денне світло на основні кольори спектру. У кожний з шліців входить світловий пучок однієї-єдиної довжини хвилі. Це забезпечує інтерференцію і допомагає отримати картинку, яскраву, різнобарвну, що виблискуєрізними фарбами в залежності від кута зору, — ту саму голограму, до якої ми звикли за останні роки.

Головна перевага кольорової голографії криється в тому, що її можна копіювати машинним способом, використовуючи певну техніку тиснення. Барвисту копію експонують на особливий світлочутливий шар — фоторезисторний лак. Цей матеріал відрізняється високою роздільною здатністю. (Його застосовують, наприклад, в мікролітографіі, щоб нанести на плату ті чи інші елементи мікросхеми.)

У нашому випадку, при масовому тиражуванні голограм, спочатку беруть цифрову камеру і фотографують об’єкт з усіх боків. Комп’ютер з’єднує окремі знімки. І ось тривимірне зображення готове. Потім в лабораторії лазер «гравірують» цю картинку на фоточутливій пластині. Виходить тонкий поверхневий рельєф. За допомогою електролізу «гравюру» наносять на нікелеву матрицю.

Матриця потрібна для масового тиражування голограм. Їх відбитки — за методом гарячого тиснення — отримують на металевій фользі. Тепер, як тільки промінь світла падає на голограму, вона починає грати всіма кольорами веселки. Серед цього різнобарв’я постає перед глядачем зображений предмет. Подібні голограми дешеві. Виготовити їх можна в будь-якій кількості, лише б було обладнання.

Такі голограми використовують в усьому світі в якості наклейок на товарні упаковки та документи. Вони служать чудовим захистом від підробок: скопіювати голографічний запис дуже важко.

Можна створювати голограми, на яких зображені предмети, яких не існує в реальності. Досить комп’ютеру задати форму об’єкта і довжину хвилі падаючого на нього світла. За цими даними комп’ютер малює картину інтерференції відбитих променів. Пропустивши світловий пучок крізь штучну голограму, можна побачити об’ємне зображення придуманого предмета.

За допомогою голограми можна бачити крізь матове скло або іншу розсіюючу світло перепону. З розсіювача знімають голограму і поєднують одне з відновлених з неї зображень з самим розсіювачем. Світлові хвилі, що йдуть назустріч один одному від голограми та від розсіювача, складаються і взаємно знищуються. Перешкода зникає, а предмет, що лежить за нею, стає видно у всіх подробицях.

У сучасних технологів з’явилася нова ідея. Вона заснована на здатності лазера за заданою програмою «зробити» з заготівлі деталь будь-якої форми і розміру. Досить всередину технологічного лазера вставити голограму еталонної деталі, щоб позбутися від необхідності писати програму і налаштовувати лазерну установку. Голограма сама «підбере» таку конфігурацію променя і розподіл його інтенсивності, що «вирізана» деталь буде точною копією еталона.

Треба звернути увагу на ще один, дуже схожий спосіб виділення корисних сигналів, який називається оптичною фільтрацією, або розпізнаванням образів. Подібним чином можна відшукувати потрібні зображення серед безлічі інших схожих, наприклад відбитків пальців. Для цього з еталона необхідно зробити голограму, а потім поставити на шляху світлового пучка, відбитого від перевіряючого об’єкта. Голограма пропустить світло тільки від об’єкта, повністю ідентичного еталону, «бракуючи» інші зображення. Яскрава пляма на виході оптичного фільтра — сигнал, що об’єкт виявлено. Примітно, що пошук ведеться з величезною швидкістю, недосяжною при використанні інших методів, оскільки він може вестися автоматично.

Голографічні методи, застосовні не тільки до світла — електромагнітного випромінювання, але і до будь-яких іншим хвиль. Зокрема, предмет, занурений в непрозору або каламутну рідину, можна розгледіти за допомогою звуку. Випромінювачі акустичних коливань створюють в рідині дві когерентні хвилі. Одна (предметна) «озвучує» предмет, друга (опорна) — поверхня рідини. Їх інтерференція викликає на ній брижі — так звану акустичну голограму. Висвітлюючи її пучком лазерного світла, відновлюють об’ємне зображення предмета, що лежить у воді. Втім, надходять і по-іншому: сигнал від системи мініатюрних мікрофонів записують на фотопластинку у вигляді смуг почорніння, а потім відновлюють з неї об’ємне зображення променем лазера.