Холографията е ... Концепция, принцип на действие, приложение

Холографското изображение сега се използва все повече. Някои дори вярват, че евентуално могат да заменят познатите средства за комуникация. Така или иначе, но вече вече се използва активно в най-различни отрасли. Например, всички знаем холографски стикери. Много производители ги използват като средство за защита срещу фалшифициране. Снимката по-долу показва някои холографски стикери. Използването им е много ефективен начин за защита на стоки или документи от фалшифициране.

История на изучаването на холография

Триизмерното изображение, получено в резултат на пречупването на лъчите, започна да се изследва сравнително напоследък. Въпреки това вече можем да говорим за съществуването на история на неговото обучение. Денис Габор, английски учен, през 1948 г. за първи път определя какво е холографията. Това откритие беше много важно, но голямото му значение по това време все още не беше очевидно. Изследователите, работещи през 50-те години на миналия век, страдат от липсата на кохерентен източник на светлина, което е много важно за развитието на холографията. Първият лазер е произведен през 1960 година. С това устройство е възможно да се получи светлина с достатъчна съгласуваност. Юрис Упатник и Имт Лейт, американски учени, го използват, за да създадат първите холограми. С тяхна помощ бяха получени триизмерни изображения на обекти.

През следващите години изследванията продължават. Оттогава са публикувани стотици научни статии, в които е проучена концепцията за холография, и са публикувани много книги, посветени на този метод. Тези произведения обаче са насочени към специалистите, а не към общия читател. В тази статия ще се опитаме да говорим за всичко, което е на разположение на езика.

Какво представлява холографията?

Можем да предложим следната дефиниция: холографията е обемна снимка, получена чрез лазер. Това определение обаче не е напълно задоволително, тъй като има много други видове триизмерна фотография. Въпреки това, тя отразява най-значимият: холографията - технически метод, който позволява да се "запис" на външния вид на obekta- го използват, за да се получи триизмерно изображение, което изглежда като истински predmet- използване на лазери е от решаващо значение за нейното развитие.

Холография и нейното приложение

Проучването на холографията дава възможност да се изяснят много от въпросите, свързани с обикновената снимка. Като визуално изкуство, едно 3D изображение може дори да предизвика това, защото ви позволява да отразявате по-точно и правилно света.

Учените понякога различават епохи в историята на човечеството чрез комуникация, които са били известни в тези или други векове. Можете да кажете, например, за йероглифите, съществуващи в Древен Египет, за изобретението през 1450 г. печатна преса. Във връзка с техническия прогрес, наблюдаван в нашето време, нови средства за комуникация, като например телевизията и телефоните, поемат господстващо положение. Въпреки че холографският принцип все още е в начален стадий, ако говорим за неговото използване в медиите, има основания да се смята, че устройствата, базирани на него, могат в бъдеще да заменят познатите средства за комуникация или поне да разширят обхвата на тяхното използване.

Философската литература и масовата преса често представят холография в неправилна, изкривена светлина. Те често създават погрешно схващане за този метод. Обемното изображение, което се вижда за пръв път, омагьосва. Въпреки това физическото обяснение на принципа на неговата структура е не по-малко впечатляващо.

Схема на смущения

Способността да се видят обекти се основава на факта, че светлините, пречупени от тях или отразени от тях, попадат в очите ни. Светлинните вълни, отразени от даден предмет, се характеризират с формата на вълновия фронт, съответстващ на формата на този обект. Снимката на тъмни и светли ленти (или линии) създава две групи светлинни кохерентни вълни, които се намесват. Така се образува холографията на обема. В този случай тези ленти във всеки отделен случай представляват комбинация, която зависи само от формата на вълновите фронтове на вълните, които взаимодействат един с друг. Тази снимка се нарича намеса. То може да бъде фиксирано, например, върху фотографска чиния, ако я поставите на място, където има намеса на вълните.

Разнообразието от холограми

По начин, който ви позволява да записвате (отразявате) вълната, отразена от обекта, след това да го възстановите така, че наблюдателят да мисли, че вижда истинския обект и е холография. Това е ефект, който се обяснява с факта, че полученият образ е триизмерен в същата степен като истинския обект.

Има много различни видове холограми, в които е лесно да се объркате. За да идентифицирате уникално определен вид, трябва да използвате четири или дори пет прилагателни. От всичките им много, ще разгледаме само основните класове, които модерната холография използва. Първо обаче трябва да разкажем малко за такъв феномен като дифракция. Тя ни позволява да конструираме (или по-скоро реконструираме) фронта на вълните.

дифракция

Ако даден обект е по пътя на светлината, той хвърля сянка. Светлината преминава около този обект, преминавайки частично в сянката. Този ефект се нарича дифракция. Това се обяснява с вълновата природа на светлината, но е строго трудно да се обясни стриктно.

Само в много малък ъгъл светлината прониква в сянката, така че почти не я забелязваме. Въпреки това, ако в неговата пътека има много малки препятствия, разстоянията между които съставляват само няколко вълни от светлинната вълна, този ефект става доста забележим.

Ако фронта на вълната попада на голяма единична пречка, съответната част от нея пада, което на практика не засяга останалата част на дадена вълнова повърхност. Ако има много малки препятствия, той се променя в резултат на дифракция, така че светлината, разпространяваща се извън препятствието, да има качествено различна вълнообразна повърхност.

Трансформацията е толкова силна, че светлината започва да се разпространява в друга посока. Оказва се, че дифракцията ни позволява да трансформираме оригиналната вълна отпред в съвсем различна от нея. Така дифракцията е механизмът, чрез който получаваме нов фронт на вълната. Устройството, което го формира по описания по-горе начин, се нарича дифракционна решетка. Нека поговорим по-подробно.

Дифракционна решетка

Това е малка плоча с тънки прави паралелни успоредни линии (линии) върху нея. Те са разположени на разстояние една стотна или дори хилядна от милиметра. Какво се случва, ако лазерният лъч по пътя му срещне решетка, която се състои от няколко замъглени тъмни и ярки ленти? Неговата част ще върви направо през решетката и ще се огъне на части. Така се образуват два нови греди, които оставят решетката под определен ъгъл спрямо оригиналния лъч и са от двете й страни. В случай, че един лазерен лъч има например предна равнина, две нови греди, образувани странично от него, също ще имат равнинни вълнови прегради. По този начин, преминавайки лазерен лъч през дифракционната решетка, образуват две нови вълни (плоски). Очевидно дифракционната решетка може да се разглежда като най-простият пример за холограма.

Регистрация на холограмата

Въвеждането на основните принципи на холографията трябва да започне с изучаването на две фронтове с равнинни вълни. Взаимодействат, те формират интерферентен модел, който се записва на фотографска плака, поставена на същото място като екрана. Този етап от процеса (първо) в холографията се нарича запис (или записване) на холограмата.

Възстановяване на изображения

Ще приемем, че една от равнините е А, а втората е В. Вълната А се нарича референтна вълна, а В е обектната вълна, т.е. отразена от обекта, чийто образ е фиксиран. Тя не може да се различава от референтната вълна. При създаването на холограма на триизмерен действителен обект се формира много по-сложна вълнова фронта отразена от обекта.

Интерфейсът, представен на фотографски филм (т.е. образ на дифракционна решетка), е холограма. Тя може да бъде поставена в пътя на еталонния първичен лъч (лъч от лазерна светлина, който има предна равнина). В този случай от двете страни се образуват две нови вълнообразни фронтове. Първият от тях е точното копие на предната част на вълната, която се разпространява в същата посока като вълната В. По-горе описаният етап се нарича реконструкция на изображението.

Холографски процес

Схемата за смущения, създадена от два плоски съгласувани вълни, след записването му върху фотографска плоча е устройство, което позволява да се реконструира друга равнина вълна в случай на осветяване на една от тези вълни. По този начин холографският процес има следните етапи: регистриране и последващо "съхранение" на предната част на вълната под формата на холограма (интерференция) и нейното възстановяване след всяко време по време на преминаването на еталонната вълна през холограмата.

Предметът на вълната на предмета може всъщност да е такъв. Например, тя може да бъде отразена от някакъв реален обект, ако тя е последователна референтна вълна. Формиран от всякакви две вълнообразни фронтове с кохерентност, моделът на смущение е устройството, което позволява едно от тези фронтове да бъде трансформирано в друго чрез дифракция. Тук ключът към този феномен, като холографията, е скрит. Денис Габор е първият, който открива този имот.

Наблюдение на изображението, образувано от холограмата

В наше време специално устройство се използва за четене на холограми - холографски проектор. Той ви позволява да конвертирате картина от дву до триизмерни. Въпреки това, за да видите обикновени холограми, изобщо не се изисква холографски проектор. Нека да опишем накратко как да гледаме такива изображения.

За да се наблюдава изображението, образувано от най-простата холограма, е необходимо да я поставите приблизително на разстояние 1 метър от окото. Чрез дифракционната решетка трябва да гледаме в посоката, в която се появяват (реконструирани) равнината от нея. Тъй като равнинните вълни попадат в очите на наблюдателя, холографският образ също е плосък. Изглежда пред нас като "празна стена", която е равномерно осветена от светлина със същия цвят като съответната лазерно лъчение. Тъй като тази "стена" е лишена от специфични особености, не е възможно да се определи доколко тя е разположена. Изглежда, сякаш гледате разширена стена, разположена в безкрайност, но виждате само част от нея, която можете да видите чрез малък "прозорец", тоест холограма. Следователно холограмата е еднакво осветена повърхност, върху която не забелязваме нищо заслужаващо внимание.

Дифракционната решетка (холограма) ни позволява да наблюдаваме няколко прости ефекти. Те могат да бъдат демонстрирани и с помощта на холограми от различен тип. Преминавайки през дифракционната решетка, светлинният лъч се разцепва, се образуват две нови греди. С помощта на лазерни лъчи, е възможно да се освети всяка дифракционна решетка. В този случай радиацията трябва да е различна от използвания при записа. Ъгълът на огъване на лъча на цвят зависи от цвета му. Ако е червена (най-дългата вълна), тогава такъв лъч се огъва под по-голям ъгъл от синьото лъчче, което има най-късата дължина на вълната.

Чрез дифракционната решетка можете да пропуснете смес от всички цветове, т.е. бяла. В този случай всеки цветен компонент на тази холограма е извит под своя ъгъл. На изхода се формира спектър подобен на създадения от призмата.

Поставяне на решетките

Решетките на дифракционната решетка трябва да се направят много близко един до друг, така че да е забележима кривината на лъчите. Например, за да се огъне червен лъч с 20 °, е необходимо разстоянието между ходовете да не надвишава 0,002 mm. Ако те се поставят по-отблизо, лъчът на светлината започва да се огъва още повече. За да "записвате" тази решетка е необходима фотографска плоча, която може да регистрира толкова тънки детайли. Освен това е необходимо табелата да остане напълно неподвижна по време на експозицията, както и по време на регистрацията.

Картината може да бъде значително размазана, дори и при най-малкото движение, и дотолкова, че тя ще бъде напълно неразличима. В този случай няма да видим интерференция, а стъклена чиния, равномерно черна или сива по цялата й повърхност. Разбира се, в този случай дифракционните ефекти, предизвикани от дифракционната решетка, няма да бъдат възпроизведени.

Предавани и отразяващи холограми

Дифракционната решетка, считана от нас, се нарича предавателна решетка, тъй като действа в светлината, преминаваща през нея. Ако приложим линиите на решетката не към прозрачната плоча, а към повърхността на огледалото, ние получаваме дифракционна решетка отразяваща. Отразява светлината от различни цветове от различни ъгли. Съответно, има два големи класа холограми - отразяващи и пропускателни. Първите се наблюдават в отразена светлина, а втората - в предаваната светлина.