23. november 2012
DEJLIGT interaktivt firma
Jeg fortsætter med at opfylde mine venners ønsker fra måneden. Måneden lakker allerede mod enden, og jeg er stadig langt fra at afslutte køen med dine spørgsmål. I dag analyserer, diskuterer og supplerer vi opgaven trudnopisaka :
Teknologier til at skabe tredimensionelle hologrammer. Er de uigennemsigtige? Hvordan kan energiomkostningerne ved deres skabelse sammenlignes? Hvad er udviklingsmulighederne?
Holografi er baseret på to fysiske fænomener - diffraktion og interferens af lysbølger.
Den fysiske idé er, at når to lysstråler er overlejret, under visse forhold, opstår der et interferensmønster, dvs. maksima og minima af lysintensitet vises i rummet (dette svarer til, hvordan to systemer af bølger på vand, når de skærer hinanden, dannes alternerende maksima og minima for amplitudebølger). For at dette interferensmønster skal være stabilt i den tid, der kræves til observation, og for at blive registreret, skal de to lysbølger koordineres i rum og tid. Sådanne konsistente bølger kaldes kohærente.
Hvis bølgerne mødes i fase, adderes de til hinanden og producerer en resulterende bølge med en amplitude lig med summen af deres amplituder. Hvis de mødes i modfase, vil de annullere hinanden. Mellem disse to yderpositioner observeres forskellige situationer med bølgetilsætning. Den resulterende tilføjelse af to sammenhængende bølger vil altid være en stående bølge. Det vil sige, at interferensmønsteret vil være stabilt over tid. Dette fænomen ligger til grund for fremstilling og rekonstruktion af hologrammer.
Konventionelle lyskilder har ikke en tilstrækkelig grad af sammenhæng til brug i holografi. Derfor var opfindelsen i 1960 af en optisk kvantegenerator eller laser afgørende for dens udvikling - en fantastisk strålingskilde, der har den nødvendige grad af sammenhæng og kan udsende strengt taget én bølgelængde.
Mens Dennis Gabor studerede problemet med billedoptagelse, kom han på en god idé. Essensen af dens implementering er som følger. Hvis en stråle af sammenhængende lys er delt i to, og det optagede objekt belyses med kun en del af strålen, og dirigerer den anden del til en fotografisk plade, så vil strålerne, der reflekteres fra objektet, forstyrre de stråler, der falder direkte på pladen fra lyskilden. Den lysstråle, der falder ind på pladen, blev kaldt referencestrålen, og den stråle, der reflekteres eller passerer gennem objektet, blev kaldt objektstrålen. I betragtning af, at disse stråler er opnået fra den samme strålingskilde, kan du være sikker på, at de er sammenhængende. I dette tilfælde vil interferensmønsteret dannet på pladen være stabilt over tid, dvs. dannes et billede af en stående bølge.
Det resulterende interferensmønster er et kodet billede, der beskriver objektet, da det er synligt fra alle punkter på den fotografiske plade. Dette billede gemmer information om både amplitude og fase af de bølger, der reflekteres fra objektet, og indeholder derfor information om det tredimensionelle (volumetriske) objekt.
En fotografisk optagelse af interferensmønsteret af en objektbølge og en referencebølge har den egenskab at genskabe billedet af et objekt, hvis referencebølgen er rettet mod en sådan optagelse igen. De der. Når billedet optaget på pladen belyses af referencestrålen, vil billedet af objektet blive gendannet, som visuelt ikke kan skelnes fra det rigtige. Hvis du ser gennem pladen fra forskellige vinkler, kan du se et perspektivbillede af objektet fra forskellige sider. Selvfølgelig kan en fotografisk plade opnået på en så mirakuløs måde ikke kaldes et fotografi. Dette er et hologram.
I 1962 opnåede I. Leith og J. Upatnieks de første transmitterende hologrammer af volumetriske objekter lavet ved hjælp af en laser. Det skema, de foreslog, bruges overalt i visuel holografi:
En stråle af kohærent laserstråling rettes mod et gennemskinnelig spejl, ved hjælp af hvilket der opnås to stråler - en objektstråle og en referencestråle. Referencestrålen er rettet direkte til den fotografiske plade. Objektstrålen oplyser objektet, hvis hologram er optaget. Lysstrålen, der reflekteres fra objektet - objektstrålen - rammer den fotografiske plade. I pladens plan danner to stråler - objektet og referencestrålerne - et komplekst interferensmønster, som på grund af sammenhængen mellem de to lysstråler forbliver uændret i tid og er et billede af en stående bølge. Tilbage er blot at registrere den på sædvanlig fotografisk måde.
Japansk koncert med 3D hologram Hatsune Miku
Hvis et hologram er optaget i et bestemt volumetrisk medium, gengiver den resulterende stående bølgemodel utvetydigt ikke kun amplituden og fasen, men også den spektrale sammensætning af strålingen, der er registreret på den. Denne omstændighed var grundlaget for skabelsen af tredimensionelle (volumen) hologrammer.
Driften af volumetriske hologrammer er baseret på Bragg-diffraktionseffekten. Som et resultat af interferensen af bølger, der forplanter sig i en tyktlags-emulsion, dannes der fly, der belyses af lys med højere intensitet. Efter at hologrammet er udviklet, dannes lag af sortfarvning på de eksponerede planer. Som et resultat af dette skabes såkaldte Bragg-planer, som har den egenskab, at de delvist reflekterer lys. De der. der skabes et tredimensionelt interferensmønster i emulsionen.
Et sådant tykt lag hologram giver en effektiv rekonstruktion af objektbølgen, forudsat at referencestrålens indfaldsvinkel forbliver uændret under optagelse og rekonstruktion. Det er heller ikke tilladt at ændre lysets bølgelængde under restaurering. Denne selektivitet af et volumetrisk transmissionshologramme gør det muligt at optage op til flere tiere billeder på en plade, hvilket ændrer referencestrålens indfaldsvinkel under henholdsvis optagelse og rekonstruktion.
Optagelsesskemaet til transmission af volumetriske hologrammer ligner Leith-Upatnieks-skemaet for todimensionelle hologrammer.
Ved rekonstruktion af et volumetrisk hologram dannes der i modsætning til fladtransmissionshologramme kun ét billede på grund af reflektion af rekonstruktionsstrålen fra hologrammet i kun én retning, bestemt af Bragg-vinklen.
Reflekterende volumetriske hologrammer optages ved hjælp af et andet skema. Ideen om at skabe disse hologrammer tilhører Yu.N. Derfor er hologrammer af denne type kendt under navnet på deres skaber.
Reference- og objektlysstrålerne er dannet ved hjælp af en splitter og rettet gennem et spejl ind på pladen fra begge sider. Objektbølgen belyser den fotografiske plade fra siden af emulsionslaget, og referencebølgen belyser den fotografiske plade fra siden af glassubstratet. Under sådanne optagelsesforhold er Bragg-planerne placeret næsten parallelt med den fotografiske plades plan. Således kan tykkelsen af fotolaget være relativt lille.
I det viste diagram genereres en objektbølge fra et transmissionshologram. De der. Først laves almindelige transmissionshologrammer ved hjælp af teknologien beskrevet ovenfor, og derefter fra disse hologrammer (som kaldes masterhologrammer) laves Denisyuk-hologrammer i kopieringstilstand.
Hovedegenskaben ved reflektionshologrammer er evnen til at rekonstruere det optagede billede ved hjælp af en hvid lyskilde, såsom en glødelampe eller solen. En lige så vigtig egenskab er hologrammets farveselektivitet. Det betyder, at når et billede gendannes med hvidt lys, vil det blive gendannet i den farve, det blev optaget i. Hvis der for eksempel blev brugt en rubinlaser til optagelse, vil det rekonstruerede billede af objektet være rødt.
Unikt 3D-hologram i GUM!
I overensstemmelse med egenskaben farveselektivitet er det muligt at opnå et farvehologram af et objekt, der nøjagtigt formidler dens naturlige farve. For at gøre dette er det nødvendigt at blande tre farver, når du optager et hologram: rød, grøn og blå, eller at sekventielt udsætte den fotografiske plade for disse farver. Det er sandt, at teknologien til optagelse af farvehologrammer stadig er i den eksperimentelle fase og vil kræve betydelig indsats og eksperimenter. Det er bemærkelsesværdigt, at mange, der besøgte hologramudstillingerne, gik i fuld tillid til, at de havde set tredimensionelle farvebilleder!
Kommunikationsteknologi ved hjælp af volumetriske hologrammer, som først blev beskrevet i Star Wars for 30 år siden, ser ud til at blive en realitet. Tilbage i 2010 var et team af fysikere fra University of Arizona i stand til at udvikle teknologi til at transmittere og se bevægelige 3D-billeder i realtid. De Arizona-baserede udviklere kalder deres arbejde en prototype af "holografisk 3D-telepresence." I virkeligheden repræsenterer den teknologi, der vises i dag, verdens første praktiske 3D-system til at transmittere ægte 3D-billeder uden behov for stereoskopiske briller.
"Holografisk telepresence betyder, at vi kan optage et 3D-billede et sted og vise det i 3D via hologram et andet sted mange tusinde kilometer væk. Visningen kan ske i realtid," siger forskningsleder Nasser Peighambarian.
For at skabe effekten af en virtuel installation (3D-hologram) af et objekt strækkes et specielt projektionsgitter på installationsstedet. Projektionen udføres på gitteret ved hjælp af en videoprojektor, som er placeret bag dette gitter i en afstand af 2-3 meter. Ideelt set strækkes projektionsnettet ud over en truss-struktur, som er fuldstændig foret med mørkt stof for at mørkere og forstærke effekten. Der skabes et udseende af en mørk terning, i hvis forgrund et 3D-billede udfolder sig. Det er bedre, at handlingen foregår i fuldstændig mørke, så vil den mørke terning og gitteret ikke være synlig, men kun et 3D-hologram!
Eksisterende 3D-projektionssystemer er i stand til at producere enten statiske hologrammer med fremragende dybde og opløsning eller dynamiske, men de kan kun ses fra en bestemt vinkel og hovedsageligt gennem stereoskopiske briller. Den nye teknologi kombinerer fordelene ved begge teknologier, men mangler mange af deres ulemper.
I hjertet af det nye system er en ny fotografisk polymer udviklet af Nitto Denko, et Californien-baseret forskningslaboratorium for elektroniske materialer.
I det nye system optages et 3D-billede af flere kameraer, der fanger objektet fra forskellige positioner og derefter kodet ind i en digital, ultrahurtig laserdatastrøm, der skaber holografiske pixels (hogels) på polymeren. Selve billedet er resultatet af optisk brydning af lasere mellem to lag polymer.
Prototypen af enheden har en 10 tommer monokrom skærm, hvor billedet opdateres hvert andet sekund – for langsomt til at skabe en illusion af jævne bevægelser, men her er der stadig dynamik. Derudover siger videnskabsmænd, at prototypen, der vises i dag, kun er et koncept, og i fremtiden vil videnskabsmænd helt sikkert skabe en fuldfarve og hurtigt opdateret strøm, der skaber naturlige tredimensionelle og jævnt bevægelige hologrammer.
Professor Peygambaryan forudser, at om cirka 7-10 år kan de første holografiske videokommunikationssystemer dukke op i almindelige forbrugeres hjem. "Den skabte teknologi er absolut modstandsdygtig over for eksterne faktorer, såsom støj og vibrationer, så den er også velegnet til industriel implementering," siger udvikleren.
Holografisk 3D installation AGP
Forfatterne til udviklingen siger, at et af de mest realistiske og lovende udviklingsområder er telemedicin. "Kirurger fra forskellige lande rundt om i verden vil være i stand til at bruge teknologien til at overvåge operationer i realtid i tre dimensioner og deltage i operationen," siger forskerne. "Hele systemet er fuldautomatisk og computerstyret. Selve lasersignalerne er kodet og transmitteret, og modtageren er i stand til selv at gengive billedet."
Og de seneste nyheder fra 2012 om dette emne:
Teknologier til at skabe tredimensionelle billeder, som for nylig har "vokset som svampe", udmøntet i form af tredimensionelle tv-skærme og computerskærme, skaber faktisk ikke et fuldgyldigt tredimensionelt billede. I stedet sendes der ved hjælp af stereoskopiske briller eller andre tricks lidt forskellige billeder til hver persons øje, og beskuerens hjerne forbinder det hele lige i hovedet i form af et tredimensionelt billede. Sådan "vold" over de menneskelige sanser og øget belastning af hjernen forårsager øjenbelastning og hovedpine hos nogle mennesker. Derfor kræves der teknologier, der er i stand til at skabe rigtige tredimensionelle billeder, for at lave ægte tredimensionelt tv, med andre ord holografiske projektorer. Folk har længe været i stand til at lave statiske hologrammer af høj kvalitet, men når det kommer til bevægelige holografiske billeder, er der store problemer.
Forskere fra det belgiske forskningscenter for nanoteknologi Imec har udviklet og demonstreret en fungerende prototype af en ny generation af holografisk projektor baseret på mikroelektromekanisk system (MEMS) teknologi. Brugen af teknologier, der ligger på grænsen mellem nano- og mikro-, vil i den nærmeste fremtid gøre det muligt at skabe et nyt display, der er i stand til at vise bevægelige holografiske billeder.
I hjertet af den nye holografiske projektor er en plade, hvorpå der er små, en halv mikron store, bevægelige områder, der reflekterer lys. Denne plade er belyst med lys fra flere lasere rettet mod den fra forskellige vinkler. Ved at justere placeringen af de reflekterende puder langs den lodrette akse er det muligt at sikre, at bølgerne af reflekteret lys begynder at interferere med hinanden, hvilket skaber et tredimensionelt holografisk billede. Det hele lyder utroligt og virker meget komplekst, men ikke desto mindre kan du på et af billederne se et statisk holografisk farvebillede dannet ved hjælp af disse små reflekterende puder.
Imec-forskere har endnu ikke lavet en skærm, der kan håndtere levende billeder. Men ifølge Francesco Pessolano, lederen af Imec NVision-projektet: "Det vigtigste for os var at forstå det grundlæggende princip, hvordan man implementerer det og kontrollere ydeevnen af prototypen. Alt andet er kun et spørgsmål om teknologi og kan implementeres ret nemt.” Ifølge Imecs planer skulle den første eksperimentelle holografiske projektor og dens kontrolsystem dukke op senest i midten af 2012, og det er sandsynligt, at det ikke vil være en omfangsrig ting, eftersom de 400 milliarder reflekterende puder, der kræves for at skabe et billede af høj kvalitet kan placeres på en tallerken på størrelse med en knap. Så ventetiden er ikke lang nu, og senere vil folk kunne glemme alt om almindelige skærme og displays og helt fordybe sig i den virtuelle tredimensionelle verden.
Hvad er udsigterne for denne retning? Jeg tror, de er her...
Hologram af Tsoi på scenen
Hologram af Tupac Shakur
Jeg kunne også lide dette - http://kseniya.do100verno.com/blog/555/12 012 - se...
Hvem kender ellers moderne metoder til at gengive et holografisk billede?
Spørgsmål: § Holografi som en måde at optage og gendanne lysbølgefeltet § Reference- og objektbølger § Optagelse og afspilning af hologrammer § Egenskaber ved hologrammer § Anvendelse af holografi
HOLOGRAFI SOM EN METODE TIL OPTAGELSE OG GENDANNELSE AF ET LYSBØLGEFELT Holografi er en metode til at optage og genoprette strukturen af lysbølger (lysbølgefelt), baseret på fænomenerne diffraktion og interferens af kohærente lysstråler. Oversat fra græsk betyder "holografi" "fuldstændig optagelse". I modsætning til konventionel fotografering er holografi en fundamentalt anderledes metode til at opnå tredimensionelle billeder af objekter.
REFERENCE- OG EMNEBØLGER I denne metode er det ikke det optiske billede af objektet, der optages, men det interferensmønster, der opstår, når en lysbølge er overlejret, spredt (reflekteret) af motivet (dette er den såkaldte objektbølge ) og sammenhængende med den sidste referencebølge, der kommer direkte fra den samme lyskilde. Dette interferensmønster registrerer på en fotografisk plade information om fordelingen af ikke kun amplituder (og følgelig intensitet), men også faserne af oscillationer i objektbølgen. Det registrerede interferensmønster kaldes normalt et hologram. Konklusion. Et hologram indeholder meget mere fuldstændig information om fotografi end et almindeligt fotografi.
Reference- og objektbølger Historisk information om holografi Grundlaget for holografi blev lagt i 1947 i den engelske fysiker D. Gabors eksperimenter. For at forbedre elektronmikroskopet foreslog Gabor at registrere information ikke kun om intensiteterne, men også om faserne af elektronbølger, der reflekteres fra de krystallinske enheder i prøverne, der undersøges. Men manglen på kraftige lyskilder med en høj grad af tidsmæssig og rumlig sammenhæng (dette krav blev dikteret af den store optiske forskel i veje for reference- og objektbølgerne) tillod ham ikke at opnå holografiske billeder af høj kvalitet. Holografi oplevede sin "genfødsel" i begyndelsen af 60'erne af det 20. århundrede. , da de amerikanske fysikere E. Leith og J. Upatnieks brugte en laser som lyskilde og udviklede et skema med en skrå referencestråle. Og snart (i midten af 60'erne) foreslog den sovjetiske fysiker Yu N. Denisyuk ideen og optog et hologram i et tredimensionelt miljø, hvilket markerede begyndelsen på volumetrisk, farveholografi.
OPTAGELSE OG AFSPILNING AF HOLOGRAMMER Essensen af den holografiske metode kan forklares ved hjælp af figur 1. Fotografisk film (FP) registrerer det interferensmønster, der opstår, når en objektbølge 1, spredt af det skydende objekt, og en kohærent referencebølge 2, som har faste amplitude- og faseværdier, er overlejret. Bølgen udsendes af den samme lyskilde (laser), som oplyser objektet (A), og falder efter refleksion fra spejlet (3) ned på den fotografiske plade. Interferensmønsteret optaget på (FP) efter "udvikling" giver et hologram, som er et meget lille og indviklet mønster af vekslende maksima og minima for sortfarvningen af den fotografiske emulsion, og i modsætning til et almindeligt fotografi har det ingen generel lighed med objektet (EN).
OPTAGELSE OG AFSPILNING AF HOLOGRAMMER Det resulterende hologram i kodet form indeholder fuldstændig information om amplituderne og faserne af den spredte objektbølge. Rekonstruktion af billedet af et objekt (A) fra dets hologram (D) udføres ved at belyse sidstnævnte som et dias (slide) med en referencebølge (2) fra den samme laser (og i samme orientering, som blev brugt, da tager hologrammet). (se fig. 2)
OPTAGELSE OG AFSPILNING AF HOLOGRAMER Bølge 2 diffrakterer på hologrammet (på interferensstrukturen), hvilket resulterer i, at to volumetriske billeder af det skydende objekt observeres - imaginære (A') og reelle (A"). Det virtuelle billede (A’) er placeret på det sted (i forhold til hologrammet), hvor det virkelige objekt (A) var, da det blev optaget. (A’) – synlig gennem hologrammet, som gennem et vindue. Det faktiske billede (A”) er placeret på den anden side af hologrammet. Det ser ud til at "hænge" i luften foran hologrammet (D) og er et spejlbillede af objektet. Normalt bruger de et imaginært holografisk billede (A'), som i sin visuelle perception er identisk med selve objektet. Ikke alene har den egenskaben tredimensionalitet, men dens perspektiv ændrer sig også afhængigt af observatørens øjes position i forhold til hologrammet. For eksempel, ved at flytte dit hoved langs hologrammet, kan du "se" bag et objekt i forgrunden af det holografiske billede.
Optagelse og afspilning af hologrammer Bemærk. En ændring i positionen af objektet (A) [eller dets individuelle dele] fører til en ændring ikke kun i intensiteten af interferensmaksima, men også i afstanden mellem dem. Sidstnævnte karakteriserer som bekendt en vis vejforskel eller faseforskel mellem de interfererende stråler. Det er derfor, de siger, at hologrammet indeholder information om bølgens amplitude og dens fase. Dette er nok til at genoprette objektbølgen i den form, som den faktisk var på distributionsstedet. Således "bliver den registrerede bølge til live" ved hjælp af et hologram og skaber en komplet illusion af de observerede objekters virkelighed.
Hologrammers egenskaber Hovedegenskaben ved et hologram, som adskiller det fra et fotografi, hvor kun fordelingen af amplituden af objektbølgen, der falder ind på det fotografiske lag, registreres, er, at fordelingen af objektbølgens fase i forhold til objektbølgen. fase af referencebølgen registreres også på hologrammet. Information om amplituden af objektbølgen registreres på hologrammet i form af kontrasten af interferensrelieffet, og information om fasen registreres i form af formen og frekvensen af interferenskanterne. Som et resultat heraf genopretter hologrammet, når det belyses af en referencebølge, en komplet kopi af objektbølgen. Et hologram, normalt optaget på negativt fotografisk materiale, ligner en positiv optagelse, dvs. lyse områder af objektet svarer til lyse områder af det rekonstruerede billede, og mørke områder svarer til mørke områder.
Hologrammers egenskaber Interferensmønsteret ved hvert punkt i hologrammet bestemmes af lyset spredt af alle punkter på det objekt, der fotograferes. Derfor indeholder enhver sektion af hologrammet information om hele objektet og giver dig mulighed for at gendanne billedet af hele objektet, hvis kun denne ene sektion er bevaret, når hologrammet er beskadiget. Det skal huskes, at jo mindre størrelsen af den bevarede del af hologrammet er, jo mindre lys diffrakterer på det på billedgengivelsesstadiet. Følgelig falder lysstyrken, og klarheden af det holografiske billede af objektet forringes (som de siger, diffraktionseffektiviteten af hologrammet falder). Kommentar. Således er et hologram væsentligt bedre end et almindeligt fotografi (fotonegativ) med hensyn til pålideligheden af at gemme fuldstændig information (på et fotografi indeholder hvert element kun en registrering om den del af det fotograferede objekt, der er afbildet på det).
HOLOGRAMMERS EGENSKABER Holografisk registrering af information er kendetegnet ved høj kapacitet og kompakthed. Således kan en hel del hologrammer fra forskellige objekter optages på én fotografisk plade, og billedet af hvert objekt kan gendannes uden indblanding fra andre billeder. Dette kan gøres ved hver gang at ændre f.eks. referencebølgens indfaldsvinkel på den fotografiske plade. Holografi giver dig mulighed for at få tredimensionelle farvebilleder af objekter. For at fremstille et farvehologram bruges monokromatisk lys fra lasere med tre primærfarver (rød, grøn, blå). Registrering af interferensmønstre svarende til lys med tre bølgelængder kan foretages enten samtidigt eller sekventielt på den samme plade. For at gengive et tredimensionelt farvebillede af et objekt, skal tre referencestråler, der bruges under optagelsen, rettes mod hologrammet samtidigt i passende vinkler.
HOLOGRAMMERS EGENSKABER Volumetriske hologrammer opnået ved brug af tyktlagsfotoemulsioner har særlige egenskaber. På et sådant hologram optages ikke et fladt, men et rumligt interferensmønster, som opstår, når objektet og referencebølgerne overlejres. Dette hologram ligner et rumligt diffraktionsgitter. Her skal betingelsen være opfyldt: tykkelsen af det lysfølsomme lag (δ) er meget større end afstanden mellem overfladerne af interferensmaksima. I dette tilfælde betragtes hologrammet som tredimensionelt. Et sådant hologram er i stand til at adskille fra det hvide lys, der falder ind på det, monokromatisk lys af samme bølgelængde, som blev brugt til at optage hologrammet. Derfor kan rekonstruktion af et billede optaget i form af et volumetrisk hologram udføres både i det tilsvarende monokromatiske og i hvidt lys. For et volumetrisk "farve" hologram er kun hvidt lys tilstrækkeligt. [Dette er ideerne fra N. Denisyuk]
ANVENDELSE AF HOLOGRAFI Tredimensionelle egenskaber af holografiske billeder anvendes: i forelæsningsdemonstrationsanordninger; når du opretter tredimensionelle kopier af kunstværker, holografiske portrætter; når man studerer bevægelige partikler, væskedråber, spor af atompartikler i boblekamre (eller i gnistkamre) Billedets tredimensionalitet gør skabelsen af holografisk biograf og tv lovende. Der er dog stadig tekniske vanskeligheder med at skabe store, dynamiske hologrammer (til biografer) og vanskeligheder med at transmittere tredimensionelle bevægelige scener på tv (det er nødvendigt at øge kanalbåndbredden med flere størrelsesordener).
Som falder sammen med en meget høj grad af nøjagtighed, opstår der en stående elektromagnetisk bølge. Når et hologram optages, tilføjes to bølger i et bestemt område af rummet: en af dem kommer direkte fra kilden (referencebølge), og den anden reflekteres fra optageobjektet (objektbølge). I området af en stående elektromagnetisk bølge (eller andet optagemateriale) er placeret, som et resultat, vises et komplekst mønster af mørkere bånd på denne plade, som svarer til fordelingen af elektromagnetisk energi (mønster) i dette område af rummet. Hvis nu denne plade er oplyst af en bølge tæt på referencen, så vil den konvertere denne bølge til en bølge tæt på objektet. Således vil vi se (med varierende grader af nøjagtighed) det samme lys, som ville blive reflekteret fra optagelsesobjektet.
Kilder til lys
Når du optager et hologram, er det ekstremt vigtigt, at længderne (frekvenserne) af objektet og referencebølgerne falder sammen med hinanden med maksimal nøjagtighed og ikke ændres i løbet af hele optagetiden (ellers vil der ikke blive optaget et klart billede på pladen) . Dette kan kun opnås, hvis to betingelser er opfyldt:
- begge bølger blev oprindeligt udsendt af den samme kilde
- denne kilde udsender en bølge med en meget stabil bølgelængde (stråling)
Den eneste lyskilde, der opfylder den anden betingelse godt, er . Før opfindelsen af lasere udviklede holografi sig praktisk talt ikke. I dag stiller holografi et af de strengeste krav til laserkohærens.
Oftest er kohærens normalt karakteriseret ved kohærenslængden - den forskel i de optiske veje af to bølger, hvor klarheden af interferensmønsteret falder til det halve sammenlignet med interferensmønsteret produceret af bølger, der har tilbagelagt den samme afstand fra kilden . For forskellige lasere kan sammenhængslængden spænde fra flere millimeter (højeffektlasere beregnet til svejsning, skæring og andre applikationer, der ikke kræver denne parameter) til snesevis af meter (specielle, såkaldte enkeltfrekvenslasere til applikationer, der kræver sammenhæng).
Holografiens historie
Det første hologram blev opnået i året (længe før opfindelsen af lasere) under eksperimenter for at øge opløsningen. Han opfandt også selve ordet "holografi", hvormed han understregede den fuldstændige registrering af et objekts optiske egenskaber. Desværre var hans hologrammer af dårlig kvalitet. Det er umuligt at opnå et hologram af høj kvalitet uden en sammenhængende lyskilde.
Leith-Upatnieks notationsskema
I dette optagelsesskema er laserstrålen opdelt af en speciel enhed, en divider (i det enkleste tilfælde kan ethvert stykke glas fungere som en divider) i to. Herefter udvides strålerne ved hjælp af linser og dirigeres til objektet og pladen ved hjælp af spejle. Begge bølger (objekt og reference) falder på pladen fra den ene side. Med dette optagelsesskema dannes et transmitterende hologram, som til sin rekonstruktion kræver en kilde, der udsender lys i et meget lille område af bølgelængder (monokrom stråling), ideelt set - .
Denisyuks optagelsesskema
I dette skema udvides laserstrålen og rettes mod. En del af strålen, der passerer gennem den, oplyser objektet. Lys reflekteret fra et objekt danner en objektbølge. Som det kan ses, falder objekt- og referencebølgerne på pladen fra forskellige sider. I dette skema optages et reflekterende hologram, som uafhængigt skærer en smal sektion (sektioner) ud fra det kontinuerlige spektrum og afspejler kun dette. Takket være dette er hologrambilledet synligt i almindeligt hvidt lys eller en lampe (se billedet i begyndelsen af artiklen). Til at begynde med udskærer hologrammet den bølgelængde, som det blev optaget med (under bearbejdning og lagring af hologrammet kan det dog ændre dets tykkelse, og bølgelængden ændres også), hvilket gør det muligt at optage tre hologrammer af et objekt på et objekt plade, og med lasere, hvilket i sidste ende opnår et farvehologram, der er næsten umuligt at skelne fra selve objektet.
Dette skema er kendetegnet ved ekstrem enkelhed, og i tilfælde af anvendelse (som har ekstremt små dimensioner og producerer en divergerende stråle uden brug af ) reduceres det til kun én laser og en base, hvorpå laseren, pladen og objektet er fikseret. Det er netop disse skemaer, der bruges ved optagelse af amatørhologrammer.
Fotomaterialer
Holografi er ekstremt krævende for opløsningen af fotografiske materialer. Afstanden mellem de to maksima af mønsteret er af samme størrelsesorden som laserbølgelængden, hvor sidstnævnte oftest er 633 (helium-neon) eller 532 (anden harmonisk laser) nanometer. Denne værdi er således i størrelsesordenen 0,0005 mm. For at opnå et klart billede af interferensmønsteret krævedes fotografiske plader med fra 3000 (Leit-Upatnieks) til 5000 (Denisyuk) linjer pr. millimeter.
Det vigtigste fotografiske materiale til optagelse af hologrammer er specielle fotografiske plader baseret på traditionelt sølvbromid. Takket være specielle tilsætningsstoffer og en speciel udviklingsmekanisme var det muligt at opnå en opløsning på mere end 5000 linjer pr. millimeter, men det kommer på bekostning af ekstremt lav følsomhed af pladen og et smalt spektralområde (nøjagtigt tilpasset laserstrålingen) ). Pladernes følsomhed er så lav, at de kan udsættes for direkte sollys i et par sekunder uden risiko for blus.
Derudover bruges fotografiske plader baseret på bikromateret gelatine, som har endnu større opløsning og tillader optagelse af meget lyse hologrammer (op til 90 % af det indfaldende lys omdannes til et billede), men de er endnu mindre følsomme, og de er kun følsom i det korte bølgelængdeområde (blå og i mindre grad de grønne dele af spektret).
I øjeblikket er der kun én industriel (bortset fra en række små) produktion af fotografiske plader til holografi i verden - det russiske Slavich Company.
Nogle optagelsesskemaer gør det muligt at skrive på plader med lavere opløsning, selv på almindelige fotografiske film med en opløsning på omkring 100 linjer pr. millimeter, men disse skemaer har mange begrænsninger og giver ikke høj billedkvalitet.
Amatør holografi
Som allerede skrevet ovenfor viser Denisyuks skema, når du bruger en laserdiode som en kilde til sammenhængende lys, at være ekstremt enkel, hvilket gjorde det muligt at optage sådanne hologrammer derhjemme uden brug af specialudstyr.
For at optage et hologram er det nok at skabe en bestemt ramme, hvorpå en laser, en fotografisk plade (normalt PFG-03M) og et optageobjekt vil blive fast monteret. Det eneste alvorlige krav, der stilles til designet, er minimal vibration. Installationen bør monteres på vibrationsdæmpende understøtninger et par minutter før og under eksponeringen, du må ikke røre ved installationen (normalt måles eksponeringen ved at åbne og lukke laserstrålen med en skærm, der ikke er mekanisk forbundet til installationen; i det enkleste tilfælde kan du bare holde det i hånden).
Amatørholografi bruger billige og let tilgængelige halvlederlasere:
- laserpointere
- laser moduler
- separate laserdioder
Laserpointere er den nemmeste at bruge og overkommelige kilde til sammenhængende lys. Du kan købe dem for få penge næsten overalt. Efter at have skruet eller savet linsen af, der fokuserer strålen, begynder markøren at lyse som en lommelygte (bortset fra at dens plet er forlænget i én retning), så den kan oplyse den fotografiske plade og scenen bag den. Du skal bare sikre knappen på en eller anden måde (for eksempel med en tøjklemme) i tændt tilstand. Ulemperne ved pointere inkluderer deres uforudsigelige kvalitet og behovet for konstant at købe nye batterier.
En mere avanceret kilde er et lasermodul, hvis fokuseringslinse igen skal skrues af eller saves af. I modsætning til en pointer, er modulet ikke drevet af batterier inde i det, men af en ekstern kilde, som kan være en stabiliseret 3V strømforsyning. Sådan en strømforsyning sælges, ligesom selve lasermodulet, normalt i radiodelebutikker for relativt få penge. Fraværet af lave batterier bidrager til stabil drift. Som regel er lasermoduler lavet bedre end pointere, men deres sammenhæng er også uforudsigelig.
Endelig er individuelle laserdioder de sværeste lyskilder at betjene. I modsætning til moduler og pointere har de ikke en indbygget strømforsyning, så du bliver nødt til at samle en eller købe en (sidstnævnte er meget dyr). Faktum er, at laserdioder som regel bruger en ikke-standard forsyningsspænding, for eksempel 1,8V, 2,7V osv. Derudover er det vigtigere for dem ikke forsyningsspændingen, men strømmen. Den enkleste strømforsyning består af en milliammeter, en variabel modstand og en standard 3-5V stabiliseret strømforsyning. Derudover er laserdioden ikke i stand til at køle sig selv, den skal installeres på en radiator. Den termiske effekt af dioder, der bruges til amatørholografi, overstiger ikke hundredvis af milliwatt, så en radiator med minimal størrelse er imidlertid tilstrækkelig, jo større radiatoren er, jo mere stabil er temperaturen, og sammenhængen afhænger direkte af temperaturstabiliteten.
Som allerede skrevet ovenfor, er sammenhængen mellem pointere og moduler fuldstændig uforudsigelig, fordi denne parameter er ikke vigtig for deres normale brug. Det er meget muligt, at du skal købe flere moduler/pointere, før du støder på en instans med høj sammenhæng. Du kan forstå, at kohærens er utilstrækkelig ud fra det registrerede hologram: hvis det har karakteristiske striber, der bevæger sig, når det roterer, genererer laseren flere bølgelængder, og dens sammenhæng er lav.
I tilfælde af laserdioder er situationen mærkbart bedre. For det første, hvis dioden udviser et dårligt emissionsspektrum (dvs. lav kohærens) i sin normale driftstilstand, så kan du ved at sænke eller øge strømmen lidt gennem den forsøge at opnå et godt spektrum. For det andet er nogle dioder fremstillet af producenten under hensyntagen til kravene om høj sammenhæng. Disse er lasere med en enkelt longitudinal mode (Single longitudinal mode) eller enkelt-frekvens lasere. Deres sammenhængslængde overstiger markant en meter, hvilket i høj grad overstiger behovene for amatørholografi. Desuden starter prisen på sådanne lasere fra flere snesevis af dollars, hvilket er ret overkommeligt for de fleste amatører. Især sådanne laserdioder produceres af Opnext sammen med Hitachi.
Røde halvlederlasere med en bølgelængde på 650 nm er mest udbredt i en lang række applikationer. Disse samme lasere er mest udbredt i amatørholografi. De udmærker sig ved deres lave pris, ret høje effekt, og øjets følsomhed (og PFG-03M fotografiske plader, der bruges til at optage Denisyuk-hologrammer) over for denne bølgelængde er ret høj. Mindre almindelige i holografi er lasere med bølgelængder på 655-665 nm. Følsomheden af den fotografiske plade (og øjet) til dette område er mærkbart (ca. 2 gange) mindre end til 650 nm, men sådanne lasere har mange gange mere effekt til en lignende pris. 635nm lasere er endnu mindre udbredte. Deres spektrum er ekstremt tæt på spektret af den røde He-Ne-laser (633 nm), for hvilken fotografiske plader skærpes, hvilket sikrer maksimal følsomhed (øjets følsomhed er også betydeligt, dobbelt så høj som ved 650 nm). Disse lasere har dog en høj pris, lav effektivitet og har sjældent høj effekt. Derudover er polariseringen af disse lasere vinkelret på polariseringen af lasere med længere bølgelængde, men dette er hverken en fordel eller en ulempe, det skal blot tages i betragtning ved installation af laseren for at sikre minimal refleksion af lys fra glasset. den fotografiske plade.
Links
- Holografi - Virtuelt Galleri- det største websted dedikeret til holografi i CIS
Holografi– en metode til registrering og efterfølgende rekonstruktion af lysbølgernes rumlige struktur baseret på fænomenerne interferens og diffraktion af kohærente lysstråler.
Fotoplasten, hvorpå disse oplysninger er registreret, kaldes hologram.
Det er ikke det optiske billede af objektet, der optages på hologrammet, men det interferensmønster, der opstår, når en lysbølge spredt af objektet (subjektbølge) overlejres og en reference (eller reference) bølge kohærent med den.
De vigtigste anvendelsesområder for holografi:
Registrering og lagring af information, inkl. og visuel (optisk holografisk hukommelse);
Optisk informationsbehandling og objektgenkendelsessystem;
Holografisk interferometri.
Byg et diagram, overvej optagelsesprocessenhologrammer.
I denne proces optages et komplekst interferensmønster og optages på et fotografisk materiale (for eksempel fotografisk film), som skabes ved superposition (interaktion) af to lysbølger - den grundlæggende (reference) monokromatiske bølge og den reflekterede sekundære bølge eller spredt af objektet. Hologrammet optages i henhold til skemaet vist i fig. 
En monokromatisk sammenhængende laserstråle udvides af en kollimator og opdeles yderligere i to stråler af en splitter. En (reference) stråle reflekteres fra spejlet og sendes direkte til den fotografiske film. En anden (objekt) stråle rettes af det tilsvarende spejl til objektet, reflekteres fra det og opfattes (optages) af fotografisk film. Det er denne (reflekterede, spredte) stråle, der bærer en række visuel information om objektets volumetriske (tredimensionelle) parametre og karakteristika (størrelse, overflade, kontur, uregelmæssigheder, gennemsigtighed). En sådan stråle skaber i det væsentlige et tredimensionelt billede af et objekt, som en person kan se og observere direkte (med naturligt syn).
Lysbølger fra reference- og spredte objektstråler skaber et interferensmønster på overfladen af den fotografiske film, bestående af mange pletter, hvis form og intensitet afhænger af amplituden og fasen af de indfaldende og interagerende lysbølger. Den fotografiske film eksponeres og fremkaldes derefter efter standardopskrifter. Den resulterende (udviklede) film er et hologram, der bevarer interferensmønsteret for det optagede objekt. Hologrammet ser ud som et tåget negativ, hvor detaljerne i objektet tydeligt ikke er synlige.
Byg et diagram, overvej gendannelsesprocessen (reproduktion).hologrammer.
Gendannelse af et tredimensionelt billede af et objekt fra dets hologram (udviklet fotografisk film) udføres i henhold til skemaet vist i fig. 
Hologrammet belyses af én referencestråle, og de oprindelige forhold, den tidligere relative orientering af referencestrålen og den fotografiske film, er bevaret. Hvis de specificerede betingelser for laserbelysning af hologrammet er opfyldt, vises to billeder på grund af lysbøjning. Det skal tages i betragtning, at der tidligere, i processen med den indledende dannelse af objektets hologram, opstod et vist diffraktionsmønster med tætsiddende interferenskanter, hvis nøjagtige udseende er bestemt af objektets tredimensionelle struktur. Når dette diffraktionsmønster genbelyses i overensstemmelse med skemaet (fig. 2), vil det diffrakterede lys have de parametre og karakteristika, der er specificeret af det originale holografiske skydeobjekt.
Et af de to billeder, der opnås ved reproduktion af et hologram, er virtuelt (fig. 2), da der kræves en linse for at observere det. Men den naturlige linse i det menneskelige øje er tilstrækkelig til dette, og observatøren kan se et virtuelt (men uforvrænget og tredimensionelt) billede af objektet ved at se det direkte gennem hologrammet.
Det andet (faktiske, virkelige) billede dannes i en anden retning af laserstrålen, der passerer gennem hologrammet. Dette billede kan projiceres på en skærm og observeres uden en mellemlinse. En del af den reproducerende stråle passerer gennem hologrammet uden diffraktion, uden at ændre retning. Denne udspredte stråle har ikke nogen mærkbar praktisk værdi.
De overvejede skemaer til optagelse (fig. 1) og afspilning (fig. 2) af et hologram, foreslået af E. Leith og J. Upatnieks, tilhører kategorien optimal (teknisk avanceret). Disse designs bruger off-akse geometri, hvor reference- og objektstrålerne rammer den fotografiske film i en vinkel i forhold til hinanden. Når du reproducerer et hologram, vises de virkelige og virtuelle billeder derfor på modsatte sider af referencestrålen, hvilket i høj grad letter separat observation af billederne.
Et hologram er et produkt af holografi, et tredimensionelt billede skabt ved hjælp af en laser, der gengiver et billede af et tredimensionelt objekt. Holografi har løftet om fremtiden for visuel underholdning, da det indtil nu har været den mest lovende måde at visualisere 3D-scener på. Dennis Gabor modtog Nobelprisen i fysik i 1971 for sin opfindelse af holografi i 1947. Det er enkelt: du ser bogstaveligt talt et rigtigt objekt, som faktisk er et tredimensionelt billede. Den kan gås rundt, ses fra alle vinkler og få en kraftig dybde, som ingen anden 3D-displayteknologi kan prale af.
I to nye undersøgelser brugte forskere ved University of California, Los Angeles (UCLA) neurale netværk til at rekonstruere hologrammer. Begge værker demonstrerer ikke kun udviklingsniveauet for holografiske teknologier, men lover også at åbne døren til disse teknologier inden for medicin, hvor de kan lave en reel revolution.
Nogle fysikere tror faktisk, at universet, vi lever i, kunne være et kæmpe hologram. Denne videnskabelige bekendelse bliver stadig mere populær. Og det interessante er, at denne idé ikke ligefrem minder om en simulation som The Matrix, men snarere fører til, at selvom vi tror, vi lever i et tredimensionelt univers, så har det måske kun to dimensioner. Dette kaldes det holografiske princip.