Holografska slika se danas sve više koristi. Neki čak vjeruju da bi on s vremenom mogao zamijeniti nama poznata sredstva komunikacije. Sviđalo se to vama ili ne, ali sada se aktivno koristi u raznim industrijama. Na primjer, svi smo upoznati sa holografskim naljepnicama. Mnogi proizvođači ih koriste kao sredstvo zaštite od krivotvorenja. Fotografija ispod prikazuje neke od holografskih naljepnica. Njihova upotreba je veoma efikasan način zaštite robe ili dokumenata od falsifikata.
Istorija proučavanja holografije
Trodimenzionalna slika nastala prelamanjem zraka počela je da se proučava relativno nedavno. Međutim, već se može govoriti o postojanju historije njegovog proučavanja. Dennis Gabor, engleski naučnik, prvi je definisao holografiju 1948. Ovo otkriće je bilo veoma važno, ali njegov veliki značaj u to vreme još nije bio očigledan. Istraživači koji su radili 1950-ih patili su od nedostatka koherentnog izvora svjetlosti, vrlo važnog svojstva za razvoj holografije. Prvi lasernapravljena je 1960. Pomoću ovog uređaja moguće je dobiti svjetlost koja ima dovoljnu koherenciju. Juris Upatnieks i Immet Leith, američki naučnici, iskoristili su je za kreiranje prvih holograma. Uz njihovu pomoć dobijene su trodimenzionalne slike objekata.
U narednim godinama istraživanje se nastavilo. U međuvremenu su objavljene stotine naučnih radova koji istražuju koncept holografije, a objavljeno je i mnogo knjiga o ovoj metodi. Međutim, ovi radovi su upućeni stručnjacima, a ne širokom čitaocu. U ovom članku ćemo pokušati ispričati sve na pristupačnom jeziku.
Šta je holografija
Može se predložiti sljedeća definicija: holografija je trodimenzionalna fotografija dobivena laserom. Međutim, ova definicija nije sasvim zadovoljavajuća, jer postoje mnoge druge vrste trodimenzionalne fotografije. Ipak, ono odražava najvažnije: holografija je tehnička metoda koja vam omogućava da "snimite" izgled objekta; uz njegovu pomoć dobiva se trodimenzionalna slika koja izgleda kao pravi predmet; upotreba lasera odigrala je odlučujuću ulogu u njegovom razvoju.
Holografija i njene primjene
Proučavanje holografije nam omogućava da razjasnimo mnoga pitanja vezana za konvencionalnu fotografiju. Kao vizuelna umjetnost, trodimenzionalna slika može čak dovesti u pitanje ovo drugo, jer vam omogućava da preciznije i ispravnije odražavate svijet oko sebe.
Naučnici ponekad izdvajaju ere u istoriji čovečanstva na načinveze koje su bile poznate u određenim vekovima. Možemo govoriti, na primjer, o hijeroglifima koji su postojali u starom Egiptu, o izumu štamparije 1450. godine. U vezi sa tehnološkim napretkom koji se zapaža u naše vrijeme, nova sredstva komunikacije, poput televizije i telefona, zauzela su dominantnu poziciju. Iako je holografski princip još u povojima kada je u pitanju njegova upotreba u medijima, postoje razlozi za vjerovanje da će uređaji zasnovani na njemu u budućnosti moći zamijeniti nama poznata sredstva komunikacije, ili barem proširiti svoje opseg.
Sci-fi književnost i mainstream štampa često prikazuju holografiju u pogrešnom, iskrivljenom svjetlu. Često stvaraju zabludu o ovoj metodi. Prvi put viđena volumetrijska slika fascinira. Međutim, ništa manje impresivno nije fizičko objašnjenje principa njegovog uređaja.
Interferentni uzorak
Mogućnost viđenja objekata zasniva se na činjenici da svjetlosni talasi, prelomljeni od njih ili reflektirani od njih, ulaze u naše oko. Svjetlosni valovi reflektirani od nekog objekta karakteriziraju se oblikom valnog fronta koji odgovara obliku ovog objekta. Uzorak tamnih i svijetlih traka (ili linija) stvaraju dvije grupe koherentnih svjetlosnih valova koji interferiraju. Tako nastaje volumetrijska holografija. U ovom slučaju, ove trake u svakom konkretnom slučaju čine kombinaciju koja ovisi samo o obliku valnih frontova valova koji međusobno djeluju. Takveslika se zove interferencija. Može se fiksirati, na primjer, na fotografsku ploču, ako se postavi na mjesto gdje se uočavaju smetnje talasa.
Različiti hologrami
Metoda koja vam omogućava da snimite (registrujete) front talasa koji se reflektuje od objekta, a zatim ga vratite tako da se posmatraču čini da vidi pravi objekat, a to je holografija. Ovo je efekat zbog činjenice da je rezultujuća slika trodimenzionalna na isti način kao i pravi objekat.
Postoji mnogo različitih tipova holograma oko kojih se lako možete zbuniti. Za nedvosmisleno određivanje određene vrste potrebno je koristiti četiri ili čak pet prideva. Od cijelog njihovog skupa, razmotrit ćemo samo glavne klase koje koristi moderna holografija. Međutim, prvo morate malo govoriti o takvom fenomenu valova kao što je difrakcija. Ona je ta koja nam omogućava da konstruišemo (tačnije, rekonstruišemo) front talasa.
Difrakcija
Ako je bilo koji predmet na putu svjetlosti, on baca sjenu. Svjetlost se savija oko ovog objekta, djelomično ulazeći u područje sjene. Ovaj efekat se naziva difrakcija. Objašnjava se talasnom prirodom svetlosti, ali je prilično teško to striktno objasniti.
Samo pod veoma malim uglom svetlost prodire u oblast senke, tako da je jedva primećujemo. Međutim, ako se na njegovom putu nađe mnogo malih prepreka, između kojih je udaljenost samo nekoliko valnih dužina svjetlosti, ovaj efekat postaje prilično primjetan.
Ako pad valnog fronta padne na jednu veliku prepreku, njen odgovarajući dio "ispada", što praktično ne utiče na preostalo područje ovog valnog fronta. Ako postoji mnogo malih prepreka na svom putu, ona se mijenja kao rezultat difrakcije tako da će svjetlost koja se širi iza prepreke imati kvalitativno drugačiji front talasa.
Transformacija je toliko jaka da se svjetlost čak počinje širiti u drugom smjeru. Ispostavilo se da nam difrakcija omogućava transformaciju originalnog valnog fronta u potpuno drugačiji. Dakle, difrakcija je mehanizam kojim dobijamo novi front talasa. Uređaj koji ga formira na gornji način naziva se difrakciona rešetka. Hajde da razgovaramo o tome detaljnije.
Difrakciona rešetka
Ovo je mala ploča sa tankim ravnim paralelnim potezima (linijama) nanesenim na njega. Razdvojeni su jedan od drugog za stoti ili čak hiljaditi dio milimetra. Šta se događa ako laserski snop na svom putu naiđe na rešetku koja se sastoji od nekoliko mutnih tamnih i svijetlih pruga? Dio će proći pravo kroz rešetku, a dio će se saviti. Tako se formiraju dvije nove grede koje izlaze iz rešetke pod određenim uglom u odnosu na izvornu gredu i nalaze se s obje njene strane. Ako jedan laserski snop ima, na primjer, ravan talasni front, dva nova snopa formirana na njegovim stranama takođe će imati ravne frontove talasa. Dakle, prolazećilaserski snop difrakcijske rešetke, formiramo dvije nove valne fronte (ravne). Očigledno, difrakciona rešetka se može smatrati najjednostavnijim primjerom holograma.
Registracija holograma
Uvod u osnovne principe holografije trebalo bi da počne proučavanjem dva fronta ravnih talasa. U interakciji, oni formiraju interferencijski obrazac, koji se snima na fotografskoj ploči postavljenoj na istom mjestu kao i ekran. Ova faza procesa (prva) u holografiji naziva se snimanje (ili registracija) holograma.
Restauracija slike
Pretpostavićemo da je jedan od ravnih talasa A, a drugi B. Talas A se naziva referentni talas, a B se naziva objektni talas, odnosno reflektovan od objekta čija je slika fiksna. Ne smije se ni na koji način razlikovati od referentnog vala. Međutim, kada se kreira hologram trodimenzionalnog stvarnog objekta, formira se mnogo složeniji talasni front svetlosti reflektovanog od objekta.
Uzorak interferencije predstavljen na fotografskom filmu (tj. slika difrakcione rešetke) je hologram. Može se postaviti na putanju referentnog primarnog snopa (snopa laserske svjetlosti sa ravnim valnim frontom). U tom slučaju se formiraju 2 nova valna fronta sa obje strane. Prvi od njih je tačna kopija fronta talasa objekta, koji se širi u istom pravcu kao i talas B. Gornja faza se naziva rekonstrukcija slike.
Holografski proces
Uzorak interferencije kreiran od strane dvojeravni koherentni talasi, nakon snimanja na fotografskoj ploči, to je uređaj koji omogućava da se, u slučaju osvetljavanja jednog od ovih talasa, obnovi drugi ravni talas. Holografski proces, dakle, ima sljedeće faze: registraciju i naknadno "skladištenje" prednje strane valnog objekta u obliku holograma (interferentnog uzorka), te njegovo obnavljanje nakon bilo kojeg vremena kada referentni val prođe kroz hologram.
Front objektivnog talasa zapravo može biti bilo šta. Na primjer, može se reflektirati od nekog stvarnog objekta, ako je istovremeno koherentan referentnom valu. Formiran od bilo koja dva valna fronta s koherentnošću, interferencijski uzorak je uređaj koji omogućava, zbog difrakcije, transformaciju jedne od ovih frontova u drugu. Ovdje se krije ključ za takav fenomen kao što je holografija. Dennis Gabor je prvi otkrio ovu nekretninu.
Promatranje slike formirane hologramom
U naše vrijeme, poseban uređaj, holografski projektor, počinje da se koristi za čitanje holograma. Omogućava vam da pretvorite sliku iz 2D u 3D. Međutim, za pregled jednostavnih holograma holografski projektor uopće nije potreban. Hajde da ukratko pričamo o tome kako da pogledate takve slike.
Da biste posmatrali sliku koju formira najjednostavniji hologram, potrebno je da je postavite na udaljenosti od oko 1 metar od oka. Trebate pogledati kroz difrakcionu rešetku u smjeru u kojem ravni valovi (rekonstruirani) izlaze iz nje. Budući da u oko posmatrača ulaze ravni talasi, holografska slika je takođe ravna. Čini nam se kao "slijepi zid", koji je ravnomjerno obasjan svjetlošću iste boje kao i odgovarajuće lasersko zračenje. Budući da je ovaj "zid" lišen specifičnih karakteristika, nemoguće je odrediti koliko je udaljen. Čini se kao da gledate u prošireni zid koji se nalazi u beskonačnosti, ali istovremeno vidite samo njegov dio, koji možete vidjeti kroz mali "prozorčić", odnosno hologram. Dakle, hologram je jednolično svijetleća površina na kojoj ne primjećujemo ništa vrijedno pažnje.
Difrakciona rešetka (hologram) nam omogućava da uočimo nekoliko jednostavnih efekata. Mogu se demonstrirati i korištenjem drugih vrsta holograma. Prolazeći kroz difrakcijsku rešetku, svjetlosni snop se dijeli, formiraju se dva nova snopa. Laserske zrake se mogu koristiti za osvjetljavanje bilo koje difrakcijske rešetke. U tom slučaju, zračenje bi trebalo da se razlikuje po boji od one korišćene tokom snimanja. Ugao savijanja snopa boja ovisi o tome koju boju ima. Ako je crvena (najduža talasna dužina), onda je takav snop savijen pod većim uglom od plavog snopa, koji ima najkraću talasnu dužinu.
Kroz difrakcionu rešetku možete preskočiti mješavinu svih boja, odnosno bijele. U ovom slučaju, svaka komponenta boje ovog holograma je savijena pod svojim uglom. Izlaz je spektarslična onoj koju stvara prizma.
Postavljanje poteza difrakcijske rešetke
Potezi difrakcione rešetke treba da budu veoma blizu jedan drugom, tako da je savijanje zraka primetno. Na primjer, za savijanje crvene zrake za 20°, potrebno je da razmak između poteza ne prelazi 0,002 mm. Ako su postavljeni bliže, svjetlosni snop se počinje još više savijati. Za "snimanje" ove rešetke potrebna je fotografska ploča koja je u stanju da registruje tako fine detalje. Osim toga, potrebno je da ploča ostane potpuno mirna tokom ekspozicije, kao i tokom registracije.
Slika može biti značajno zamućena čak i uz najmanji pokret, i to toliko da će se potpuno ne razlikovati. U ovom slučaju nećemo vidjeti interferencijski uzorak, već jednostavno staklenu ploču, jednoliko crnu ili sivu po cijeloj površini. Naravno, u ovom slučaju, efekti difrakcije generirani difrakcionom rešetkom neće se reproducirati.
transmisioni i reflektirajući hologrami
Difrakciona rešetka koju smo razmatrali naziva se transmisivnom, jer djeluje na svjetlost koja prolazi kroz nju. Ako linije rešetke nanesemo ne na prozirnu ploču, već na površinu ogledala, dobit ćemo reflektirajuću difrakcijsku rešetku. Reflektira različite boje svjetlosti iz različitih uglova. Shodno tome, postoje dvije velike klase holograma - reflektirajući i transmisivni. Prvi se posmatraju u reflektovanoj svetlosti, dok se drugi posmatraju u propuštenoj svetlosti.
