Holografický obraz sa dnes používa čoraz častejšie. Niektorí dokonca veria, že časom môže nahradiť nám známe komunikačné prostriedky. Páči sa mi to alebo nie, ale teraz sa aktívne používa v rôznych odvetviach. Všetci poznáme napríklad holografické nálepky. Mnoho výrobcov ich používa ako prostriedok ochrany pred falšovaním. Nižšie uvedená fotografia zobrazuje niektoré z holografických nálepiek. Ich použitie je veľmi efektívny spôsob ochrany tovaru alebo dokumentov pred falšovaním.
História štúdia holografie
Trojrozmerný obraz vznikajúci lomom lúčov sa začal skúmať pomerne nedávno. Už teraz však môžeme hovoriť o existencii histórie jeho štúdia. Dennis Gabor, anglický vedec, prvýkrát definoval holografiu v roku 1948. Tento objav bol veľmi dôležitý, no jeho veľký význam v tom čase ešte nebol zrejmý. Výskumníci pracujúci v 50. rokoch 20. storočia trpeli nedostatkom koherentného zdroja svetla, čo je veľmi dôležitá vlastnosť pre rozvoj holografie. Prvý laserbola vyrobená v roku 1960. Pomocou tohto zariadenia je možné získať svetlo s dostatočnou koherenciou. Juris Upatnieks a Immet Leith, americkí vedci, ho použili na vytvorenie prvých hologramov. S ich pomocou boli získané trojrozmerné obrázky objektov.
V nasledujúcich rokoch výskum pokračoval. Odvtedy boli publikované stovky vedeckých prác skúmajúcich koncept holografie a o tejto metóde bolo vydaných mnoho kníh. Tieto práce sú však určené odborníkom, nie bežnému čitateľovi. V tomto článku sa pokúsime povedať o všetkom v dostupnom jazyku.
Čo je holografia
Možno navrhnúť nasledujúcu definíciu: holografia je trojrozmerná fotografia získaná laserom. Táto definícia však nie je úplne vyhovujúca, keďže existuje mnoho iných druhov trojrozmernej fotografie. Napriek tomu odráža to najvýznamnejšie: holografia je technická metóda, ktorá umožňuje „zaznamenať“vzhľad objektu; s jeho pomocou sa získa trojrozmerný obraz, ktorý vyzerá ako skutočný objekt; pri jeho vývoji zohralo rozhodujúcu úlohu použitie laserov.
Holografia a jej aplikácie
Štúdium holografie nám umožňuje objasniť mnohé problémy súvisiace s konvenčnou fotografiou. Ako vizuálne umenie môže trojrozmerné zobrazovanie dokonca spochybniť to druhé, pretože vám umožňuje presnejšie a správnejšie odrážať svet okolo vás.
Vedci niekedy vyčleňujú epochy v histórii ľudstva pomocou prostriedkovsúvislosti, ktoré boli známe v určitých storočiach. Môžeme hovoriť napríklad o hieroglyfoch, ktoré existovali v starovekom Egypte, o vynáleze kníhtlače v roku 1450. V súvislosti s technologickým pokrokom pozorovaným v našej dobe zaujali dominantné postavenie nové komunikačné prostriedky, akými sú televízia a telefón. Aj keď je holografický princíp, pokiaľ ide o jeho využitie v médiách, ešte len v plienkach, existujú dôvody domnievať sa, že zariadenia na ňom založené budú v budúcnosti schopné nahradiť nám známe komunikačné prostriedky, alebo aspoň rozšíriť ich rozsah.
Sci-fi literatúra a mainstreamová tlač často zobrazujú holografiu v nesprávnom, skreslenom svetle. Často vytvárajú mylnú predstavu o tejto metóde. Objemový obraz, videný prvýkrát, fascinuje. Nemenej pôsobivé je však fyzické vysvetlenie princípu jeho zariadenia.
Vzor rušenia
Schopnosť vidieť predmety je založená na skutočnosti, že svetelné vlny, ktoré sa nimi lámu alebo sa od nich odrážajú, vstupujú do nášho oka. Svetelné vlny odrazené od nejakého objektu sa vyznačujú tvarom čela vlny zodpovedajúcim tvaru tohto objektu. Vzor tmavých a svetlých pásov (alebo čiar) je vytvorený dvoma skupinami koherentných svetelných vĺn, ktoré interferujú. Takto vzniká objemová holografia. V tomto prípade tieto pásy v každom konkrétnom prípade predstavujú kombináciu, ktorá závisí len od tvaru čela vĺn, ktoré spolu interagujú. Takétoobraz sa nazýva rušenie. Dá sa upevniť napríklad na fotografickú dosku, ak sa umiestni na miesto, kde sa pozoruje rušenie vĺn.
Rôzne hologramy
Metóda, ktorá vám umožňuje zaznamenať (zaregistrovať) čelo vlny odrazené od objektu a potom ho obnoviť tak, aby sa pozorovateľovi zdalo, že vidí skutočný objekt, a je to holografia. Ide o efekt spôsobený skutočnosťou, že výsledný obrázok je trojrozmerný rovnako ako skutočný objekt.
Existuje mnoho rôznych typov hologramov, ktoré sa dajú ľahko zmiasť. Na jednoznačnú definíciu konkrétneho druhu by sa mali použiť štyri alebo dokonca päť prídavných mien. Zo všetkých ich súborov budeme brať do úvahy iba hlavné triedy, ktoré používa moderná holografia. Najprv však musíte povedať niečo o takom vlnovom fenoméne, akým je difrakcia. Je to ona, ktorá nám umožňuje skonštruovať (alebo skôr rekonštruovať) vlnový front.
Difrakcia
Ak je v ceste svetla nejaký predmet, vrhá tieň. Svetlo sa ohýba okolo tohto objektu a čiastočne vstupuje do oblasti tieňa. Tento efekt sa nazýva difrakcia. Vysvetľuje sa to vlnovou povahou svetla, ale je dosť ťažké to vysvetliť striktne.
Len vo veľmi malom uhle preniká svetlo do oblasti tieňa, takže si ho takmer nevšimneme. Ak je však v ceste veľa malých prekážok, medzi ktorými je vzdialenosť len niekoľko vlnových dĺžok svetla, tento efekt sa stáva celkom viditeľným.
Ak pád čela vlny dopadne na veľkú jedinú prekážku, jej zodpovedajúca časť „vypadne“, čo prakticky neovplyvní zostávajúcu plochu tohto čela vlny. Ak je v jej ceste veľa malých prekážok, mení sa v dôsledku difrakcie tak, že svetlo šíriace sa za prekážkou bude mať kvalitatívne odlišné čelo vlny.
Premena je taká silná, že svetlo sa dokonca začína šíriť opačným smerom. Ukazuje sa, že difrakcia nám umožňuje transformovať pôvodnú vlnoplochu na úplne inú. Difrakcia je teda mechanizmus, ktorým získame nové čelo vlny. Zariadenie, ktoré ho tvorí vyššie uvedeným spôsobom, sa nazýva difrakčná mriežka. Povedzme si o tom podrobnejšie.
Dfrakčná mriežka
Toto je malá doštička s tenkými rovnými rovnobežnými ťahmi (čiarami). Oddeľuje ich od seba stotina alebo dokonca tisícina milimetra. Čo sa stane, ak sa laserový lúč na svojej ceste stretne s mriežkou, ktorá pozostáva z niekoľkých rozmazaných tmavých a svetlých pruhov? Časť prejde cez rošt priamo a časť sa ohne. Vzniknú tak dva nové trámy, ktoré vychádzajú z roštu pod určitým uhlom k pôvodnému trámu a sú umiestnené na jeho oboch stranách. Ak má jeden laserový lúč napríklad ploché čelo vlny, dva nové lúče vytvorené na jeho stranách budú mať tiež čelo s plochými vlnami. Teda prechod cezdifrakčným mriežkovým laserovým lúčom vytvoríme dve nové vlnoplochy (ploché). Zdá sa, že za najjednoduchší príklad hologramu možno považovať difrakčnú mriežku.
Hologramová registrácia
Úvod do základných princípov holografie by mal začať štúdiom dvoch rovinných vĺn. Pri interakcii vytvárajú interferenčný obrazec, ktorý sa zaznamenáva na fotografickú platňu umiestnenú na rovnakom mieste ako obrazovka. Táto fáza procesu (prvá) v holografii sa nazýva záznam (alebo registrácia) hologramu.
Obnovenie obrázka
Budeme predpokladať, že jedna z rovinných vĺn je A a druhá je B. Vlna A sa nazýva referenčná vlna a vlna B sa nazýva objektová vlna, to znamená, že sa odráža od objektu, ktorého obraz je pevný. Nesmie sa nijako líšiť od referenčnej vlny. Pri vytváraní hologramu trojrozmerného skutočného objektu sa však vytvorí oveľa zložitejšia vlnoplocha svetla odrazeného od objektu.
Interferenčný obrazec prezentovaný na fotografickom filme (t. j. obraz difrakčnej mriežky) je hologram. Môže byť umiestnený v dráhe referenčného primárneho lúča (lúč laserového svetla s plochým čelom vlny). V tomto prípade sa na oboch stranách vytvoria 2 nové vlnové fronty. Prvým z nich je presná kópia čela vlny objektu, ktorá sa šíri v rovnakom smere ako vlna B. Vyššie uvedená fáza sa nazýva rekonštrukcia obrazu.
Holografický proces
Interferenčný vzor vytvorený dvomarovinné koherentné vlnenie, po jeho zaznamenaní na fotografickú platňu, ide o zariadenie, ktoré umožňuje v prípade osvetlenia jednej z týchto vĺn obnoviť ďalšiu rovinnú vlnu. Holografický proces má preto nasledujúce fázy: registráciu a následné „uloženie“čela vlnového objektu vo forme hologramu (interferenčného vzoru) a jeho obnovenie po akomkoľvek čase, keď referenčná vlna prejde hologramom.
Cieľová vlna môže byť v skutočnosti čokoľvek. Môže sa napríklad odrážať od nejakého skutočného objektu, ak je zároveň koherentný s referenčnou vlnou. Interferenčný obrazec, tvorený ľubovoľnými dvoma vlnovými frontami s koherenciou, je zariadením, ktoré v dôsledku difrakcie umožňuje transformovať jedno z týchto frontov na iné. Práve tu sa skrýva kľúč k takému fenoménu, akým je holografia. Dennis Gabor bol prvý, kto objavil túto nehnuteľnosť.
Pozorovanie obrazu vytvoreného hologramom
V našej dobe sa na čítanie hologramov začína používať špeciálne zariadenie, holografický projektor. Umožňuje previesť obraz z 2D do 3D. Na zobrazenie jednoduchých hologramov však nie je vôbec potrebný holografický projektor. Poďme si stručne povedať, ako si prezerať takéto obrázky.
Ak chcete pozorovať obraz vytvorený najjednoduchším hologramom, musíte ho umiestniť do vzdialenosti asi 1 meter od oka. Treba sa pozerať cez difrakčnú mriežku v smere, ktorým z nej vychádzajú rovinné vlny (rekonštruované). Keďže sú to rovinné vlny, ktoré vstupujú do oka pozorovateľa, holografický obraz je tiež plochý. Zdá sa nám to ako „slepá stena“, ktorá je rovnomerne osvetlená svetlom, ktoré má rovnakú farbu ako zodpovedajúce laserové žiarenie. Keďže táto „stena“nemá špecifické črty, nie je možné určiť, ako ďaleko je. Zdá sa, že sa pozeráte na predĺženú stenu umiestnenú v nekonečne, no zároveň vidíte len jej časť, ktorú vidíte cez malé „okienko“, teda hologram. Preto je hologram rovnomerne svietiaca plocha, na ktorej si nevšimneme nič hodné pozornosti.
Dfrakčná mriežka (hologram) nám umožňuje pozorovať niekoľko jednoduchých efektov. Môžu byť demonštrované aj pomocou iných typov hologramov. Prechodom cez difrakčnú mriežku sa svetelný lúč rozdelí, vytvoria sa dva nové lúče. Laserové lúče možno použiť na osvetlenie akejkoľvek difrakčnej mriežky. V tomto prípade by sa žiarenie malo farebne líšiť od farby použitého pri jeho zaznamenávaní. Uhol ohybu farebného lúča závisí od toho, akú má farbu. Ak je červený (najdlhšia vlnová dĺžka), potom je takýto lúč ohnutý pod väčším uhlom ako modrý lúč, ktorý má najkratšiu vlnovú dĺžku.
Prostredníctvom difrakčnej mriežky môžete preskočiť zmes všetkých farieb, teda bielu. V tomto prípade je každá farebná zložka tohto hologramu ohnutá pod vlastným uhlom. Výstupom je spektrumpodobný tomu, ktorý vytvoril hranol.
Umiestnenie ťahu difrakčnej mriežky
Ťahy difrakčnej mriežky by mali byť veľmi blízko pri sebe, aby bol ohyb lúčov viditeľný. Napríklad na ohnutie červeného lúča o 20° je potrebné, aby vzdialenosť medzi ťahmi nepresiahla 0,002 mm. Ak sú umiestnené bližšie, svetelný lúč sa začne ešte viac ohýbať. Na „zaznamenanie“tejto mriežky je potrebná fotografická platňa, ktorá je schopná takéto jemné detaily zaregistrovať. Okrem toho je potrebné, aby platňa zostala počas expozície, ako aj počas registrácie úplne nehybná.
Obrázok môže byť aj pri najmenšom pohybe výrazne rozmazaný, a to natoľko, že bude úplne nerozoznateľný. V tomto prípade neuvidíme interferenčný obrazec, ale jednoducho sklenenú platňu, rovnomerne čiernu alebo sivú po celom svojom povrchu. Samozrejme, v tomto prípade sa difrakčné efekty generované difrakčnou mriežkou nebudú reprodukovať.
Prenosové a reflexné hologramy
Dfrakčná mriežka, ktorú sme uvažovali, sa nazýva transmisívna, pretože pôsobí na svetlo, ktoré ňou prechádza. Ak mriežkové čiary nanesieme nie na priehľadnú dosku, ale na povrch zrkadla, dostaneme reflexnú difrakčnú mriežku. Odráža rôzne farby svetla z rôznych uhlov. V súlade s tým existujú dve veľké triedy hologramov - reflexné a priepustné. Prvé sú pozorované v odrazenom svetle, zatiaľ čo druhé sú pozorované v prechádzajúcom svetle.
