Η ολογραφία είναι ... Η έννοια, η αρχή της δράσης, η εφαρμογή

Η ολογραφική εικόνα σήμερα βρίσκει όλα αυτάμεγαλύτερη χρήση. Ορισμένοι πιστεύουν ότι μπορεί τελικά να αντικαταστήσει τα γνωστά μέσα επικοινωνίας. Έτσι ή όχι, αλλά ήδη τώρα χρησιμοποιείται ενεργά στους πιο διαφορετικούς κλάδους. Για παράδειγμα, όλοι γνωρίζουμε ολογραφικά αυτοκόλλητα. Πολλοί κατασκευαστές τις χρησιμοποιούν ως μέσο προστασίας από τη πλαστογραφία. Η παρακάτω φωτογραφία δείχνει κάποια ολογραφικά αυτοκόλλητα. Η χρήση τους είναι ένας πολύ αποτελεσματικός τρόπος προστασίας των αγαθών ή των εγγράφων από πλαστογραφία.

Ιστορία της μελέτης ολογραφίας

Η τρισδιάστατη εικόνα που προέκυψε ως αποτέλεσμα τουη διάθλαση των ακτίνων άρχισε να μελετάται σχετικά πρόσφατα. Ωστόσο, μπορούμε ήδη να μιλήσουμε για την ύπαρξη ιστορίας της μελέτης του. Ο Dennis Gabor, ένας αγγλικός επιστήμονας, το 1948, για πρώτη φορά, όρισε τι είναι η ολογραφία. Αυτή η ανακάλυψη ήταν πολύ σημαντική, αλλά η μεγάλη σημασία της εκείνη την εποχή δεν ήταν ακόμη προφανής. Οι ερευνητές που εργάστηκαν στη δεκαετία του 1950 υπέφεραν από την απουσία πηγής φωτός με συνοχή, μια πολύ σημαντική ιδιότητα για την ανάπτυξη της ολογραφίας. Το πρώτο λέιζερ κατασκευάστηκε το 1960. Με αυτή τη συσκευή είναι δυνατή η απόκτηση φωτός με επαρκή συνοχή. Οι Juris Upatnieks και Immet Leith, Αμερικανοί επιστήμονες, το χρησιμοποίησαν για να δημιουργήσουν τα πρώτα ολογράμματα. Με τη βοήθειά τους, αποκτήθηκαν τρισδιάστατες εικόνες αντικειμένων.

Τα επόμενα χρόνια συνεχίστηκε η έρευνα. Εκατοντάδες επιστημονικά άρθρα στα οποία έχει μελετηθεί η έννοια της ολογραφίας έχουν δημοσιευθεί από τότε και πολλά βιβλία που έχουν αφιερωθεί σε αυτή τη μέθοδο έχουν δημοσιευθεί. Ωστόσο, αυτά τα έργα απευθύνονται σε ειδικούς και όχι στον γενικό αναγνώστη. Σε αυτό το άρθρο, θα προσπαθήσουμε να μιλήσουμε για όλα τα διαθέσιμα στη γλώσσα.

Τι είναι η ολογραφία;

Μπορούμε να προτείνουμε τον ακόλουθο ορισμό: Η ολογραφία είναι μια ογκομετρική φωτογραφία που λαμβάνεται με λέιζερ. Ωστόσο, αυτός ο ορισμός δεν είναι απολύτως ικανοποιητικός, καθώς υπάρχουν πολλοί άλλοι τύποι τρισδιάστατης φωτογραφίας. Παρ 'όλα αυτά, αντικατοπτρίζει το πιο σημαντικό: η ολογραφία είναι μια τεχνική μέθοδος που σας επιτρέπει να "καταγράψετε" την εμφάνιση ενός αντικειμένου. με τη βοήθειά του εμφανίζεται μια τρισδιάστατη εικόνα που μοιάζει με ένα πραγματικό αντικείμενο. Η χρήση των λέιζερ έπαιξε καθοριστικό ρόλο στην ανάπτυξή της.

Η ολογραφία και η εφαρμογή της

Η μελέτη της ολογραφίας καθιστά δυνατή τη διευκρίνισηπολλές ερωτήσεις σχετικά με τη συνηθισμένη φωτογραφία. Ως εικαστική τέχνη, μια τρισδιάστατη εικόνα μπορεί να προκαλέσει ακόμη και την τελευταία, επειδή σας επιτρέπει να απεικονίσετε τον περιβάλλοντα κόσμο πιο σωστά και σωστά.

Οι επιστήμονες διακρίνουν μερικές φορές εποχές στην ιστορίατης ανθρωπότητας μέσω των μέσων επικοινωνίας, τα οποία ήταν γνωστά σε αυτούς ή σε άλλους αιώνες. Μπορείτε να πείτε, για παράδειγμα, για τα ιερογλυφικά που υπήρχαν στην Αρχαία Αίγυπτο, για την εφεύρεση ενός τυπογραφείου το 1450. Σε σχέση με την τεχνική πρόοδο που παρατηρείται στην εποχή μας, τα νέα μέσα επικοινωνίας, όπως η τηλεόραση και τα τηλέφωνα, έχουν αναλάβει δεσπόζουσα θέση. Αν και η ολογραφική αρχή είναι ακόμα στα σπάργανα, όταν πρόκειται για τη χρήση του στα μέσα μαζικής ενημέρωσης, δεν υπάρχει λόγος να πιστεύουμε ότι η συσκευή που βασίζεται σε αυτήν, θα είναι σε θέση να αντικαταστήσει τα γνωστά μέσα επικοινωνίας στο μέλλον, ή τουλάχιστον να επεκταθεί το πεδίο εφαρμογής τους.

Επιστημονική φαντασία και μαζική λογοτεχνίαΟ τύπος παρουσιάζεται συχνά με ολογραφία με λανθασμένο, παραμορφωμένο φως. Συχνά δημιουργούν μια εσφαλμένη αντίληψη για αυτή τη μέθοδο. Η ογκομετρική εικόνα που παρουσιάστηκε για πρώτη φορά, γοητεύει. Ωστόσο, η φυσική εξήγηση της αρχής της δομής της δεν είναι λιγότερο εντυπωσιακή.

Πρότυπο παρεμβολής

Η ικανότητα να βλέπεις αντικείμενα βασίζεται στο γεγονός ότιτα ελαφριά κύματα, τα οποία διαθλάνονται ή αντανακλώνται από αυτά, πέφτουν στα μάτια μας. Τα φωτεινά κύματα που ανακλάται από ένα αντικείμενο χαρακτηρίζονται από το σχήμα του εμπρόσθιου κύματος που αντιστοιχεί στο σχήμα αυτού του αντικειμένου. Μια εικόνα από σκοτεινές και ελαφρές ζώνες (ή γραμμές) δημιουργεί δύο ομάδες ελαφρών συνεκτικών κυμάτων που παρεμβαίνουν. Έτσι διαμορφώνεται η ολογραφία όγκου. Σε αυτή την περίπτωση, αυτές οι ζώνες σε κάθε συγκεκριμένη περίπτωση αποτελούν ένα συνδυασμό που εξαρτάται μόνο από το σχήμα των μετωπικών κυμάτων των κυμάτων, τα οποία αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Αυτή η εικόνα ονομάζεται παρεμβολή. Μπορεί να σταθεροποιηθεί, για παράδειγμα, σε μια φωτογραφική πλάκα, αν το τοποθετήσετε σε ένα μέρος όπου παρατηρείται παρεμβολή των κυμάτων.

Η ποικιλία των ολογραμμάτων

Μια μέθοδος που σας επιτρέπει να καταγράφετε (καταχωρείτε)αντανακλάται από το μέτωπο κύματος του αντικειμένου και στη συνέχεια το επαναφέρετε έτσι ώστε ο παρατηρητής να φαίνεται ότι βλέπει το πραγματικό αντικείμενο και είναι ολογραφία. Αυτό είναι ένα αποτέλεσμα που εξηγείται από το γεγονός ότι η προκύπτουσα εικόνα είναι τρισδιάστατη στην ίδια έκταση με το πραγματικό αντικείμενο.

Υπάρχουν πολλά διαφορετικά είδη ολογραμμάτων, στοτα οποία είναι εύκολο να μπερδευτούν. Για να προσδιορίσετε με μοναδικό τρόπο ένα συγκεκριμένο είδος, πρέπει να χρησιμοποιήσετε τέσσερα ή και πέντε επίθετα. Από τους πολλούς τους, θα εξετάσουμε μόνο τις κύριες κατηγορίες που χρησιμοποιεί η σύγχρονη ολογραφία. Ωστόσο, πρώτα πρέπει να πούμε λίγο για ένα τέτοιο φαινόμενο κύματος, όπως η περίθλαση. Μας επιτρέπει να κατασκευάσουμε (ή μάλλον, να ανακατασκευάσουμε) το μέτωπο των κυμάτων.

Διάθλαση

Αν ένα στοιχείο βρίσκεται σε εξέλιξηφως, σκιάζει. Το φως περνάει γύρω από αυτό το αντικείμενο, πηγαίνοντας εν μέρει στην περιοχή σκιάς. Αυτή η επίδραση ονομάζεται περίθλαση. Εξηγείται από τη φύση του φωτός, αλλά είναι αυστηρά δύσκολο να το εξηγήσουμε αυστηρά.

Μόνο σε πολύ μικρή γωνία το φως διεισδύειτην περιοχή σκιάς, οπότε σχεδόν δεν το παρατηρούμε. Ωστόσο, αν υπάρχει ένα πλήθος από μικρά εμπόδια, η απόσταση μεταξύ των οποίων αποτελούν μόνο μερικά μήκη κύματος φωτός στο δρόμο του, η επίδραση αυτή γίνεται πολύ αισθητή.

Αν το μέτωπο κύματος πέσειένα μεγάλο ενιαίο εμπόδιο, «πέφτει» το αντίστοιχο τμήμα του, το οποίο πρακτικά δεν επηρεάζει την υπόλοιπη περιοχή του δεδομένου κύματος. Εάν υπάρχουν πολλά μικρά εμπόδια, αλλάζει ως αποτέλεσμα της διάθλασης, έτσι ώστε το φως που διαδίδεται πέρα ​​από το εμπόδιο να έχει ένα ποιοτικά διαφορετικό κύμα.

Ο μετασχηματισμός είναι τόσο έντονος που αρχίζει το φωςακόμη και να εξαπλωθεί προς άλλη κατεύθυνση. Αποδεικνύεται ότι η περίθλαση μας επιτρέπει να μετατρέψουμε το αρχικό μέτωπο κύματος σε ένα τελείως διαφορετικό από αυτό. Έτσι, η περίθλαση είναι ο μηχανισμός με τον οποίο αποκτάμε ένα νέο κύμα. Η συσκευή που την διαμορφώνει με τον παραπάνω περιγραφόμενο τρόπο ονομάζεται πλέγμα διάθλασης. Ας μιλήσουμε για αυτό με περισσότερες λεπτομέρειες.

Φούρνο διαθλάσεως

Πρόκειται για ένα μικρό πιάτο με την επιγραφή πάνω σε αυτόλεπτά ευθεία παράλληλα κτυπήματα (γραμμές). Διαχωρίζονται κατά ένα εκατοστό ή ακόμη και ένα χιλιοστό του χιλιοστού. Τι συμβαίνει εάν η ακτίνα λέιζερ συναντήσει μια σχάρα που αποτελείται από πολλές θολές σκοτεινές και φωτεινές ζώνες; Το μέρος του θα πάει κατευθείαν μέσα από τη σχάρα, και θα κάμψει. Έτσι σχηματίζονται δύο νέες δοκοί, οι οποίοι αφήνουν το τρίψιμο σε μια ορισμένη γωνία με την αρχική ακτίνα και βρίσκονται σε κάθε πλευρά του. Σε περίπτωση που μια ακτίνα λέιζερ έχει, για παράδειγμα, ένα επίπεδο μπροστινό κύμα, δύο νέες δοκοί που σχηματίζονται πλευρικά από αυτήν θα έχουν επίσης επίπεδες ακτίνες κύματος. Έτσι, περνώντας μια ακτίνα λέιζερ διαμέσου του πλέγματος διάθλασης, σχηματίζουμε δύο νέα κύματα (επίπεδη). Προφανώς, το πλέγμα περίθλασης μπορεί να θεωρηθεί ως το πιο απλό παράδειγμα ενός ολογράμματος.

Καταχώριση του ολογράμματος

Εισαγωγή στις βασικές αρχές της ολογραφίαςθα πρέπει να ξεκινήσει με τη μελέτη δύο μέτωπα αεροπλάνων. Σε αλληλεπίδραση, σχηματίζουν ένα πρότυπο παρεμβολής, το οποίο καταγράφεται σε μια φωτογραφική πλάκα τοποθετημένη στην ίδια θέση με την οθόνη. Αυτό το στάδιο της διαδικασίας (πρώτη) στην ολογραφία ονομάζεται καταγραφή (ή καταγραφή) του ολογράμματος.

Ανάκτηση εικόνας

Υποθέτουμε ότι ένα από τα κυματιστά κύματα είναι Α, καιτο δεύτερο είναι το Β. Το κύμα Α ονομάζεται κύμα αναφοράς και το Β είναι το κύμα του αντικειμένου, δηλαδή, αντανακλάται από το αντικείμενο του οποίου η εικόνα είναι σταθερή. Δεν μπορεί να διαφέρει από το κύμα αναφοράς. Ωστόσο, όταν δημιουργείται ένα ολόγραμμα ενός τρισδιάστατου πραγματικού αντικειμένου, σχηματίζεται ένα πολύ πιο σύνθετο μέτωπο κύματος του φωτός που αντανακλάται από το αντικείμενο.

Το πρότυπο παρεμβολής που παρουσιάζεται στομια φωτογραφική ταινία (δηλαδή, μια εικόνα ενός σχάρου διάθλασης) - αυτό είναι το ολόγραμμα. Μπορεί να τοποθετηθεί στη διαδρομή της πρωτογενούς δέσμης αναφοράς (δέσμη φως λέιζερ που έχει μπροστά επίπεδο κύματος). Στην περίπτωση αυτή, σχηματίζονται δύο μέτωπα νέων κυμάτων και στις δύο πλευρές. Το πρώτο από αυτά είναι ένα ακριβές αντίγραφο του εμπρόσθιου αντικειμένου κύματος, το οποίο διαδίδεται στην ίδια κατεύθυνση με το κύμα Β. Το παραπάνω περιγραφόμενο στάδιο ονομάζεται ανακατασκευή της εικόνας.

Ολογραφική διαδικασία

Το πρότυπο παρεμβολής δημιουργήθηκε από δύοσυνεκτικά κύματα, μετά την καταγραφή του σε μια φωτογραφική πλάκα, είναι μια συσκευή που επιτρέπει σε κάποιον να ανοικοδομήσει ένα άλλο επίπεδο κύμα στην περίπτωση φωτισμού ενός από αυτά τα κύματα. Έτσι, η ολογραφική διαδικασία έχει τα εξής στάδια: την καταγραφή και την επακόλουθη "αποθήκευση" του εμπρόσθιου αντικειμένου κύματος με τη μορφή ενός ολογράμματος (πρότυπο παρεμβολής) και την αποκατάστασή του μετά από κάθε χρόνο κατά τη διέλευση του κύματος αναφοράς μέσω του ολογράμματος.

Το θέμα του κύματος μπροστά είναι στην πραγματικότηταμπορεί να είναι οτιδήποτε. Για παράδειγμα, μπορεί να αντανακλάται από ένα πραγματικό αντικείμενο, ενώ αν πρόκειται για μια συνεκτική κύματος αναφοράς. Σχηματίζεται από τις δύο μέτωπα κύματος που έχει συνοχή, το σχέδιο παρέμβασης - αυτό είναι μια συσκευή που σας επιτρέπει να μετατρέψετε λόγω της διάθλασης του ένα από αυτά τα μέτωπα στην άλλη. Είναι εδώ ότι το κλειδί του φαινομένου, όπως η ολογραφία, είναι κρυμμένο. Ο Dennis Gabor ήταν ο πρώτος που ανακάλυψε αυτή την ιδιοκτησία.

Παρατήρηση της εικόνας που σχηματίζεται από το ολόγραμμα

Στην εποχή μας, αρχίζει η ανάγνωση των ολογραμμάτωνΧρησιμοποιήστε μια ειδική συσκευή - έναν ολογραφικό προβολέα. Σας επιτρέπει να μετατρέψετε μια εικόνα από δύο σε τρισδιάστατη. Ωστόσο, για να δείτε απλά ολογράμματα, δεν απαιτείται καθόλου ολογραφικός προβολέας. Ας περιγράψουμε εν συντομία τον τρόπο προβολής τέτοιων εικόνων.

Για να παρατηρήσετε το διαμορφωμένο απλούστεροεικόνα ολογράμματος, πρέπει να το τοποθετήσετε σε απόσταση περίπου 1 μέτρου από το μάτι. Μέσα από το πλέγμα περίθλασης πρέπει κανείς να κοιτάξει προς την κατεύθυνση στην οποία αναδύονται (ανακατασκευασμένα) τα επίπεδα από αυτό. Δεδομένου ότι τα κυματιστά κύματα πέφτουν στο μάτι του παρατηρητή, η ολογραφική εικόνα είναι επίσης επίπεδη. Εμφανίζεται μπροστά μας σαν ένα "κενό τοίχωμα", το οποίο φωτίζεται ομοιόμορφα από το φως που έχει το ίδιο χρώμα με την αντίστοιχη ακτινοβολία λέιζερ. Δεδομένου ότι αυτός ο "τοίχος" στερείται συγκεκριμένων χαρακτηριστικών, είναι αδύνατον να προσδιοριστεί σε ποιο βαθμό βρίσκεται. Φαίνεται σαν να βλέπετε ένα εκτεταμένο τοίχο που βρίσκεται στο άπειρο, αλλά βλέπετε μόνο ένα μέρος αυτού που μπορείτε να δείτε μέσα από ένα μικρό "παράθυρο", δηλαδή ένα ολόγραμμα. Κατά συνέπεια, ένα ολόγραμμα είναι μια ομοιόμορφα φωτεινή επιφάνεια στην οποία δεν παρατηρούμε τίποτα άξια προσοχής.

Το πλέγμα περίθλασης (ολόγραμμα) μας επιτρέπειπαρατηρήστε αρκετά απλά αποτελέσματα. Μπορούν επίσης να επιδειχθούν χρησιμοποιώντας ολογράμματα διαφορετικού τύπου. Περνώντας μέσα από το πλέγμα διάθλασης, η ακτίνα φωτός χωρίζεται, σχηματίζονται δύο νέες δοκοί. Με τη βοήθεια ακτινών ακτινοβολίας λέιζερ, είναι δυνατόν να φωτιστεί οποιοδήποτε σχίσμα διάθλασης. Σε αυτή την περίπτωση, η ακτινοβολία πρέπει να είναι διαφορετική από το χρώμα που χρησιμοποιήθηκε όταν καταγράφηκε. Η γωνία της κάμψης της δέσμης χρώματος εξαρτάται από το χρώμα που έχει. Εάν είναι κόκκινο (το μακρύτερο κύμα), τότε μια τέτοια δέσμη κάμπτεται σε μεγαλύτερη γωνία από μια μπλε δέσμη που έχει το μικρότερο μήκος κύματος.

Μέσω του περιθωρίου διάθλασης μπορεί να παραλειφθείένα μείγμα από όλα τα χρώματα, που είναι λευκό. Σε αυτή την περίπτωση, κάθε έγχρωμη συνιστώσα αυτού του ολογράμματος είναι καμπύλη υπό τη δική του γωνία. Στην έξοδο δημιουργείται ένα φάσμα παρόμοιο με αυτό που δημιουργείται από το πρίσμα.

Τοποθέτηση των κτυπήματος σχάρας

Τα σχάρες διάθλασης θα πρέπει να γίνονται πολύκοντά στην άλλη, έτσι ώστε να είναι αισθητή η καμπυλότητα των ακτίνων. Για παράδειγμα, για να στρέψετε μια κόκκινη δέσμη κατά 20 °, είναι απαραίτητο η απόσταση μεταξύ των διαδρομών να μην υπερβαίνει τα 0,002 mm. Αν τοποθετηθούν πιο κοντά, η ακτίνα φωτός αρχίζει να λυγίζει ακόμα περισσότερο. Για να "καταγράψετε" αυτό το τρίψιμο χρειάζεστε μια φωτογραφική πλάκα που είναι ικανή να καταγράφει τόσο λεπτά στοιχεία. Επιπλέον, είναι απαραίτητο η πλάκα να παραμένει τελείως ακίνητη κατά τη διάρκεια της έκθεσης, καθώς και κατά την εγγραφή.

Η ζωγραφική μπορεί να μολυνθεί σημαντικά ακόμη και όταντην παραμικρή κίνηση και τόσο πολύ που θα είναι εντελώς αδιαίρετη. Σε αυτή την περίπτωση δεν θα δούμε ένα πρότυπο παρεμβολής, αλλά μια γυάλινη πλάκα, ομοιόμορφα μαύρη ή γκρίζα σε όλη την επιφάνεια. Φυσικά, σε αυτή την περίπτωση, τα αποτελέσματα διάθλασης που παράγονται από το πλέγμα διάθλασης δεν θα αναπαραχθούν.

Μεταδιδόμενα και ανακλαστικά ολογράμματα

Το πλέγμα περίθλασης που θεωρούμε από εμάςονομάζεται διέλευση, επειδή ενεργεί στο φως που διέρχεται από αυτό. Εάν εφαρμόσουμε τις γραμμές πλέγματος όχι στη διαφανή πλάκα, αλλά στην επιφάνεια του καθρέφτη, έχουμε ένα ανακλαστικό πλέγμα περίθλασης. Αντικατοπτρίζει το φως διαφορετικών χρωμάτων από διαφορετικές γωνίες. Συνεπώς, υπάρχουν δύο μεγάλες κατηγορίες ολογραμμάτων - αντανακλαστικές και μεταδιδόμενες. Τα πρώτα παρατηρούνται σε ανακλώμενο φως και τα τελευταία στο μεταδιδόμενο φως.