Красота этого метода в том, что это пока единственный способ истинно реконструировать трехмерную информацию и получить настоящие 3D-дисплеи. Тем не менее эта техника, придуманная почти 70 лет назад, позволяет создать только статичные голограммы. Почему мы не можем динамически менять голограммы и эффективно создать голографический дисплей?
Голографические дисплеи в домах появятся не скоро
Проблема создания трехмерных голографических дисплеев в том, что количество информации в обычной голограмме огромно; свет содержит много информации. К примеру, необходимо порядка миллиона-триллиона пикселей для того, чтобы собрать трехмерный голографический дисплей, а при обычном уровне обновления в 30 кадров в секунду, например, количество данных огромно. Кроме того, нам нужна технология, которая сможет записывать (в режиме реального времени) всю комплексную информацию светового поля, технологии, которые смогут передавать эти огромные объемы данных, а также компьютер, который будет все это обрабатывать. Учитывая то, что мы только-только входим в эру 4K-телевизоров (на экране которых порядка 10 миллионов пикселей), эпоха голографии наступит еще не скоро.
Голограмму можно создать и отобразить с помощью компьютеров
Как мы уже выяснили, мы имеем дело с большим объемом информации. Современные методы изображения динамических голограмм называются пространственными модуляторами света (SLM). Это маленькие, похожие на телевизоры устройства отображения голограмм с помощью отражения лазерного света.
Как мы рассчитываем голограмму? В идеале мы могли бы записать всю информацию о световом поле сцены, но пока у нас нет никакой коммерческой технологии, способной на это. Мы могли бы сделать полное моделирование электромагнитных волн моделируемой сцены, чтобы обнаружить, что рассеивающийся свет в поле выглядит как точки в пространстве, а затем записать эту информацию, чтобы сформировать голограмму. Тем не менее для нынешних технологий это вычислительный кошмар. Возможно, лучшим способом будет глубоко математический подход к этому явлению.
По сути, мы делаем приближение. Оказывается, когда свет дифрагирует, если вы находитесь достаточно далеко от точки дифракции, паттерн, который вы видите, связан с преобразованием Фурье математической репрезентации объекта дифракции. Это значит, что, поскольку наши компьютеры могут делать преобразование Фурье довольно быстро, мы можем быстро генерировать голограммы на лету. Затем, отображая их на SLM, мы можем использовать дифракцию света для формирования произвольных изображений по своему желанию. Эта область называется генерируемой на компьютерах голографией. И теперь, когда компьютеры становятся все быстрее, эта область исследований становится все более популярной.
Лучший голографический телевизор был создан десять лет назад и стоил целое состояние
Qinetiq разработала прототип голографического дисплея, основанный на технологии пространственной модуляции света, 12 лет назад. Она использовала активную систему с двумя различными SLM для обеспечения всей глубины сигнала, необходимого для производства трехмерной картинки. Эта затея была крайне дорогой и была закрыта почти сразу, но максимально качественный голографический дисплей хотя бы был продемонстрирован.
Голография нужна не только для телевидения
Хотя мы считаем, что голография интересна больше возможностями для 3D-дисплеев, в целом у нее есть возможность применения во многих сферах. Вот несколько примеров:
- Электронная съемка: наблюдая за фазовым смещением интерференции электронов, когда они проходят через тонкие пленки материалов, можно определять состав материалов.
- Хранение данных: традиционные оптические диски хранят информацию на поверхности. С помощь голографии есть возможность записывать информацию в объемный материал под разными углами - следовательно, можно хранить больше информации, чем позволяют традиционные методики хранения данных.
- Голографические оптические пинцеты: оптические пинцеты используют силу света, чтобы перемещать небольшие частицы (в основном в области биологии) и создавать оптические ловушки. Используя генерируемые на компьютерах голограммы, ученые могут манипулировать крупными массивами частиц на малых расстояниях.
- Безопасность: голограммы уже используются на банкнотах и кредитных картах. Используются по большей части из-за того, что технологии для их создания довольно сложны.
ГОЛОГРАФИЯ
особый фотографический метод, при котором с помощью лазера регистрируются, а затем восстанавливаются изображения трехмерных объектов, в высшей степени похожие на реальные. Такая фотографическая запись называется голограммой. При освещении лазером голограмма формирует изображение, которое представляет собой точную копию исходного трехмерного объекта и обнаруживает все свойства таких объектов, например изменение перспективы при перемещении наблюдателя. Метод голографии, применяемый в основном для регистрации информации, которую несет свет, отражающийся от некоего объекта или проходящий сквозь него, пригоден отнюдь не только для видимого света. Теоретически этот метод приложим ко всем другим волновым явлениям - звуковым волнам, сверхвысокочастотному, инфракрасному, рентгеновскому и электронному излучению. Этим и объясняется тот интерес, который вызывает голография; однако из-за практических трудностей ее пока не удалось применить к электронам и в рентгеновской области спектра.
См. также
ЛАЗЕР .
Суть метода голографии.
Пучок света, создаваемый лазером, отличается от света, испускаемого обычными источниками, например электролампой, в двух отношениях. Во-первых, он монохроматичен, т.е. характеризуется только одной длиной волны. Во-вторых, он когерентен, т.е. гребни и впадины каждой его волны согласуются с гребнями и впадинами каждой другой волны. Если рассматривать пучок света как последовательность волновых фронтов, лазерный луч представляет собой такой луч, в котором все точки волнового фронта согласованы по фазе. При взаимном наложении двух когерентных волновых фронтов (в месте пересечения двух когерентных пучков) происходит т.н. интерференция: волновые фронты усиливают друг друга, если совпадают по фазе, и ослабляют, если не согласуются по фазе. На интерференции и основана голография. Одна из возможных схем регистрации голограмм трехмерных объектов представлена на рисунке. Здесь когерентный свет лазера разделяется на два пучка. Одним пучком освещается объект, который необходимо зарегистрировать; свет, отражающийся от объекта, падает на фотографическую пластинку или другую фоточувствительную регистрирующую среду. Другой пучок, называемый опорным, направляется зеркалом под некоторым углом на ту же фотографическую пластинку, где его волновой фронт налагается на волновой фронт, пришедший от объекта. В результате взаимного наложения двух когерентных волновых фронтов возникает интерференционная картина, которая и регистрируется на фотографической пластинке как изменения плотности почернения - увеличение плотности почернения в тех местах, где волновые фронты совпадают по фазе, и уменьшение плотности почернения там, где они пришли не в фазе. Эта запись интерференционной картины и называется голограммой.
Обычно голограмма не обнаруживает никакого сходства с зарегистрированным объектом; это просто какой-то набор темных и светлых пятен, в которых не угадывается никакого смысла. Но, будучи интерференционной картиной, голограмма содержит информацию весьма особого свойства: это запись не только амплитудных, но и фазовых характеристик волнового фронта, отразившегося от объекта. (Амплитуда равна половине разности высот гребня и впадины волны. Чем больше амплитуда, тем интенсивнее свет.) Если теперь объект удалить, а на голограмму направить опорный пучок (т.е. такой же пучок света, как и тот, которым она была записана), то она сформирует волновой фронт, несущий всю ту информацию, которую нес первоначальный волновой фронт. Таким образом, голограмма воссоздает волновые фронты, исходившие от объекта, хотя самого объекта в этом месте уже нет.
Применение голографии.
Основные особенности голографии, отличающие ее от фотографии, таковы: 1) это запись интерференционной картины, содержащая не только амплитудную, но и фазовую информацию, тогда как обычная фотография - это запись только интенсивностей света, не содержащая фазовой информации; 2) при регистрации голограммы нет необходимости в фокусировке, голограмма чаще всего не имеет сходства с объектом; 3) голограмма способна восстанавливать точную копию волнового фронта, идущего от объекта (если объект трехмерный, она восстанавливает трехмерное изображение); 4) изменяя угол между опорным пучком и волновым фронтом, идущим от объекта, можно на одном участке фотографической пластинки записать более одной голограммы; 5) в большинстве случаев для восстановления изображения достаточно любой малой части голограммы; если голограмма повреждена или частично уничтожена, она все равно восстановит изображение. Эти и некоторые другие важные особенности голограмм привлекли внимание многих исследователей, стремившихся довести голографию до практического применения. На "объемных голограммах", полученных с регистрацией интерференционной картины по толщине фотоэмульсионного слоя на фотопластинке, была продемонстрирована возможность восстановления многоцветных трехмерных изображений при освещении белым светом. Весьма перспективным представляется применение голографии в микроскопии. Благодаря возможности спокойно исследовать трехмерный объект, после того как записана его голограмма, устраняются некоторые трудности, связанные с визуальным исследованием объектов при большом увеличении. То, что вместо самого объекта рассматривается его восстановленное голографическое изображение, не мешает исследователю использовать метод фазового контраста и другие методы микроскопии. Более того, этим могут быть существенно уменьшены трудности, связанные с подготовкой образца, в ходе которой объект может оказаться деформированным. В данной области ведутся интенсивные разработки. Голография привнесла много нового в интерферометрию - область прецизионной измерительной техники, основанной на применении интерференции. Был создан ряд голографических методов, позволяющих получать восстановленное изображение объекта вместе с волновым фронтом от того же самого объекта после какой-либо его деформации, столь малой, что ее невозможно обнаружить другими методами. На интерференционной картине, возникающей при взаимном наложении двух волновых фронтов, выявляются деформационные искажения порядка длины волны света. Голографическими методами можно исследовать с интерферометрической точностью любые объекты; не требуется, чтобы их поверхности были оптического или близкого к оптическому качества. Поиски возможностей применения голографии продолжаются. В области т.н. оптической фильтрации и оптической обработки данных удалось достичь некоторого успеха при использовании специальных голограмм для распознавания особенностей рельефа на аэрофотоснимках. Голографические методы облегчают обработку радиолокационной информации; они нашли применение при расшифровке данных бортовых самолетных РЛС. Ряд научных организаций работает над устранением еще имеющихся трудностей. Методами, аналогичными оптическим, были получены акустические голограммы - записи картин интерференции звуковых волн. Были сделаны голограммы объектов, находящихся под водой; в ряде лабораторий ведутся исследования возможностей применения голографических методов при ультразвуковом просвечивании человеческого тела. Результаты такого просвечивания можно представить в виде оптического изображения. Методами, аналогичными методам оптической и акустической голографии, можно получать голограммы в сверхвысокочастотном излучении. Специальные СВЧ-голограммы, зарегистрированные с борта самолета, позволяют получать изображения местности с высоким разрешением рельефа.
Историческая справка.
Основные принципы голографии сформулировал в 1947 Д. Габор из Королевского научно-технического колледжа в Лондоне. Однако метод не находил практического применения до начала 1960-х годов, когда появился лазер. Применив лазер и усовершенствовав первоначальный голографический метод, Э.Лейт и Ю.Упатниекс из университета штата Мичиган получили голограммы, которые давали необычайно похожие на реальность трехмерные изображения. В 1962 Лейт и Упаниекс представили свой метод лазерной голографии. После этого метод голографии начал быстро развиваться. Были разработаны голограммы, позволяющие восстанавливать изображение в белом свете; активно ведутся исследования в направлении применения голографии для обработки данных.
ЛИТЕРАТУРА
Вьено Ж.-Ш., Смигильский П., Руайе А. Оптическая голография. М., 1973 Применения голографии. М., 1973 Физические основы голографии. Л., 1981 Клименко И.С. Голография сфокусированных изображений и спекл-интерферометрия. М., 1985
Энциклопедия Кольера. - Открытое общество . 2000 .
Синонимы :Смотреть что такое "ГОЛОГРАФИЯ" в других словарях:
Голография … Орфографический словарь-справочник
- (от греч. holos весь полный и...графия), метод записи, воспроизведения и преобразования волновых полей, основанный на интерференции волн. Предложен Д. Габором в 1948. Голография позволяет получать изображение объектов. На фоточувствительный слой … Большой Энциклопедический словарь
ГОЛОГРАФИЯ, процесс создания голограммы. Одна или несколько фотографий накладываются на одну пленку или пластину с использованием интерференции между двумя частями расщепленного луча ЛАЗЕРА. На первый взгляд сформированная модель бессмысленна, но … Научно-технический энциклопедический словарь
- (от греч. holos весь, полный и grapho пишу), способ записи и восстановления волн. поля, основанный на регистрации интерференц. картины, к рая образована волной, отражённой предметом, освещаемым источником света (п р е д м е т н а я волна), и… … Физическая энциклопедия
- [Словарь иностранных слов русского языка
Голография - см. Криминалистическая голография … Энциклопедия права
ГОЛОГРАФИЯ, и, жен. (спец.). Получение объёмного изображения, основанное на взаимном действии (наложении друг на друга) световых волн. | прил. голографический, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
Ни один научно-фантастический фильм, в котором действие происходит как в ближайшем, так и в очень отдаленном будущем, не может обойтись без голографических устройств. Голограмма - это объемное трехмерное изображение, которое, собственно, и помогает героям футуристических миров общаться друг с другом. С другой стороны, все элементы научной фантастики рано или поздно становятся частью повседневной жизни - чего только стоят роботы и полеты в космос, о которых еще сто лет назад человечество только мечтало. Но насколько далеки от нас голограммы и можно ли сделать объемное изображение в домашних условиях без использования специального оборудования?
Будущее у порога
До настоящего времени это слово могло ассоциироваться с научно-фантастическими фильмами или книгами, но наука, как известно, развивается очень быстро, и голографические изображения в скором времени могут стать неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Каким прорывом для связи было создание телефона, сколько изменений привнесла технология сообщения при помощи онлайн-трансляции с веб-камеры! Трудно даже представить, что может дать будущим поколениям развитие голографических технологий. К примеру, почему бы и не пройтись вместе с другом, который живет за несколько тысяч километров от вас, по парку, используя такие устройства?
Механизм в действии
Конечно, все эти фантазии пока еще находятся в достаточно далекой перспективе. На сегодня в более узком, научном смысле голограмма - это особый вид фотографий, которые создаются при специальном освещении, подобие трехмерных изображений. Голографическую фотографию можно даже без особого труда создать на практике. Главное - это механизм создания многомерного, на первый взгляд, изображения. Обеспечивается голографический эффект при помощи полупрозрачного зеркала, разделяющего пучки лазерных излучений на два четких луча. Последние также называются учеными предметной и опорной волной. Первая волна отражает фотографируемый объект и попадает на пленку, а вторая встречает ее на самой пленке, обходя при этом предмет с других ракурсов. Вот так, в принципе, и создается 3D-голограмма. Если во время освещения полученной пленки направить на нее лазерное излучение с такими же по длине волнами, то оно будет преломляться в правильных конфигурациях. Ученые сейчас разрабатывают механизмы, способные передать голографические изображения при обычном свете, без особых преломлений лучей.
Многомерная Вселенная?
Голограмма - это уникальное изобретение человека. Фактически это трехмерное пространство, которое закодировано в плоском изображении. Угол и форма зрительного представления предмета будут изменяться относительно вашей точки зрения. Подобная идея наталкивает писателей-фантастов и некоторых совсем оригинальных ученых на то, что в нашем трехмерном мире также может содержаться бесконечное количество других измерений. Такая идея получила название «теория многомерного мира», и она активно разрабатывается и популяризируется в научно-фантастических произведениях уже много лет. Непосредственным истоком идеи о многомерности была теория струн, также очень популярная в современной физике. Если верить доводам ученых, поддерживающих теорию о многомерности, то сама наша Вселенная - голограмма, поскольку наш трехмерный мир - проекция многомерного пространства. Если возможно кодирование трехмерного изображения в двухмерном, то почему нельзя допустить, что трехмерное пространство, в котором мы воспринимаем реальность, в свою очередь, является проекцией чего-то большего?
Человеческий глаз и многомерность мира
С обычными фотографиями всегда все предельно просто. Глаз воспринимает изображение таким, какое оно есть только на плоскости. Фактически функцией глаза и является «фотографирование» реальности и передача этой информации в мозг, в то время как понятие трехмерности достигается за счет перемещения глаза или самого объекта. В свою очередь, лазерный свет голограммы воспроизводит все необходимые категории изображения - плотность, цвет, освещение - и дает полноценное изображение с любой точки, с которой можно на него смотреть.
До чего дошли современные технологии?
И все-таки, голограмма - это что? Лучше всего представить особенности инноваций в сфере передачи многомерного изображения позволят данные о современной стадии разработок голографических технологий.
Особенно отличаются в этой сфере, как и везде в футуристических технологиях, японцы. Отдельно следует отметить разработки компании Aerial Burton. Результатами исследований стало устройство, позволяющее создавать голограмму при помощи ионизации молекул воздуха. Обычно для создания трехмерной проекции необходима специальная среда, за счет которой лазер формирует изображение. Такой средой может быть и водяной пар, и брызги - вода прекрасно отражает изображение лучей. Японские ученые же смогли создать совершенно иной тип лазера, который добивается переноса изображения на молекулы воздуха, благодаря чему и расположена голограмма в воздухе. Долго, правда, этот лазер пока работать не может, вновь и вновь нужно повторять процедуру ионизирования молекул воздуха. Конечно, пока даже японская компания Aerial Burton смогла достичь только переноса в пространство нескольких светящихся точек, но сами технологии подают большие надежды. В скором времени трехмерные изображения могут появиться и в сфере развлечений, а наиболее далеко идущие предположения - это замена дорожных указателей на голограммы.
Голографический проектор - своими руками!
Но пока трехмерные изображения прямо в воздухе еще нам недоступны, голограмма на телефоне - вполне обыденная вещь. Все, что для этого требуется, несколько часов на создание специального голографического проектора при помощи подручных средств.
Голограмма, своими руками созданная, не потребует от вас большого количества сложных деталей и операций. В принципе, кроме смартфона с выходом в интернет и прозрачной коробочки от CD, ничего больше и не понадобится. От такого способа воссоздания голографических изображений без ума дети, так что, если вам нечем удивить ребенка, возьмите на заметку этот метод.
Алгоритм действий
Итак, берем прозрачную пластиковую коробочку от компакт-дисков, канцелярский нож или нож для стекла, обычные ножницы, линейку, небольшой рулон скотча и, конечно же, смартфон. При помощи линейки чертим на обычном листе бумаги очертание трапеции, придерживаясь следующих пропорций: нижняя основа - шесть сантиметров, верхняя - один. Высота при этом будет равна трем с половиной сантиметрам. Прикладывая такой трафарет к стенкам коробочки, вырезаем четыре фигуры. Скрепив их между собой при помощи обычного скотча или же суперклея, получите необходимую для проекции трапецию.
Невероятное зрелище
Ну вот, теперь и настал момент истины. Проектор готов, осталось только проиграть специально обработанное изображение или видеоряд, рассчитанный на трехмерное проектирование.
Огромным плюсом создания голограмм является то, что сделать это "чудо" может практически каждый в домашних условиях, даже если нет в наличии специального оборудования. Голограммы своими руками создать может каждый, это очень легко и просто!
Еще со времен фильма о звездных войнах мы помним удивительные спецэффекты с внезапным появлением космических кораблей и разных сказочных существ. С течением времени режисеры фильмов все чаще прибегали к новым спецэффектам и баловали ими нас – своих зрителей, а сегодня мы уже не мыслим без них ни одного фильма.
Но мы можем с уверенностью заявить что будущее описываемое в событиях кинолент уже наступило. И не в каких ни будь далеких мирах покоряемых рыцарями джедаями, а в нашей с вами действительности. Уже скоро первая изобретенная голограмма будет праздновать свой 70-ти летний юбилей. О том, что же собой представляет данная технология, мы расскажем ниже.
Основные понятия
Голография, слово, которое с греческого обозначает полное представление, является особым методом фотографирования, принципом которого выступает лазерное сканирование объекта, с целю восстановить его максимально четко в 3D виде.
При записи голографической проекции, в определенном месте пространства как бы налаживаются две волны, которые образуются от деления одного и того же луча лазера. Волна, называемая опорной, исходит от источника, а волна, называемая объектной, является отраженной от модели, с которой ведется сканирование. В этом же месте устанавливается фоточувствительная плоскость, которая запечатлеет на себе структуру полос, характеризующую интерференцию волн.
Примерно то же получается при использовании простейшей фотопленки. Но в случае с нею полученная картинка проявляется на бумаге, а с голограммой приходится поступать иначе. Для того чтобы получить точную объемную копию сканируемого объекта, необходимо просто воздействовать на фотопластинку волной опорного типа. После чего зритель увидит световой силуэт сканируемого объекта в пространстве.
Открытие
Первую голографическую проекцию удалось воспроизвести в 1947 году. Сделал это Деннис Габор в своей серии исследований по увеличению разрешающей способности электронного микроскопа. Им же было названо слово голограмма, таким образом, он хотел описать полное световое соответствие моделируемого объекта, оригиналу. Полученная в ходе эксперимента голограмма была очень не качественной. Сказалось оборудование, в котором использовались лампы с очень узким световым спектром. Но, в общем, эксперимент, несомненно, удался, именно за него ученый получил премию Нобеля в 1971 году.
Когда в 1960 году были изобретены два типа лазеров, голография начала интенсивно развиваться. Вскоре ученый из России Юрий Денисюк создал алгоритм записи отраженных 2Д голограмм на пластинках, посредством чего можно было производить запись в самом высоком качестве.
Развитие отрасли
Научный работник Ллойд Кросс в 1977 году стал автором известной мультиплексной программы, или известных в наше время 3Д картинок. Его главное отличие от других голограмм в том, что объект состоит из множества определенных ракурсов,которые можно увидеть только с нужного угла. Такой подход лишает объект параллакса по вертикали (то есть мы не можем увидеть голограмму снизу или сверху), но зато теперь размер самой проецируемой фигуры не ограничивается длиной волны лазера. Раньше это накладывало ограничение на проекцию максимум в несколько метров.
Благодаря таким достижениям теперь можно смело покинуть будничную реальность и окунуться в мир сказки, создав голограммы новых персонажей и объектов. Для того чтобы получить любой объект, необходимо просто создать его на компьютере и сохранить в виде нужного файла. Мультиплексная голография опережает по своим возможностям все другие технологии, но пока немного проигрывает по реалистичности картинки.
Носители информации
Для того чтобы хранить в себе информацию об отсканированной голограмме, применяются пластинки из бромида серебра. Такой материал дает возможность получить очень качественную картинку, разрешением в 500 линий на 1 см. Также зачастую используются основы из бихромированной желатины, которая позволяет отобразить еще более качественные модели, практически полностью повторяющие оригинал.
Есть также вариант, при котором запись ведется с использованием щёлочно-галоидных кристаллов. В последнее время все более популярными становятся записи голограмм с применением фотополимерных материалов. Смесь из порошков фото полимеров напыляют на стеклянную пластинку. Устройства для записи, построенные на такой основе более дешевые, но качество изображения страдает.
Голография у нас дома
Благодаря бурному развитию технологий, уже сегодня любой из нас способен записать довольно не плохую голограмму прямо у себя дома, никакого дорогостоящего оборудования не понадобится. Все что нужно сделать, это установить штатив, на котором и будет стоять лазер, фотопластинка и то, что мы будем сканировать.
Для того чтобы создать запись объекта подойдет даже простая лазерная указка. Когда мы регулируем фокус лазерной указки, она начинает вести себя, как простой фонарик, что дает осветить пластинку и деталь, которая находится за нею. Кнопку лазерной указки нужно зафиксировать во включенном положении, для чего можно применить прищепку или другой зажим.
Но такие танцы уже совсем не обязательны, сейчас существует смартфон с возможностью отображения голограмм «Takee 1» и появился он в 2014 году. Детище торговой марки «Estar Technology» может следить за положением глаз пользователя посредством системы датчиков и фронтальной камеры, и воспроизводить голографические объекты, для просмотра которых не нужны никакие очки.
И получил «за изобретение и развитие голографического принципа» Нобелевскую премию по физике в 1971 году .
Физические принципы
Рассеянные объектом волны характеризуются амплитудой и фазой. Регистрация амплитуды волн не представляет затруднений; обычная фотографическая пленка регистрирует амплитуду, преобразуя её значения в соответствующее почернение фотографической эмульсии. Фазовые соотношения становятся доступными для регистрации с помощью интерференции, преобразующей фазовые соотношения в соответствующие амплитудные. Интерференция возникает, когда в некоторой области пространства складываются несколько электромагнитных волн, частоты которых с очень высокой степенью точности совпадают. Когда записывают голограмму, в определённой области пространства складывают две волны: одна из них идёт непосредственно от источника (опорная волна), а другая отражается от объекта записи (объектная волна). В этой же области размещают фотопластинку (или иной регистрирующий материал), в результате на этой пластинке возникает сложная картина полос потемнения, которые соответствуют распределению электромагнитной энергии (картине интерференции) в этой области пространства. Если теперь эту пластинку осветить волной, близкой к опорной, то она преобразует эту волну в волну, близкую к объектной. Таким образом, мы будем видеть (с той или иной степенью точности) такой же свет, какой отражался бы от объекта записи.
Собственно любая голограмма является способом сохранения информации об электромагнитной волне в виде интерференционной картины (максимумов и минимумов пучностей) методом физической записи в специальной среде об отражённом от объекта, рассеянном, волновом фронте электромагнитного излучения, его амплитуде (яркости) и сдвиге фазы (объёме) в некоторой точке с возможно меньшей потерей информации, либо имитации такой картины специальными голографическими методами.
Источники света
Голограмма является записью интерференционной картины, поэтому важно, чтобы длины волн (частоты) объектного и опорного лучей с максимальной точностью совпадали друг с другом, и разность их фаз не менялась в течение всего времени записи (иначе на пластинке не запишется чёткой картины интерференции). Поэтому источники света должны испускать электромагнитное излучение с очень стабильной длиной волны в достаточном для записи временном диапазоне.
Крайне удобным источником света является лазер . До изобретения лазеров голография практически не развивалась (вместо лазерного излучения использовали очень узкие линии в спектрах испускания газоразрядных ламп , что очень затрудняло эксперимент). На сегодняшний день голография предъявляет одни из самых жёстких требований к когерентности излучения лазеров.
Чаще всего когерентность принято характеризовать длиной когерентности - той разностью оптических путей двух волн, при которой контраст интерференционной картины уменьшается в два раза по сравнению с интерференционной картиной, которую дают волны, прошедшие от источника одинаковое расстояние. Для различных лазеров длина когерентности может составлять от долей миллиметра (мощные лазеры, предназначенные для сварки, резки и других применений, нетребовательных к этому параметру) до сотен и более метров (специальные, так называемые одночастотные лазеры).
История голографии
Первая голограмма была получена в 1947 году (задолго до изобретения лазеров) Денешем Габором в ходе экспериментов по повышению разрешающей способности электронного микроскопа . Он же придумал само слово «голография», которым он подчеркнул полную запись оптических свойств объекта. К сожалению, его голограммы отличались низким качеством. Получить качественную голограмму без когерентного источника света невозможно.
Схема записи Денисюка
Схема Денисюка
Q = 2 π λ d n Λ 2 {\displaystyle Q={\frac {2\pi \lambda d}{n\Lambda ^{2}}}} ,
Где λ - длина волны; d - толщина слоя; n - средний показатель преломления слоя; Λ - расстояние между интерференционными плоскостями.
Объёмными (толстыми) голограммами считаются такие, у которых Q > 10. И наоборот, голограмма считается тонкой (плоской), когда Q < 1.
Галогенсеребряные фотоматериалы
Основным фотоматериалом для записи голограмм являются специальные фотопластинки на основе традиционного бромида серебра . За счёт специальных присадок и специального механизма проявления удалось достичь разрешающей способности более 5000 линий на миллиметр, однако за это приходится платить крайне низкой чувствительностью пластинки и узким спектральным диапазоном (точно подобранным под излучение лазера). Чувствительность пластинок настолько низкая, что их можно выставить на несколько секунд под прямой солнечный свет без риска засветки.
Кроме того, иногда применяются фотопластинки на основе бихромированной желатины , которые обладают ещё большей разрешающей способностью, позволяют записывать очень яркие голограммы (до 90 % падающего света преобразуется в изображение), однако они ещё менее чувствительны, причём они чувствительны только в области коротких волн (синий и, в меньшей степени, зелёный участки спектра).
В России крупное промышленное (кроме некоторого количества мелких) производство фотопластинок для голографии осуществляет российская «Компания Славич ».
Некоторые схемы записи позволяют писать и на пластинках с меньшей разрешающей способностью, даже на обычных фотоплёнках с разрешением порядка 100 линий на миллиметр, однако эти схемы имеют массу ограничений и не обеспечивают высокого качества изображения.
Фотохромные кристаллы
Наряду с фотографическими мелкозернистыми галогенсеребряными средами, применяются так называемые фотохромные среды , изменяющие спектр поглощения под действием записывающего света.
KCl
Одними из эффективнейших среди фотохромных кристаллов являются щёлочно-галоидные кристаллы , из которых наилучшие результаты были получены на аддитивно окрашенных кристаллах хлорида калия (KCl). Голограммы, записанные на таких кристаллах, достигают 40 % относительной дифракционной эффективности при теоретически возможной в данной среде 60 %. При этом голограммы в данном материале весьма толстые (толщиной до нескольких миллиметров, и могут в принципе достигать единиц сантиметров). Голографическая запись в аддитивно окрашенных кристаллах KCl базируется на фототермическом F-X преобразовании центров окраски , то есть фактической коалесценции одиночных анионных вакансий в более крупные кластерные образования размером десятки нанометров . При этом голографическая запись в таких кристаллах реверсивна (обратима) и очень устойчива по времени .
Также возможна голографическая запись с помощью легирования кристаллов соответствующей примесью. Возможно использовать для этой цели эффект компенсационного влияния введенных в АО KCl катионных (ионы Са ++) и анионных (ионы ОН −) примесей на процесс фототермического преобразования F-центров. Показано, что просветление при этом в максимуме полосы поглощения F-центров достигает 90 % и не сопровождается образованием центров, обуславливающих поглощение в видимой области спектра. Разработан механизм такого влияния, основанный на фотохимических реакциях, конечные продукты которых поглощают в УФ-диапазоне. Обосновано, что ключевую роль в рассматриваемом явлении играют бивакансии и комплексы Са ++ (ОН −) 2 - катионная вакансия. На основе полученных результатов разработана новая фотохромная система для формирования голограмм, основанная на эффекте компенсации влияния катионных и анионных примесей