голография что это простыми словами

Что такое голограмма и как ее сделать?

Свет – это удивительная форма энергии, которая проносится через наш мир с невероятной скоростью: 300 000 километров в секунду — этого достаточно, чтобы пролететь от Солнца до Земли всего за 8 минут. Мы видим мир вокруг, потому что наши глаза являются сложными детекторами света: они постоянно улавливают световые лучи, отражающиеся от близлежащих объектов, в результате чего мозг может создавать постоянно меняющуюся картину об окружающем мире. Единственная проблема заключается в том, что мозг не способен вести постоянную запись того, что видят глаза. Мы можем вспомнить то, что, как нам казалось, мы видели, и распознать образы, которые мы видели в прошлом, но мы не можем легко воссоздать образы неповрежденными, как только они исчезли из поля зрения.

Существует гипотеза, согласно которой наша Вселенная – самая настоящая голограмма

Можно ли сохранить луч света?

Сколько голограмм в вашем кошельке? Если у вас есть какие-то деньги, ответ, вероятно, будет: «довольно много.» Голограммы – это блестящие металлические узоры с призрачными изображениями внутри банкнот, которые помогают бороться с фальшивомонетчиками, так как их очень трудно воспроизвести. На кредитных картах тоже есть голограммы. Но для чего еще можно использовать голограммы?

Еще в 19 веке гениальные изобретатели помогли решить эту проблему, открыв способ захвата и хранения изображений на химически обработанной бумаге. Фотография, как известно, произвела революцию в том, как мы видим мир и взаимодействуют с ним – и она дала нам фантастические формы развлечений в 20-м веке в виде фильмов и телевидения. Но как бы реалистично или художественно ни выглядела фотография, о ее реальности не может быть и речи. Мы смотрим на фотографию и мгновенно видим, что изображение – это застывшая история: свет, который захватил объекты на фотографии, исчез давным-давно и никогда не может быть восстановлен.

Еще больше увлекательных статей на самые разные темы ищите на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там выходят статьи, которых нет на сайте.

Голограмма безопасности на банкноте помогает остановить фальшивомонетчиков – их труднее воспроизвести, чем другие устройства безопасности.

Что такое голограмма?

Голограммы немного похожи на вечные фотографии. Это своего рода «фотографические призраки»: они выглядят как трехмерные фотографии, которые каким-то образом попали в ловушку внутри стекла, пластика или металла. Когда вы наклоняете голограмму кредитной карты, то видите изображение чего-то вроде птицы, движущейся «внутри» карты. Как она туда попадает и что заставляет голограмму двигаться? Чем она отличается от обычной фотографии?

Предположим, вы хотите сфотографировать яблоко. Вы держите камеру перед собой, и когда вы нажимаете кнопку спуска затвора, чтобы сделать снимок, объектив камеры ненадолго открывается и пропускает свет, чтобы попасть на пленку (в старомодной камере) или на светочувствительный чип датчика изображения (чип в цифровой камере). Весь свет, исходящий от яблока, исходит из одного направления и попадает в один объектив, поэтому камера может записывать только двумерную картину света, темноты и цвета.

Голограмма слона выглядит так

Если вы смотрите на яблоко, происходит что-то другое. Свет отражается от поверхности яблока в оба ваших глаза, и мозг сливает их в одно стереоскопическое (трехмерное) изображение. Если вы слегка повернете голову, лучи света, отраженные от яблока, будут двигаться по несколько иным траекториям, чтобы встретиться с вашими глазами, и части яблока теперь могут выглядеть светлее, темнее или и вовсе быть другого цвета. Ваш мозг мгновенно все пересчитывает и вы видите несколько иную картину. Вот почему глаза видят трехмерное изображение.

Голограмма – это нечто среднее между тем, что происходит, когда вы фотографируете, и тем, что происходит, когда вы смотрите на что-то реально. Как и фотография, голограмма – это постоянная запись отраженного от объекта света. Но голограмма также выглядит реальной и трехмерной и движется, когда вы смотрите вокруг нее, точно так же, как реальный объект. Это происходит из-за уникального способа, которым создаются голограммы.

Чтобы всегда быть в курсе последних новостей из мира высоких технологий и популярной науки, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram.

Как сделать голограмму?

Создать голограмму можно отражая лазерный луч от объекта, который вы хотите захватить. На самом деле, вы разделяете лазерный луч на две отдельные половины, просвечивая его через полузеркало (кусок стекла, покрытый тонким слоем серебра, так что половина лазерного света отражается и половина проходит через него). Одна половина луча отражается от зеркала, попадает на объект и отражается на фотопластинке, внутри которой будет создана голограмма. Это называется объектным лучом. Другая половина луча отражается от другого зеркала и попадает на ту же самую фотопластинку. Это – опорный луч. Голограмма образуется там, где два луча в пластине встречаются.

Источник

ГОЛОГРАФИЯ

Полезное

Смотреть что такое «ГОЛОГРАФИЯ» в других словарях:

голография — голография … Орфографический словарь-справочник

ГОЛОГРАФИЯ — 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

ГОЛОГРАФИЯ — (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

ГОЛОГРАФИЯ — [ Словарь иностранных слов русского языка

Голография — см. Криминалистическая голография … Энциклопедия права

ГОЛОГРАФИЯ — 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

голография — сущ., кол во синонимов: 1 • микроголография (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

ГОЛОГРАФИЯ — [g r άj w (графо) пишу] метод регистрации и воспроизведения волновых полей. В частности, может быть реализован фотографическими способами. При этом в отличие от традиционной фотографии на фотопластинке регистрируется не… … Геологическая энциклопедия

голография — Метод формирования изображения, основанный на фиксации, при помощи опорного когерентного излучения, волнового фронта, образованного объектом (получение голограммы), и последующей реконструкции зафиксированного на голограмме волнового фронта для… … Справочник технического переводчика

Голография — метод получения голограмм изображений предметов, которые выглядят объемными. Используется в науч. работе, а также для защиты от подделок ценных бумаг, этикеток товаров … Издательский словарь-справочник

Источник

Голография что это простыми словами

Коломийчук Вероника Григорьевна

Любой голографический метод состоит из двух этапов.

1. Вначале получают (записывают) голограмму – интерференционную картину, возникающую на фотопластинке при сложении двух когерентных пучков света. На фотопластинке образуется интерференционная картина, представляющая собой чередование светлых и темных пятен. Голографическое изображение не соответствует его внешнему виду.
2. Для восстановления голограммы ее освещают таким же когерентным излучением. Поскольку голограмма представляет сложную интерференционную картину, то на ее прозрачных и непрозрачных участках происходит дифракция когерентного излучения, и в результате получается изображение.

Основные свойства голограмм

Эти свойства связаны именно с тем, что на голограммах фиксируются не только амплитуды, но и фазы волн. Практически на каждую точку поверхности пластинки падает излучение, отраженное от всех точек предмета. Это означает, что любая, даже маленькая часть содержит зрительную информацию о всем предмете.

Следовательно, голография позволяет записывать, хранить, обрабатывать и быстро преобразовывать огромное количество данных. Эти особенности голографии используют для решения многих технических и научных проблем.

Хотя мы считаем, что голография интересна больше возможностями для 3D-дисплеев, в целом у нее есть возможность применения во многих сферах. Вот несколько примеров:

Источник

Как работает голограмма

статьи | Jan 22, 2021 | Технологии и Безопасность | 335

Голограммы — неотъемлемый атрибут любого фантастического боевика, но насколько эта технология развита в жизни? Давайте разберемся, что же представляют собой голограммы, где они используются и можно ли создать голограмму своими руками.

Что такое голография

С изобретением фотоаппарата у нас появилась возможность запечатлеть момент точнее, чем это может сделать профессиональный художник. В свое время эта технология произвела настоящий фурор, но даже у нее есть существенные ограничения. Насколько бы точной ни была картинка, изображение все равно остается двухмерным.

Голография — это следующая ступень регистрации визуальной информации, позволяющая записывать и воспроизводить уже трехмерные изображения. Голограммы объемны, а потому куда больше похожи на реальные объекты, чем фотографии. Сейчас для их создания используются голографические проекторы… Впрочем, обо всем по порядку.

Голографический принцип

Объемные изображения стали возможны благодаря свойствам света: дифракции и интерференции. Эти термины сводятся к перераспределению интенсивности света и преломлению двух световых волн: предметной и опорной. Опорную волну создает лазер, а предметная, как понятно из названия, формируется, отражаясь от предмета, который мы хотим записать. Попадая на фотопластину, они и создают интерференционную картину, то есть голограмму.

Голограммы не может получиться без линзы — полупрозрачного зеркала, разделяющего пучки света из лазера надвое. Каждый полупучок, отражаясь от зеркал, попадает на объект, который мы хотим снять, и, уже отразившись на него, оказывается на фотопленке. Под воздействием световолны, близкой к опорной, проявляется голограмма.

Эффект голограммы

Создание голограммы очень напоминает фотосъемку, с той разницей, что фотография печатается на бумаге, а для изготовления голограммы нужно «проявлять» ее на пластине. Кроме того, снимки плоские, а голограммы объемные. Почему так происходит?

Каждый объект в мире рассеивает свет. При помощи линзы фотоаппарат фокусирует его на фотопленке, благодаря чему мы получаем фотографию. При просмотре этого снимка наши глаза воспринимают одну и ту же информацию, только под разными углами. Благодаря этому наш мозг понимает, что изображение плоское.

Как же устроена голограмма? Каждая ее точка моделирует все лучи, рассеянные всеми точками предмета, в то время как на снимке оказываются лишь лучи сфокусированные. В этом и причина, почему голограммы дают ощущение объема. Они точно воспроизводят световые волны, рассеянные объектом.

Первая голограмма в мире

Термин «голография» — заслуга английского физика венгерского происхождения Денниса Габора. Это слово происходит от древнегреческого выражения holo graphy, что переводится как «пишу все». Термин был введен обиход в конце 40-х годов предыдущего столетия, когда Габор придумал голографический принцип. А в 1971 году ученый даже получил за это Нобелевскую премию.

Первая голограмма была невысокого качества. Причина тому — ртутные дуговые лампы, использовавшиеся в те годы. Они давали излучение низкого качества, поэтому и изображения были плохими. По-настоящему реалистичными голограммы стали в 60-х годах с появлением лазерных технологий.

Первая лазерная голограмма была создана в 1964 году американскими физиками Эмметтом Лейтом и Юрисом Упатниексом. На ней были изображены игрушечный поезд и птица. В 1968 году в создании лазерных голограмм преуспел советский ученый Ю.Н. Денисюк. А спустя еще 11 лет значительного прогресса в этой области достиг американский исследователь Ллойд Кросс. С тех пор голограммы активно развиваются и используются в самых разных областях.

Голограмма и ее применение

Каждый человек сталкивался с простыми голограммами-наклейками, предназначающимися для борьбы с контрафактом. Но этим сфера применения голограмм отнюдь не ограничивается.

Общение

Расстояние перестает быть препятствием для общения. Доказательство тому — знаменитый видеозвонок между главами американской компании Verizon и корейской Korea Telecom, совершенный в 2017 году. Пообщаться генеральные директора смогли при помощи сети 5G, которая отличается высокой пропускной способностью. Звонок примечателен еще и тем, что собеседники видели голограммы друг друга.

Реклама

Голограммы — отличный инструмент в руках умелых маркетологов. Интерактивные изображения позволяют презентовать продукт и привлечь внимание клиентов. Так, в 2017 году Barbie с помощью голограммы показала роботизированную куклу, реагирующую на голосовые команды. Эта продвинутая игрушка со встроенным будильником способна поддерживать простые беседы с пользователем.

Дистанционное обучение

Дистанционное образование набрало большую популярность в период пандемии, но существенных успехов в этой сфере удалось достичь еще до коронавируса. Так, в 2015 году профессор физики Стэнфордского университета Карл Виман смог выступить в Наньянском технологическом университете в Сингапуре. Примечательно, что для этого нобелевскому лауреату даже не пришлось покидать США. Выступление профессора транслировали при помощи голограммы.

Голография может создать полную иллюзию личного присутствия лектора на занятии, что позитивно скажется на успеваемости. К тому же голограмму можно транслировать сразу в нескольких университетах. Это позволит охватить большую аудиторию и сэкономить время преподавательского состава.

Медицина

В 2013 году в Лондонском университете Святого Георгия наглядно показали, как можно использовать голограммы в медицине. Сотрудникам университета удалось создать полноценные интерактивные модели почек, черепа и других органов. Подобные голограммы органов вполне можно использовать для обучения студентов и в медицинской практике.

Развлечения

У нас уже была новость о немецком цирке, заменившем настоящих животных голограммами. Также с помощью голограмм можно создавать виртуальные копии предметов искусства или даже внедрять в музеи цифровых экскурсоводов. В пример можно привести электронного экскурсовода Нюшу из Музея истории Костромского края.

В последние годы популярность набирают голографические шоу и даже полноценные концерты с участием цифровых звезд.

Голограмма человека — уже не редкость, и людям доступны выступления электронных копий ушедших знаменитостей. Пара видео для ознакомления:

Виды голограмм

Сложные сценические голограммы можно условно разделить на два типа.

Голограммы, работающие на отражении

Такие голограммы работают с помощью светодиодного или проекционного экрана. Устройство располагается на полу, и изображение отражается в прозрачной пленке, натянутой под углом 45%.

За самой пленкой могут располагаться уже артисты и декорации. Таким образом реальность и иллюзия становятся одним целым.

Голограммы-проекции

Этот вид голограмм устроен еще проще. Он предполагает обратную проекцию на прозрачную пленку или стекло. Пример такой голограммы — уже знакомая нам Хацунэ Мику.

Конструкцию для создания такой голограммы куда проще смонтировать, но есть пара нюансов. Если вы хотите, чтобы ваши голограммы буквально парили в воздухе, нужно оборудовать затемненный фон, за которым не должно располагаться никаких объектов.

Как сделать голограмму

Голограммы выглядят завораживающе, поэтому многим кажется, что для их создания нужен дорогостоящий проектор. Так сколько же стоит голограмма? Конечно, с профессиональным оборудованием ваши возможности существенно вырастут, но создать простенькую голограмму можно даже в домашних условиях с минимальными затратами. Вот что для этого потребуется:

Из пластика нужно вырезать 4 трапеции с нижним основанием в 6 см и верхним в 1 см. Высота каждой фигурки должна равняться 3,5 см. Если вы хотите изготовить проектор побольше, можно сделать все стороны трапеции вдвое длиннее. Скрепив фигурки скотчем, мы получаем наш мини-проектор. Теперь осталось положить его на дисплей смартфона, включить видео для голограмм (таких предостаточно на YouTube) и наслаждаться.

Поделитесь этим с друзьями!

Постоянный автор HiTecher с 2017 года, журналист, имеет степень магистра по экономической безопасности. В сфере его интересов: программирование, робототехника, компьютерные игры, финансовые рынки.

Будьте первым, кто оставит комментарий

Пожалуйста, авторизируйтесь для возможности комментировать

Источник

Любительская голография — начало пути

Хочу рассказать об одном из своих интересов – оптической голографии. Нет, это про не те голограммы, что показаны в «Звёздных войнах», или видны в пирамидках на экранах мобильных телефонов, не про проекцию на плёнке и т. п. А то, о чём рассказывает Википедия в соответствующей статье, а ещё лучше в англоязычном варианте (это касается всех ссылок на Википедию по тексту). Не буду вдаваться в технические подробности и дебри уравнений (происходящие процессы очень сложны, и по теме написаны десятки объёмных монографий и сотни статей), а попробую очень кратко рассказать, что такое оптическая голография и чем она отличается от фотографии в практическом плане, что в ней такого интересного и каким образом можно в домашних условиях изготовить первую настоящую голограмму. Хоть процесс записи голограмм и похож на классический аналоговый фотографический процесс, но всё же он имеет ряд заметных отличий: другие оптические схемы, не нужен объектив, и соответственно нет необходимости в фокусировке, используются фотографические материалы со значительно большим разрешением, монохроматические источники излучения, принципиальное отсутствие негатива и позитива, строгие требования к отсутствию вибраций, иные правила композиции сцены и мн. др.

Итак, классическая цветная (в чёрно-белой всё также, только с одним каналом цвета) фотография, как аналоговая, так и цифровая, способна фиксировать только амплитуду световых волн, и посредством цветоделения опосредованно длину волны. Получается плоское изображение сцены строго с одного ракурса и с цветами, только с тем или иным успехом создающими для человека иллюзию исходных цветов. Использование свойств бинокулярного зрения и особых художественных приёмов может придать изображению некоторый объём, но также лишь с одного ракурса, цифровые VR системы не в счёт, речь про чистый аналог.

Малоизвестный процесс Липпмана, эксплуатируя явление интерференции света, непосредственно регистрирует, а затем воспроизводит исходный спектральный состав излучения. Вследствие интерференции на фотопластинке запечатлевается сложная картина взаимодействия всех пришедших от сцены световых волн, а в последствии дифракция на получившейся структуре снова восстанавливает эти волны в точности с той же длиной и пропорциональной амплитудой. Получается изображение аналогичное фотографическому, но с точной передачей спектра излучения без привлечения цветоделения и иных ухищрений. Почему же данный способ не вытеснил традиционную цветную фотографию, особенно учитывая, что он появился задолго до неё? Во-первых, высокая сложность: необходимы специальные высокоразрешающие фотоматериалы, особое плотно прилегающее к фотографической эмульсии зеркало (изначально использовалась жидкая ртуть), специальная химическая обработка, полученное изображение воспроизводится только под определёнными углами освещения и наблюдения, и пр. Во-вторых, и так хорошо, получаемые аддитивным смешением цвета́ для человека визуально тождественны исходным длинам волн.

Оптическая голография, также, как и процесс Липпмана эксплуатирует явление интерференции и фиксирует не только интенсивность, но и фазу световой волны, а значит направление падения каждого луча в сцене попавшего на фотографический материал. Происходит запись информации о световом поле, а не об изображении построенном объективом, как в классической фотографии. Потому технология и была названа голографией, что с др.-греческого переводится как «полный» и «пишу», т. е. полная запись, при этом сохраняется вся информация о падающем на регистрирующую среду свете. И при воспроизведении голографическое изображение получается практически неотличимо от оригинального в момент записи, несущее в себе множество признаков глубины, позволяющее рассмотреть запечатлённый объект в разных ракурсах в пределах некоторого угла (имеющее параллакс по одной или двум осям). Если есть тени, блики, отражения, преломления, то они достоверно передадутся, такая себе трассировка лучей.
К слову, существуют пленоптические камеры, реализующие некоторые возможности предоставляемые голографией, но они не получили пока особого распространения.

Для примера, очень удачная цветная голограмма (не моя):

Динамический диапазон сцены может достигать фантастических 1:1 000 000. Голограмма играет роль окна, через которое можно наблюдать сцену в том виде, в котором она была на момент записи. Каждая точка голограммы несёт в себе информацию о всех упавших лучах от всей сцены. Потому разделив голограмму на несколько частей мы потеряем часть информации о сцене, но не в таком объёме, как в случае классической фотографии, в случае голограммы изменив ракурс возможно удастся увидеть объекты сцены, которые были бы полностью потеряны в случае обыкновенной фотографии. Конечно, применение голографии не ограничивается только художественной голографией и развлечениями, это и контроль конструкционных материалов и технологических процессов, и научные исследования, и голографические оптические элементы, и перспективные способы хранения информации, и методы обработки информации и мн. др.

Как же происходит запись голограммы? Как правило для этого требуется два когерентных пучка света, один опорный, идёт непосредственно от лазера и непосредственно падает на регистрирующую среду. Второй отражается от объектов сцены и несёт информацию о ней. Именно они и интерферируют между собой, а полученная картина интерференционных полос фиксируется фотографическим материалом. Затем благодаря дифракции на полученной структуре только одного опорного пучка, не несущего обычно никакой информации, происходит восстановление объектного (второго пучка) и возникает изображение запечатлённой сцены. Происходит кодирование информации о сцене с участием опорного пучка выступающего в роли ключа, затем восстановление закодированной информации с использованием того-же ключа, пучка с такими же свойствами, как и у опорного в момент записи.

Существует множество видов голограмм и способов их записи, две наиболее простых и наглядных схемы это – схема Лейта-Упатниекса, дающая пропускающие голограммы, в ней и опорный пучок и объектный падают на фотоматериал с одной стороны. И схема Денисюка, дающая отражающие голограммы, когда пучки падают с разных сторон. Первые имеют очень высокую яркость и степень реализма, имеют несколько меньшие требования к разрешающей способности фотоматериалов и виброустойчивости, однако с ними сложно получить цветное изображение, а самое главное, что они могут быть воспроизведены только с помощью лазера (так называемые радужные голограммы воспроизводятся белым светом, но их пока рассматривать не будем). Вторые могут быть воспроизведены в обычном белом свете, голограмма самостоятельно вырезает из падающего света нужные ей длины волн, и при записи голограммы одновременно тремя лазерами можно получить цветное изображение. Оба способа имеют применение и легко реализуются, особенно второй, для которого достаточно положить фотопластинку на объект и осветить со стороны пластинки лазером. Не буду сюда вставлять чужие картинки со схемами, кои есть в той же Википедии, сосредоточусь на практической части. Отметив только, что недостатком кроме сложности процесса является необходимость использования высоко когерентного, а значит монохроматического излучения, и для записи цветного изображения также будет необходимо использовать три источника излучения. А также, как и в случае процесса Липпмана у голограмм при воспроизведении особые требования к освещению.

Также существует возможность рассчитать дифракционную картину на ЭВМ и затем записать её на фотоматериал, или отобразить рассчитанную интерференционную картину на голографическом дисплее, которые в данный момент находят на стадии ранних прототипов, например проект MIT. Но на практике к таким способам не прибегают, они пока находятся в стадии научных исследований, кроме фурье-голограмм, которые вполне реально напечатать на обыкновенном принтере, но они особого восторга не вызывают. Голограммы крупных размеров, со сложными эффектами, объектов не существующих в реальности обычно создаются гибридным способом, когда объектный лазерный пучок проходит через LCD панель, которая формирует изображение с одного из ракурсов, и затем интерферирует с опорным пучком на голографическом фотоматериале. Делая несколько экспозиций с разными изображениями получают так называемую мультиплексную голограмму. Немного информации о цифровых синтезированных голограммах есть в статье Википедии.

Что же необходимо для записи классического, полностью аналогового голографического изображения – создания оптической голограммы?

2176 лин./мм. Или, для отражательной голограммы при угле падения опорного пучка 45°, и падении объектного пучка перпендикулярно пластинке. Принимая коэффициент преломления стекла равным 1.6, получим угол опорного пучка после преломления равный arcsin(sin(45°) / 1.6)

4798 лин./мм.
Для этого используются различные приёмы, от того, что кладут объекты сцены непосредственно на фотоматериал, или фотоматериал на объекты, до оптических столов весом сотни килограмм с активными пневматическими опорами. Требования по вибрациям значительно смягчаются при использовании импульсного лазера, но при этом сам лазер становится самой сложной и дорогостоящей частью системы.

Второе. Специальные фотоматериалы, имеющие высокое разрешение (от 1 000 до 5 000 лин./мм и выше) и созданные специально для фиксирования интерференционной картины с использованием тех или иных схем. Существующие виды регистрирующих материалов:

Третье. Лазер также, как и механика, должен быть очень стабильным, причём требования к стабильности крайне высоки. В первую очередь он должен быть одномодовым, как по поперечным модам (один единственный пучок излучения), англ. single transverse, TEM₀₀, так и по продольным (одна частота излучения), англ. single longitudinal. Вот по последней характеристике и нужно искать подходящий лазер. Для голографии кроме длины волны крайне важен такой параметр излучения, как временна́я когерентность. В общих чертах он определяет стабильность параметров излучения во времени, максимально возможное время отставания одного луча по отношению к другому, при котором будет наблюдаться конрастная интерференционная картина. Так как скорость света очень высока, то удобнее манипулировать длиной когерентности (сколько свет проходит за время когерентности). Ширина линии лазерного излучения связана с длиной когерентности по формуле: центральная_длина_волны^2 / ширина_линии. Так для длины когерентности в 10 см ширина линии лазера для 650 нм должна составлять 0.004 нм.

Длина когерентности лазера ограничивает максимальную глубину сцены голограммы, но для разных схем по разному. Например, для схемы записи Денисюка, где объект находится за фотопластинкой, разница хода объектного и опорного пучка приблизительно составит расстояние которое прошел луч от фотопластинки до объекта и обратно. И максимальная глубина сцены составит примерно половину длины когерентности. В случае схемы Лейта-Упатниекса всё зависит от способа освещения, наличия и положения зеркал и светоделительной пластинки, и вполне можно добиться максимальной глубины сцены приблизительно равной длине когерентности.

К счастью, довольно много видов лазеров при правильном подходе способны дать требуемые характеристики, особенно в области малых мощностей. Так многие гелий-неоновые лазеры имеют излучение с длиной когерентности 15-20 см при мощности до десятков мВт. Как это ни странно, большинство недорогих красных лазерных указок и маломощных модулей до 5 мВт также вполне пригодны, и могут давать излучение с длиной когерентности от сантиметра до нескольких метров. А вот зелёные и синие лазерные указки часто не пригодны для чего-то большего чем для запись сцены с монетами в несколько миллиметров глубиной, но тут нужно изучать каждый экземпляр в отдельности, про это будет немного ниже. В общем, обзор лазеров, их выбор, способы питания и стабилизации – это тема для ещё одной, довольно объёмной статьи.

Перейдём непосредственно к практической части. Для первых экспериментов был выбран готовый набор для экспериментов в области голографии, включающий в себя подходящий лазер с блоком питания на батарейках, фотополимерные голографические пластинки, некоторую механику, документацию, тестовый объект в виде модели автомобиля, и другие вспомогательные объекты вроде брелока с синим светодиодом в качестве источника неактиничного (не влияющего на фотоматериалы) свет – Litiholo Hologram kit c дополнением Reflection upgrade.

Фотоматериалы. Фотополимер с защитным слоем на оптическом стекле толщиной 1.8 мм, заявленная дифракционная эффективность (что-то вроде КПД в данном случае) более 90%, чувствительность в диапазоне от 400 до 690 нм, т. е. можно записывать и цветные голограммы. Подходят, как для записи пропускающих, так и отражательных голограмм. Фотопластинки до экспонирования фиолетового цвета, после облучения лазером в наиболее освещённых местах обесцвечиваются, полное обесцвечивание производится ярким белым светом, никакой другой процедуры проявления или фиксирования не требуется.

Лазер. Полупроводниковый лазерный модуль 638 нм с заявленной мощностью 5 мВт, имеет переменный резистор для точной настройки тока и блок питания на батарейках, заявлен как пригодный для голографии.

В соответствии с комплектной инструкцией была собрана схема для записи пропускающих голограмм.

Лазер был предварительно прогрет (оставлен во включенном состоянии) в течении 15 минут, а генерируемый спектр проверен самым простым способом: за лазером устанавливается лист белой бумаги, а перед ним параллельно бумажному листу на расстоянии 30 см и перпендикулярно лучу стеклянная пластинка (например, предметное стекло для микроскопа или фотопластинка с удалённым чувствительным слоем), на листе должна наблюдаться чёткая интерференционная картина состоящая из светлых и тёмных полос, в тёмных промежутках должны отсутствовать более слабые светлые полосы, а сама картина должна быть стабильной во времени и как можно более контрастной. Если полосы не наблюдаются, смещаются во времени, или картина имеет очень низкую контрастность, то не имеет особого смысла пытаться записать голограмму, необходимо изменить ток лазера, дать ещё времени на прогрев и/или заменить сам лазер. Если картина чёткая и без промежуточных полос, то можно говорить о том, что длина когерентности не меньше чем толщина_пластинки * 2 * коэффициент_преломления. Так при толщине стекла 1.8 мм это число составит примерно 5.5 мм, потому лучше найти стекло потолще или лучше набор стёкол разной толщины. Скорее всего длина когерентности будет даже больше, так как без инструментальных способов измерения оценка контрастности слишком субъективна. Точнее можно будет сказать записав голограмму или воспользовавшись интерферометром Майкельсона.

Затем была произведена запись голограммы комплектного объекта, модели автомобиля.

К сожалению, камера не передаёт динамического диапазона получаемых изображений их яркости и объёма. Вживую, когда убираешь объект создаётся ощущение, что ничего не изменилось, что объект всё там же, только немного изменяется его освещённость, остаётся объём, отражения, тени, блики и возможность изменения угла наблюдения. Изображение проявляется только в свете лазерного излучения падающего под углом падения опорного пучка.

Следующей была собрана схема для записи отражательных голограмм с помощью дополнительных деталей из Reflection upgrade, которые лишены выше озвученного недостатка и видны в белом свете.

Тут уже необходимо сооружать башню для лазера, и ни о какой ¼ части длины волны речь не идёт. Однако это требование распространяется только на взаимное расположение объекта и фотоматериала, и некоторых оптических элементов, лазер просто не должен откровенно болтаться, и всё будет хорошо.

Полученные голограммы видны в белом свете, лучше всего подходят точечные источники с непрерывным спектром, солнечный свет или свет от галогенных ламп, а угол падения светового пучка должен быть тем же, что и при записи. Коэффициент цветопередачи источника освещения крайне важен, так как отражательная голограмма создаёт изображение отражая некоторый диапазон длин волн, а остальные пропускает, и этот самый диапазон для максимальной яркости изображения должен содержаться в свете в полном объёме. Так как запись ведётся красным лазером, то этот диапазон получается красно-желтым, цвет зависит от угла падения света, и изображение получается несколько приятнее на вид, чем монохромное в свете лазерного излучения.

Голограммы получились, и это показывает, как легко можно начать (а для кого-то и закончить, если не зацепило) развиваться в этом довольно популярном на западе, и практически забытом на пост советском пространстве увлечении, которое вполне может перейти в профессиональное и коммерческое русло, например изготовление изобразительных голограмм на заказ. Также это отличная тема для привлечения интереса школьников к наукам, кружковой деятельности, первых научных работ, затрагивающая и способная интегрировать множество разделов физики, техники, технологии, химии, радиоэлектроники, информационных технологий.

Если тема вызовет интерес, то постараюсь ещё написать про механику, оптику, лазеры, фотоматериалы, в том числе самодельные и т. д. Также с удовольствием учту все замечания и пожелания, дополню статью недостающей по мнению читателей информацией.

Для более глубокого изучения вопроса также могу порекомендовать следующие источники:

Источник