Η ολογραφική εικόνα χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο σήμερα. Κάποιοι μάλιστα πιστεύουν ότι μπορεί τελικά να αντικαταστήσει τα γνωστά σε εμάς μέσα επικοινωνίας. Είτε αρέσει είτε όχι, αλλά τώρα χρησιμοποιείται ενεργά σε μια ποικιλία βιομηχανιών. Για παράδειγμα, όλοι γνωρίζουμε τα ολογραφικά αυτοκόλλητα. Πολλοί κατασκευαστές τα χρησιμοποιούν ως μέσο προστασίας από την παραχάραξη. Η παρακάτω φωτογραφία δείχνει μερικά από τα ολογραφικά αυτοκόλλητα. Η χρήση τους είναι ένας πολύ αποτελεσματικός τρόπος για την προστασία αγαθών ή εγγράφων από πλαστογραφία.
Ιστορία της μελέτης της ολογραφίας
Η τρισδιάστατη εικόνα που προκύπτει από τη διάθλαση των ακτίνων άρχισε να μελετάται σχετικά πρόσφατα. Ωστόσο, μπορούμε ήδη να μιλήσουμε για την ύπαρξη ιστορικού μελέτης του. Ο Dennis Gabor, ένας Άγγλος επιστήμονας, όρισε για πρώτη φορά την ολογραφία το 1948. Αυτή η ανακάλυψη ήταν πολύ σημαντική, αλλά η μεγάλη σημασία της εκείνη την εποχή δεν ήταν ακόμη εμφανής. Οι ερευνητές που εργάστηκαν στη δεκαετία του 1950 υπέφεραν από την έλλειψη μιας συνεκτικής πηγής φωτός, μια πολύ σημαντική ιδιότητα για την ανάπτυξη της ολογραφίας. Πρώτο λέιζερκατασκευάστηκε το 1960. Με αυτή τη συσκευή είναι δυνατό να αποκτήσετε φως 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, η έρευνα συνεχίστηκε. Έκτοτε έχουν δημοσιευτεί εκατοντάδες επιστημονικές εργασίες που διερευνούν την έννοια της ολογραφίας και έχουν δημοσιευτεί πολλά βιβλία σχετικά με τη μέθοδο. Ωστόσο, τα έργα αυτά απευθύνονται σε ειδικούς, όχι στον γενικό αναγνώστη. Σε αυτό το άρθρο θα προσπαθήσουμε να πούμε για τα πάντα σε μια προσβάσιμη γλώσσα.
Τι είναι η ολογραφία
Μπορεί να προταθεί ο ακόλουθος ορισμός: Η ολογραφία είναι μια τρισδιάστατη φωτογραφία που λαμβάνεται με χρήση λέιζερ. Ωστόσο, αυτός ο ορισμός δεν είναι απολύτως ικανοποιητικός, καθώς υπάρχουν πολλά άλλα είδη τρισδιάστατης φωτογραφίας. Ωστόσο, αντανακλά το πιο σημαντικό: η ολογραφία είναι μια τεχνική μέθοδος που σας επιτρέπει να "καταγράψετε" την εμφάνιση ενός αντικειμένου. με τη βοήθειά του, λαμβάνεται μια τρισδιάστατη εικόνα που μοιάζει με πραγματικό αντικείμενο. η χρήση λέιζερ έπαιξε καθοριστικό ρόλο στην ανάπτυξή του.
Ολογραφία και οι εφαρμογές της
Η μελέτη της ολογραφίας μας επιτρέπει να ξεκαθαρίσουμε πολλά ζητήματα που σχετίζονται με τη συμβατική φωτογραφία. Ως εικαστική τέχνη, η τρισδιάστατη απεικόνιση μπορεί ακόμη και να αμφισβητήσει το τελευταίο, καθώς σας επιτρέπει να αντικατοπτρίζετε τον κόσμο γύρω σας με μεγαλύτερη ακρίβεια και σωστά.
Οι επιστήμονες μερικές φορές ξεχωρίζουν εποχές στην ιστορία της ανθρωπότητας με μέσασυνδέσεις που ήταν γνωστές σε ορισμένους αιώνες. Μπορούμε να μιλήσουμε, για παράδειγμα, για τα ιερογλυφικά που υπήρχαν στην αρχαία Αίγυπτο, για την εφεύρεση του τυπογραφείου το 1450. Σε σχέση με την τεχνολογική πρόοδο που παρατηρείται στην εποχή μας, νέα μέσα επικοινωνίας, όπως η τηλεόραση και το τηλέφωνο, έχουν πάρει κυρίαρχη θέση. Παρόλο που η ολογραφική αρχή βρίσκεται ακόμη σε αρχικό στάδιο όσον αφορά τη χρήση της στα μέσα ενημέρωσης, υπάρχουν λόγοι να πιστεύουμε ότι οι συσκευές που βασίζονται σε αυτήν στο μέλλον θα μπορούν να αντικαταστήσουν τα γνωστά σε εμάς μέσα επικοινωνίας ή τουλάχιστον να επεκτείνουν εύρος.
Η λογοτεχνία επιστημονικής φαντασίας και η κύρια έντυπη έκδοση συχνά απεικονίζουν την ολογραφία με λάθος, παραμορφωμένο φως. Συχνά δημιουργούν μια εσφαλμένη αντίληψη σχετικά με αυτή τη μέθοδο. Η ογκομετρική εικόνα, που βλέπουμε για πρώτη φορά, συναρπάζει. Ωστόσο, δεν είναι λιγότερο εντυπωσιακή η φυσική εξήγηση της αρχής της συσκευής του.
μοτίβο παρεμβολών
Η ικανότητα να βλέπουμε αντικείμενα βασίζεται στο γεγονός ότι τα κύματα φωτός, που διαθλώνται από αυτά ή αντανακλώνται από αυτά, εισέρχονται στο μάτι μας. Τα φωτεινά κύματα που ανακλώνται από κάποιο αντικείμενο χαρακτηρίζονται από το σχήμα του μετώπου κύματος που αντιστοιχεί στο σχήμα αυτού του αντικειμένου. Το σχέδιο των σκοτεινών και φωτεινών ζωνών (ή γραμμών) δημιουργείται από δύο ομάδες συνεκτικών κυμάτων φωτός που παρεμβαίνουν. Έτσι σχηματίζεται μια ογκομετρική ολογραφία. Σε αυτή την περίπτωση, αυτές οι ζώνες σε κάθε συγκεκριμένη περίπτωση αποτελούν έναν συνδυασμό που εξαρτάται μόνο από το σχήμα των μετώπων κυμάτων των κυμάτων που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Τέτοιοςη εικόνα ονομάζεται παρεμβολή. Μπορεί να στερεωθεί, για παράδειγμα, σε μια φωτογραφική πλάκα, εάν τοποθετηθεί σε σημείο όπου παρατηρούνται παρεμβολές κυμάτων.
Ποικιλία ολογραμμάτων
Η μέθοδος που σας επιτρέπει να καταγράψετε (καταγράψετε) το μέτωπο κύματος που ανακλάται από το αντικείμενο και στη συνέχεια να το επαναφέρετε έτσι ώστε να φαίνεται στον παρατηρητή ότι βλέπει ένα πραγματικό αντικείμενο και είναι ολογραφία. Αυτό είναι ένα εφέ που οφείλεται στο γεγονός ότι η εικόνα που προκύπτει είναι τρισδιάστατη με τον ίδιο τρόπο όπως το πραγματικό αντικείμενο.
Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι ολογραμμάτων που είναι εύκολο να μπερδευτείς. Για τον ξεκάθαρο ορισμό ενός συγκεκριμένου είδους, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται τέσσερα ή και πέντε επίθετα. Από όλο το σετ τους, θα εξετάσουμε μόνο τις κύριες κατηγορίες που χρησιμοποιούνται από τη σύγχρονη ολογραφία. Ωστόσο, πρώτα πρέπει να μιλήσετε λίγο για ένα τέτοιο φαινόμενο κυμάτων όπως η περίθλαση. Είναι αυτή που μας επιτρέπει να κατασκευάσουμε (ή μάλλον, να ανακατασκευάσουμε) το μέτωπο του κύματος.
Περίθλαση
Αν οποιοδήποτε αντικείμενο βρίσκεται στο μονοπάτι του φωτός, ρίχνει μια σκιά. Το φως κάμπτεται γύρω από αυτό το αντικείμενο, εισχωρώντας εν μέρει στην περιοχή της σκιάς. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται περίθλαση. Εξηγείται από την κυματική φύση του φωτός, αλλά είναι μάλλον δύσκολο να εξηγηθεί αυστηρά.
Μόνο σε πολύ μικρή γωνία το φως διαπερνά την περιοχή της σκιάς, επομένως δεν το παρατηρούμε σχεδόν καθόλου. Ωστόσο, εάν υπάρχουν πολλά μικρά εμπόδια στο πέρασμά του, η απόσταση μεταξύ των οποίων είναι μόνο μερικά μήκη κύματος φωτός, αυτό το φαινόμενο γίνεται αρκετά αισθητό.
Εάν η πτώση του μετώπου κύματος πέσει σε ένα μεγάλο εμπόδιο, το αντίστοιχο τμήμα του "πέφτει έξω", το οποίο πρακτικά δεν επηρεάζει την υπόλοιπη περιοχή αυτού του μετώπου κύματος. Εάν υπάρχουν πολλά μικρά εμπόδια στο πέρασμά του, αλλάζει ως αποτέλεσμα της περίθλασης, έτσι ώστε το φως που διαδίδεται πίσω από το εμπόδιο να έχει ένα ποιοτικά διαφορετικό μέτωπο κύματος.
Ο μετασχηματισμός είναι τόσο δυνατός που το φως αρχίζει ακόμη και να εξαπλώνεται προς την άλλη κατεύθυνση. Αποδεικνύεται ότι η περίθλαση μας επιτρέπει να μετατρέψουμε το αρχικό μέτωπο κύματος σε ένα εντελώς διαφορετικό. Έτσι, η περίθλαση είναι ο μηχανισμός με τον οποίο λαμβάνουμε ένα νέο μέτωπο κύματος. Η συσκευή που το σχηματίζει με τον παραπάνω τρόπο ονομάζεται πλέγμα περίθλασης. Ας το μιλήσουμε πιο αναλυτικά.
Σχάρα περίθλασης
Αυτό είναι ένα μικρό πιάτο με λεπτές ίσιες παράλληλες πινελιές (γραμμές) που εφαρμόζονται πάνω του. Χωρίζονται μεταξύ τους κατά ένα εκατοστό ή και ένα χιλιοστό του χιλιοστού. Τι συμβαίνει εάν μια ακτίνα λέιζερ συναντήσει στο δρόμο της ένα πλέγμα, το οποίο αποτελείται από πολλές θολές σκοτεινές και φωτεινές λωρίδες; Μέρος του θα περάσει κατευθείαν μέσα από τη σχάρα και ένα μέρος θα λυγίσει. Έτσι, σχηματίζονται δύο νέες δοκοί, οι οποίες εξέρχονται από το πλέγμα υπό ορισμένη γωνία ως προς την αρχική δοκό και βρίσκονται και στις δύο πλευρές της. Εάν μια δέσμη λέιζερ έχει, για παράδειγμα, ένα επίπεδο μέτωπο κύματος, δύο νέες δέσμες που σχηματίζονται στις πλευρές της θα έχουν επίσης επίπεδα μέτωπα κύματος. Έτσι, περνώντας απόδέσμη λέιζερ πλέγματος περίθλασης, σχηματίζουμε δύο νέα μέτωπα κύματος (επίπεδα). Προφανώς, ένα πλέγμα περίθλασης μπορεί να θεωρηθεί ως το απλούστερο παράδειγμα ολογράμματος.
Εγγραφή ολογράμματος
Η εισαγωγή στις βασικές αρχές της ολογραφίας θα πρέπει να ξεκινήσει με τη μελέτη δύο μετώπων επίπεδων κυμάτων. Αλληλεπιδρώντας, σχηματίζουν ένα μοτίβο παρεμβολής, το οποίο καταγράφεται σε μια φωτογραφική πλάκα τοποθετημένη στο ίδιο σημείο με την οθόνη. Αυτό το στάδιο της διαδικασίας (το πρώτο) στην ολογραφία ονομάζεται καταγραφή (ή καταχώρηση) του ολογράμματος.
Αποκατάσταση εικόνας
Θα υποθέσουμε ότι ένα από τα επίπεδα κύματα είναι το Α και το δεύτερο είναι το Β. Το κύμα Α ονομάζεται κύμα αναφοράς και το Β ονομάζεται κύμα αντικειμένου, δηλαδή ανακλάται από το αντικείμενο του οποίου η εικόνα είναι σταθερή. Μπορεί να μην διαφέρει με κανέναν τρόπο από το κύμα αναφοράς. Ωστόσο, όταν δημιουργείται ένα ολόγραμμα ενός τρισδιάστατου πραγματικού αντικειμένου, σχηματίζεται ένα πολύ πιο περίπλοκο μέτωπο κύματος φωτός που ανακλάται από το αντικείμενο.
Το μοτίβο παρεμβολής που παρουσιάζεται στο φωτογραφικό φιλμ (δηλαδή η εικόνα ενός πλέγματος περίθλασης) είναι ένα ολόγραμμα. Μπορεί να τοποθετηθεί στη διαδρομή της κύριας δέσμης αναφοράς (δέσμη φωτός λέιζερ με επίπεδο μέτωπο κύματος). Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζονται 2 μέτωπα νέων κυμάτων και στις δύο πλευρές. Το πρώτο από αυτά είναι ένα ακριβές αντίγραφο του μετώπου κύματος του αντικειμένου, το οποίο διαδίδεται στην ίδια κατεύθυνση με το κύμα Β. Το παραπάνω στάδιο ονομάζεται ανακατασκευή εικόνας.
Ολογραφική διαδικασία
Το μοτίβο παρεμβολής που δημιουργήθηκε από δύοΕπίπεδα συνεκτικά κύματα, μετά την καταγραφή του σε φωτογραφική πλάκα, είναι μια συσκευή που επιτρέπει, σε περίπτωση φωτισμού ενός από αυτά τα κύματα, να επαναφέρει ένα άλλο επίπεδο κύμα. Η ολογραφική διαδικασία, επομένως, έχει τα ακόλουθα στάδια: καταχώρηση και επακόλουθη "αποθήκευση" του μετώπου κυματοειδούς με τη μορφή ολογράμματος (μοτίβο παρεμβολής) και αποκατάστασή του μετά από οποιαδήποτε στιγμή που το κύμα αναφοράς περάσει μέσα από το ολόγραμμα.
Το αντικειμενικό μέτωπο κύματος μπορεί στην πραγματικότητα να είναι οτιδήποτε. Για παράδειγμα, μπορεί να ανακλάται από κάποιο πραγματικό αντικείμενο, εάν ταυτόχρονα είναι συνεκτικό με το κύμα αναφοράς. Σχηματισμένο από οποιαδήποτε δύο μέτωπα κυμάτων με συνοχή, το σχέδιο παρεμβολής είναι μια συσκευή που επιτρέπει, λόγω περίθλασης, να μετατρέψει ένα από αυτά τα μέτωπα σε ένα άλλο. Εδώ είναι που κρύβεται το κλειδί για ένα φαινόμενο όπως η ολογραφία. Ο Dennis Gabor ήταν ο πρώτος που ανακάλυψε αυτό το ακίνητο.
παρατήρηση της εικόνας που σχηματίζεται από το ολόγραμμα
Στην εποχή μας, μια ειδική συσκευή, ένας ολογραφικός προβολέας, αρχίζει να χρησιμοποιείται για την ανάγνωση ολογραμμάτων. Σας επιτρέπει να μετατρέψετε μια εικόνα από 2D σε 3D. Ωστόσο, για να δείτε απλά ολογράμματα, δεν απαιτείται καθόλου ολογραφικός προβολέας. Ας μιλήσουμε εν συντομία για τον τρόπο προβολής τέτοιων εικόνων.
Για να παρατηρήσετε την εικόνα που σχηματίζεται από το απλούστερο ολόγραμμα, πρέπει να το τοποθετήσετε σε απόσταση περίπου 1 μέτρου από το μάτι. Πρέπει να κοιτάξετε μέσα από το πλέγμα περίθλασης προς την κατεύθυνση στην οποία βγαίνουν τα επίπεδα κύματα (ανακατασκευασμένα) από αυτό. Δεδομένου ότι είναι τα επίπεδα κύματα που εισέρχονται στο μάτι του παρατηρητή, η ολογραφική εικόνα είναι επίσης επίπεδη. Μας φαίνεται σαν ένας «τυφλός τοίχος», ο οποίος φωτίζεται ομοιόμορφα από φως που έχει το ίδιο χρώμα με την αντίστοιχη ακτινοβολία λέιζερ. Δεδομένου ότι αυτός ο "τοίχος" στερείται συγκεκριμένων χαρακτηριστικών, είναι αδύνατο να προσδιοριστεί πόσο μακριά είναι. Φαίνεται σαν να κοιτάτε έναν εκτεταμένο τοίχο που βρίσκεται στο άπειρο, αλλά ταυτόχρονα βλέπετε μόνο ένα μέρος του, το οποίο μπορείτε να δείτε μέσα από ένα μικρό «παράθυρο», δηλαδή ένα ολόγραμμα. Επομένως, ένα ολόγραμμα είναι μια ομοιόμορφα φωτεινή επιφάνεια στην οποία δεν παρατηρούμε τίποτα άξιο προσοχής.
Το πλέγμα περίθλασης (ολόγραμμα) μας επιτρέπει να παρατηρούμε αρκετά απλά εφέ. Μπορούν επίσης να αποδειχθούν χρησιμοποιώντας άλλους τύπους ολογραμμάτων. Περνώντας μέσα από το πλέγμα περίθλασης, η δέσμη φωτός χωρίζεται, σχηματίζονται δύο νέες δέσμες. Οι ακτίνες λέιζερ μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να φωτίσουν οποιοδήποτε πλέγμα περίθλασης. Σε αυτή την περίπτωση, η ακτινοβολία θα πρέπει να διαφέρει ως προς το χρώμα από αυτό που χρησιμοποιείται κατά την καταγραφή της. Η γωνία κάμψης μιας έγχρωμης δέσμης εξαρτάται από το χρώμα που έχει. Εάν είναι κόκκινη (το μεγαλύτερο μήκος κύματος), τότε μια τέτοια δέσμη κάμπτεται σε μεγαλύτερη γωνία από τη μπλε δέσμη, η οποία έχει το μικρότερο μήκος κύματος.
Μέσω του πλέγματος περίθλασης, μπορείτε να παραλείψετε ένα μείγμα όλων των χρωμάτων, δηλαδή το λευκό. Σε αυτήν την περίπτωση, κάθε χρωματικό στοιχείο αυτού του ολογράμματος κάμπτεται στη δική του γωνία. Η έξοδος είναι ένα φάσμαπαρόμοιο με αυτό που δημιουργείται από ένα πρίσμα.
Τοποθέτηση διαδρομής πλέγματος περίθλασης
Οι πινελιές του πλέγματος περίθλασης πρέπει να γίνονται πολύ κοντά η μία στην άλλη, ώστε να είναι αισθητή η κάμψη των ακτίνων. Για παράδειγμα, για να κάμψετε την κόκκινη δέσμη κατά 20°, είναι απαραίτητο η απόσταση μεταξύ των διαδρομών να μην υπερβαίνει τα 0,002 mm. Εάν τοποθετηθούν πιο κοντά, η δέσμη φωτός αρχίζει να λυγίζει ακόμη περισσότερο. Για την «καταγραφή» αυτής της σχάρας χρειάζεται μια φωτογραφική πλάκα, η οποία είναι ικανή να καταγράψει τόσο λεπτές λεπτομέρειες. Επιπλέον, είναι απαραίτητο η πλάκα να παραμένει εντελώς ακίνητη κατά την έκθεση, καθώς και κατά την εγγραφή.
Η εικόνα μπορεί να είναι σημαντικά θολή ακόμα και με την παραμικρή κίνηση, και τόσο πολύ που θα είναι εντελώς δυσδιάκριτη. Σε αυτή την περίπτωση, δεν θα δούμε ένα μοτίβο παρεμβολής, αλλά απλώς μια γυάλινη πλάκα, ομοιόμορφα μαύρη ή γκρι σε ολόκληρη την επιφάνειά της. Φυσικά, σε αυτήν την περίπτωση, τα φαινόμενα περίθλασης που δημιουργούνται από το πλέγμα περίθλασης δεν θα αναπαραχθούν.
Μετάδοση και ανακλαστικά ολογράμματα
Το πλέγμα περίθλασης που εξετάσαμε ονομάζεται μεταδοτικό, αφού δρα στο φως που περνά μέσα από αυτό. Αν εφαρμόσουμε τις γραμμές σχάρας όχι σε διαφανή πλάκα, αλλά στην επιφάνεια ενός καθρέφτη, θα πάρουμε ένα ανακλαστικό πλέγμα περίθλασης. Αντανακλά διαφορετικά χρώματα φωτός από διαφορετικές γωνίες. Κατά συνέπεια, υπάρχουν δύο μεγάλες κατηγορίες ολογραμμάτων - ανακλαστικά και μεταδοτικά. Τα πρώτα παρατηρούνται στο ανακλώμενο φως, ενώ τα δεύτερα στο εκπεμπόμενο φως.
