Голография - Holography

Две фотографии одной голограммы, сделанные с разных точек зрения

Голография - это метод, который позволяет записывать волновой фронт и позже реконструировать его. Голография наиболее известна как метод создания трехмерных изображений, но она также имеет широкий спектр других приложений . В принципе, можно сделать голограмму для любого типа волны .

Голограмма создается путем наложения второго волнового фронта (обычно называемого опорным лучом) на интересующий волновой фронт, тем самым создавая интерференционную картину, которая записывается на физическом носителе. Когда только второй волновой фронт освещает интерференционную картину, он дифрагирует, чтобы воссоздать исходный волновой фронт. Голограммы также могут быть созданы на компьютере путем моделирования двух волновых фронтов и сложения их в цифровом виде. Полученное цифровое изображение затем печатается на подходящей маске или пленке и освещается подходящим источником для восстановления интересующего волнового фронта.

Обзор и история

Венгерский - британский физик Деннис Габор (Венгерский: Габор Dénes ) был удостоен Нобелевской премии по физике в 1971 г. «за изобретение и разработку голографического метода».

Его работа, сделанная в конце 1940 - х годов, была построена на новаторскую работу в области рентгеновской микроскопии другими учеными , включая Вольфке в 1920 и Уильям Лоуренс Брэгг в 1939 г. Это открытие было неожиданным результатом исследования на улучшение электронных микроскопов в British Thomson-Houston Company (ВТН) в регби , Англия, и компания подала патент в декабре 1947 года (патент GB685286). Первоначально изобретенный метод до сих пор используется в электронной микроскопии , где он известен как электронная голография , но оптическая голография не развивалась до появления лазера в 1960 году. Слово голография происходит от греческих слов ὅλος ( holos ; «весь»; ") и γραφή ( graphē ;" письмо "или" рисунок ").

Голограмма - это запись интерференционной картины, которая может воспроизводить трехмерное световое поле с использованием дифракции. Воспроизведенное световое поле может генерировать изображение, которое все еще имеет глубину, параллакс и другие свойства исходной сцены. Голограмма - это фотографическая запись светового поля, а не изображение, сформированное линзой . Голографический носитель, например объект, созданный с помощью голографического процесса (который может называться голограммой), обычно непонятен при просмотре в рассеянном окружающем свете . Это кодирование светового поля как интерференционной картины вариаций непрозрачности , плотности или профиля поверхности фотографического носителя. При подходящем освещении интерференционная картина дифрагирует свет до точного воспроизведения исходного светового поля, а находящиеся в нем объекты демонстрируют визуальные признаки глубины, такие как параллакс и перспектива, которые реалистично меняются с разными углами обзора. То есть вид изображения под разными углами представляет собой объект, рассматриваемый под одинаковыми углами. В этом смысле голограммы не обладают иллюзией глубины, но представляют собой действительно трехмерные изображения.

Горизонтальный симметричный текст, Дитер Юнг

Развитие лазера позволило первые практические оптические голограммы, зафиксированного 3D - объекты , которые будут сделаны в 1962 году Юрий Денисюк в Советском Союзе и Emmett Лейт и Упатниекс в Университете штата Мичиган , США. В ранних голограммах в качестве носителя записи использовались фотоэмульсии галогенида серебра . Они были не очень эффективны, поскольку изготовленная решетка поглощала большую часть падающего света. Были разработаны различные методы преобразования изменения пропускания в изменение показателя преломления (известные как «обесцвечивание»), которые позволили создавать гораздо более эффективные голограммы.

Для оптической голографии требуется лазерный свет для записи светового поля. На первых порах голография требовала мощных и дорогих лазеров, но в настоящее время недорогие лазерные диоды массового производства , такие как те, которые используются в DVD-рекордерах и используются в других распространенных приложениях, могут использоваться для создания голограмм и голографии. гораздо более доступным для исследователей с низким бюджетом, художников и увлеченных любителей. Микроскопический уровень детализации по всей записанной сцене может быть воспроизведен. Однако трехмерное изображение можно просматривать и без использования лазера. В обычной практике, однако, большие компромиссы в качестве изображения заключаются в том, чтобы устранить необходимость в лазерном освещении для просмотра голограммы, а в некоторых случаях и для ее создания. Голографические портретная часто прибегает к не голографической промежуточной процедуре визуализации, чтобы избежать опасных мощных импульсных лазеров , которые были бы необходимы , чтобы оптический «заморозить» двигающиеся объекты , как прекрасно , как голографический процесс записи чрезвычайно движения непереносимости требуется. Голограммы теперь также могут быть полностью сгенерированы компьютером, чтобы показывать объекты или сцены, которых никогда не существовало. Большинство голограмм производства являются статическими объектами , но системы для отображения меняющихся сцен на голографический объемный дисплее в настоящее время разрабатываются.

Голография отличается от лентикулярных и других более ранних технологий автостереоскопического 3D-отображения, которые могут давать внешне похожие результаты, но основаны на традиционном отображении линз. Изображения, требующие помощи специальных очков или другой промежуточной оптики , сценические иллюзии, такие как Призрак Пеппера и другие необычные, сбивающие с толку или кажущиеся волшебными изображения, часто неправильно называются голограммами.

Он также отличается от зеркальной голографии, которая представляет собой метод создания трехмерных изображений путем управления движением зеркал на двумерной поверхности. Он работает путем отражения или преломления пучков световых лучей, а не за счет интерференции и дифракции.

Голография также используется со многими другими типами волн .

Как это работает

Запись голограммы

Реконструкция голограммы

Это фотография небольшой части неотбеленной пропускающей голограммы, просматриваемой через микроскоп. На голограмме были запечатлены изображения игрушечного фургона и автомобиля. Невозможно отличить объект голограммы от этого узора не больше, чем определить, какая музыка была записана, глядя на поверхность компакт-диска . Голографическая информация записывается спекл-рисунком .

Голография - это метод, который позволяет записывать световое поле (которое, как правило, является результатом рассеяния источника света от объектов), а затем восстанавливать его, когда исходное световое поле больше не присутствует из-за отсутствия исходных объектов. Голографию можно рассматривать как нечто похожее на запись звука , в которой звуковое поле, создаваемое вибрирующей материей, такой как музыкальные инструменты или голосовые связки , кодируется таким образом, что его можно воспроизвести позже, без присутствия исходной вибрирующей материи. Тем не менее, это еще больше похоже на Ambisonic запись звука , в которой любой угол прослушивания звукового поля может быть воспроизведен в воспроизводстве.

Лазерный

В лазерной голографии голограмма записывается с помощью источника лазерного света, очень чистого по цвету и упорядоченного по составу. Могут быть использованы различные установки и могут быть изготовлены несколько типов голограмм, но все они включают взаимодействие света, исходящего с разных направлений, и создание микроскопической интерференционной картины, которую фотографически фиксирует пластина , пленка или другой носитель .

В одной из распространенных схем лазерный луч разделяется на два, один из которых называется объектным лучом, а другой - опорным . Луч объекта расширяется, пропуская его через линзу, и используется для освещения объекта. Носитель записи находится там, где этот свет, отражаясь или рассеиваясь объектом, падает на него. Края медиума в конечном итоге будут служить окном, через которое виден объект, поэтому его местоположение выбирается с учетом этого. Опорный луч расширяется и направляется прямо на среду, где он взаимодействует со светом, исходящим от объекта, для создания желаемой интерференционной картины.

Как и обычная фотография, голография требует соответствующего времени экспозиции, чтобы правильно воздействовать на носитель записи. В отличие от обычной фотографии, во время экспонирования источник света, оптические элементы, носитель записи и объект должны оставаться неподвижными относительно друг друга с точностью до четверти длины волны света, иначе интерференционная картина будет размыта. и голограмма испортилась. С живыми объектами и некоторыми нестабильными материалами это возможно только при использовании очень интенсивного и чрезвычайно короткого импульса лазерного света - опасной процедуры, которая является редкой и редко проводится за пределами научных и промышленных лабораторий. Типичными являются экспозиции продолжительностью от нескольких секунд до нескольких минут с использованием гораздо менее мощного непрерывно работающего лазера.

Аппарат

Голограмму можно создать, направив часть светового луча непосредственно на носитель записи, а другую часть - на объект таким образом, чтобы часть рассеянного света попадала на носитель записи. Более гибкое устройство для записи голограммы требует, чтобы лазерный луч направлялся через ряд элементов, которые изменяют его по-разному. Первый элемент - это светоделитель, который делит луч на два идентичных луча, каждый из которых направлен в разные стороны:

• Один луч (известный как «освещение» или «объектный луч») распространяется с помощью линз и направляется на сцену с помощью зеркал . Часть света, рассеянного (отраженного) от сцены, затем падает на носитель записи.
• Второй луч (известный как «опорный луч») также распространяется за счет использования линз, но направлен так, чтобы он не соприкасался с сценой, а вместо этого проходит непосредственно на носитель записи.

В качестве носителя записи можно использовать несколько различных материалов. Одной из наиболее распространенных является пленка, очень похожая на фотопленку ( фотоэмульсия на основе галогенида серебра ), но с гораздо более высокой концентрацией светореактивных зерен, что делает ее способной к гораздо более высокому разрешению, которое требуется для голограмм. Слой этого носителя записи (например, галогенида серебра) прикреплен к прозрачной подложке, которая обычно представляет собой стекло, но также может быть пластиком.

Процесс

Когда два лазерных луча достигают носителя записи, их световые волны пересекаются и интерферируют друг с другом. Именно эта интерференционная картина запечатлевается на носителе записи. Сам узор кажется случайным, так как он представляет то, как свет сцены мешает исходному источнику света, но не самому исходному источнику света. Интерференционный узор можно рассматривать как закодированную версию сцены, требующую определенного ключа - исходного источника света - для просмотра его содержимого.

Этот недостающий ключ создается позже путем освещения проявленной пленки лазером, идентичным тому, который использовался для записи голограммы. Когда этот луч освещает голограмму, он дифрагирует на поверхностном узоре голограммы. Это создает световое поле, идентичное тому, которое изначально создается сценой и рассеивается на голограмме.

Сравнение с фотографией

Голографию можно лучше понять, изучив ее отличия от обычной фотографии :

• Голограмма представляет собой запись информации о свете, исходящем от исходной сцены, рассеянном в разных направлениях, а не только в одном направлении, как на фотографии. Это позволяет рассматривать сцену под разными углами, как если бы она все еще присутствовала.
• Фотография может быть записана с использованием обычных источников света (солнечный свет или электрическое освещение), тогда как для записи голограммы требуется лазер.
• В фотографии требуется объектив для записи изображения, тогда как в голографии свет от объекта рассеивается непосредственно на носителе записи.
• Голографическая запись требует, чтобы второй световой луч (опорный луч) был направлен на носитель записи.
• Фотографию можно просматривать в широком диапазоне условий освещения, тогда как голограммы можно просматривать только при очень специфических формах освещения.
• Когда фотография разрезается пополам, каждая часть показывает половину сцены. Когда голограмма разрезается пополам, в каждой части все еще можно увидеть всю сцену. Это потому, что, в то время как каждая точка на фотографии представляет собой только свет, рассеянный из одной точки сцены, каждая точка на голографической записи включает в себя информацию о свете, рассеянном из каждой точки сцены. Это можно представить как просмотр улицы за пределами дома через окно размером 120 см на 120 см (4 фута на 4 фута), а затем через окно размером 60 см на 120 см (2 фута на 4 фута). Можно увидеть все те же вещи через окно меньшего размера (путем перемещения головки , чтобы изменить угол обзора), но зритель может видеть больше сразу через 120 см окна (4 фута).
• Фотография - это двухмерное представление, которое может воспроизводить только элементарный трехмерный эффект, тогда как воспроизведенный диапазон просмотра голограммы добавляет гораздо больше сигналов восприятия глубины , которые присутствовали в исходной сцене. Эти сигналы распознаются человеческим мозгом и преобразуются в такое же восприятие трехмерного изображения, как при просмотре исходной сцены.
• Фотография четко отображает световое поле исходной сцены. Поверхность проявленной голограммы состоит из очень тонкого, на первый взгляд случайного рисунка, который, кажется, не имеет никакого отношения к записанной ею сцене.

Физика голографии

Для лучшего понимания процесса необходимо понимать интерференцию и дифракцию. Помехи возникают при наложении одного или нескольких волновых фронтов . Дифракция возникает, когда волновой фронт встречает объект. Процесс создания голографической реконструкции объясняется ниже исключительно с точки зрения интерференции и дифракции. Он несколько упрощен, но достаточно точен, чтобы дать представление о том, как работает голографический процесс.

Тем, кто не знаком с этими концепциями, стоит прочитать эти статьи, прежде чем читать дальше в этой статье.

Плоские волновые фронты

Дифракционная решетка представляет собой структуру с повторяющимся узором. Простой пример - металлическая пластина с прорезями через равные промежутки времени. Падающая на решетку световая волна расщепляется на несколько волн; направление этих дифрагированных волн определяется расстоянием между решетками и длиной волны света.

Простая голограмма может быть получена путем наложения двух плоских волн от одного и того же источника света на голографический носитель записи. Две волны интерферируют, образуя прямолинейную полосу , интенсивность которой синусоидально изменяется в среде. Расстояние между полосами определяется углом между двумя волнами и длиной волны света.

Записанный световой рисунок представляет собой дифракционную решетку. Когда он освещается только одной из волн, использованных для его создания, можно показать, что одна из дифрагированных волн возникает под тем же углом, под которым первоначально падала вторая волна, так что вторая волна была «реконструирована». Таким образом, записанный световой узор является голографической записью, как определено выше.

Точечные источники

Пластина синусоидальной зоны

Если носитель записи освещается точечным источником и нормально падающей плоской волной, результирующий рисунок представляет собой пластину с синусоидальной зоной , которая действует как отрицательная линза Френеля , фокусное расстояние которой равно разделению точечного источника и плоскости записи.

Когда плоский волновой фронт освещает отрицательную линзу, он расширяется в волну, которая, кажется, расходится от фокальной точки линзы. Таким образом, когда записанный рисунок освещается исходной плоской волной, часть света преломляется в расходящийся луч, эквивалентный исходной сферической волне; создана голографическая запись точечного источника.

Когда плоская волна падает под ненормальным углом во время записи, образующийся рисунок более сложен, но все же действует как отрицательная линза, если она освещена под исходным углом.

Сложные объекты

Чтобы записать голограмму сложного объекта, лазерный луч сначала разделяется на два световых луча. Один луч освещает объект, который затем рассеивает свет на носитель записи. Согласно теории дифракции, каждая точка в объекте действует как точечный источник света, поэтому можно считать, что носитель записи освещается набором точечных источников, расположенных на различных расстояниях от носителя.

Второй (эталонный) луч напрямую освещает носитель записи. Каждая волна точечного источника интерферирует с опорным лучом, создавая свою собственную синусоидальную зональную пластину в носителе записи. Результирующий узор представляет собой сумму всех этих «зональных пластин», которые в совокупности образуют случайный ( спекл ) узор, как на фотографии выше.

Когда голограмма освещается исходным эталонным лучом, каждая из отдельных зональных пластин восстанавливает объектную волну, которая ее породила, и эти отдельные волновые фронты объединяются для восстановления всего объектного луча. Зритель воспринимает волновой фронт, который идентичен волновому фронту, рассеянному от объекта на носитель записи, так что кажется, что объект все еще находится на месте, даже если он был удален.

Приложения

Изобразительное искусство

Вначале художники увидели потенциал голографии как средства массовой информации и получили доступ к научным лабораториям для создания своих работ. Голографическое искусство часто является результатом сотрудничества между учеными и художниками, хотя некоторые голографы считают себя одновременно художниками и учеными.

Сальвадор Дали утверждал, что был первым, кто использовал голографию в художественном отношении. Он, безусловно, был первым и самым известным сюрреалистом, сделавшим это, но нью-йоркской выставке голограмм Дали 1972 года предшествовала выставка голографического искусства, которая проводилась в Академии искусств Крэнбрука в Мичигане в 1968 году, и выставка в Музее искусств Крэнбрука в Мичигане в 1968 году. Галерея Finch College в Нью-Йорке в 1970 году, привлекшая внимание национальных СМИ. В Великобритании Маргарет Беньон начала использовать голографию в качестве художественного средства в конце 1960-х годов и провела персональную выставку в художественной галерее Ноттингемского университета в 1969 году. Затем в 1970 году последовала персональная выставка в галерее Lisson в Лондоне, которая была объявлен «первой лондонской выставкой голограмм и стереоскопических картин».

В течение 1970-х годов было основано несколько художественных студий и школ, каждая со своим особым подходом к голографии. Примечательно, что была школа голографии Сан-Франциско, основанная Ллойдом Кроссом , Музей голографии в Нью-Йорке, основанный Розмари (Пози) Х. Джексон, Королевский колледж искусств в Лондоне и симпозиумы колледжа Лейк-Форест, организованные Тунг Джеонгом . Ни одна из этих студий до сих пор не существует; однако есть Центр голографического искусства в Нью-Йорке и HOLOcenter в Сеуле, которые предлагают художникам место для создания и выставок работ.

В 80-е годы многие художники, работавшие с голографией, способствовали распространению этой так называемой «новой среды» в мире искусства, например, Гарриет Касдин-Сильвер из США, Дитер Юнг из Германии и Мойсес Баумштейн из Бразилии , каждый один ищет подходящий «язык» для использования с трехмерной работой, избегая простого голографического воспроизведения скульптуры или объекта. Например, в Бразилии многие конкретные поэты (Аугусто де Кампос, Десио Пигнатари, Хулио Плаза и Хосе Вагнер Гарсия, связанные с Мойсесом Баумштейном ) нашли в голографии способ выразить себя и обновить конкретную поэзию .

Небольшая, но активная группа художников до сих пор интегрирует голографические элементы в свои работы. Некоторые связаны с новыми голографическими технологиями; например, художник Мэтт Брэнд использовал вычислительную конструкцию зеркала, чтобы устранить искажение изображения из-за зеркальной голографии .

Музей Массачусетского технологического института и Джонатан Росс имеют обширные коллекции голографии и онлайн-каталоги художественных голограмм.

Хранилище данных

Хранение голографических данных - это метод, позволяющий хранить информацию с высокой плотностью внутри кристаллов или фотополимеров. Возможность хранить большие объемы информации на каком-либо носителе имеет большое значение, поскольку многие электронные продукты включают в себя запоминающие устройства. Поскольку современные методы хранения, такие как диск Blu-ray, достигают предела возможной плотности данных (из-за ограниченного дифракцией размера записывающих лучей), голографическое хранилище может стать следующим поколением популярных носителей информации. Преимущество этого типа хранения данных заключается в том, что используется объем носителя записи, а не только поверхность. Доступные в настоящее время SLM могут производить около 1000 различных изображений в секунду с разрешением 1024 × 1024 бит. При правильном типе носителя (вероятно, полимеры, а не что-то вроде LiNbO ₃ ) это привело бы к скорости записи примерно один гигабит в секунду . Скорость чтения может превосходить эту, и эксперты считают, что считывание со скоростью один терабит в секунду возможно.

В 2005 году такие компании, как Optware и Maxell, выпустили 120-миллиметровый диск, на котором используется голографический слой для хранения данных на потенциальном 3,9 ТБ , в формате, который называется голографическим универсальным диском . По состоянию на сентябрь 2014 г. коммерческий продукт выпущен не был.

Другая компания, InPhase Technologies , разрабатывала конкурирующий формат, но в 2011 году обанкротилась, и все ее активы были проданы Akonia Holographics, LLC.

В то время как многие модели хранения голографических данных использовали «страничное» хранилище, где каждая записанная голограмма содержит большой объем данных, более недавние исследования использования «микроголограмм» субмикронного размера привели к нескольким потенциальным решениям для хранения трехмерных оптических данных . Хотя такой подход к хранению данных не позволяет достичь высоких скоростей передачи данных при хранении на основе страниц, допуски, технологические препятствия и стоимость производства коммерческого продукта значительно ниже.

Динамическая голография

В статической голографии запись, проявление и реконструкция происходят последовательно, и создается постоянная голограмма.

Также существуют голографические материалы, которые не требуют процесса проявления и могут записывать голограмму за очень короткое время. Это позволяет использовать голографию для выполнения некоторых простых операций полностью оптическим способом. Примеры применений таких голограмм в реальном времени включают в себя фазово-сопряженные зеркала («обращение света» во времени), оптическую кэш-память, обработку изображений (распознавание образов изменяющихся во времени изображений) и оптические вычисления .

Объем обрабатываемой информации может быть очень большим (терабит / с), поскольку операция выполняется параллельно на всем изображении. Это компенсирует тот факт, что время записи, которое составляет порядка микросекунды , все еще очень велико по сравнению со временем обработки электронного компьютера. Оптическая обработка, выполняемая динамической голограммой, также намного менее гибкая, чем электронная обработка. С одной стороны, нужно выполнять операцию всегда для всего изображения, а с другой стороны, операция, которую может выполнить голограмма, в основном представляет собой либо умножение, либо фазовое сопряжение. В оптике сложение и преобразование Фурье уже легко выполняются в линейных материалах, последнее - просто с помощью линзы. Это позволяет использовать некоторые приложения, например устройство, которое сравнивает изображения оптическим способом.

Поиск новых нелинейно-оптических материалов для динамической голографии является активной областью исследований. Наиболее распространенными материалами являются фоторефрактивные кристаллы , но в полупроводниках или полупроводниковых гетероструктурах (например, квантовых ямах ), атомных парах и газах, плазме и даже жидкостях можно было создавать голограммы.

Особенно многообещающее применение - оптическое ОВФ . Это позволяет устранить искажения волнового фронта, которые световой луч получает при прохождении через аберрирующую среду, отправляя его обратно через ту же аберрирующую среду с сопряженной фазой. Это полезно, например, в оптической связи в открытом космосе для компенсации атмосферной турбулентности (явления, которое вызывает мерцание звездного света).

Любители использовать

Мир в пределах досягаемости , голограмма Денисюка DCG, сделанная любителем Дэйвом Баттином

С самого начала голографии экспериментаторы-любители изучали ее возможности.

В 1971 году Ллойд Кросс открыл школу голографии в Сан-Франциско и обучал любителей делать голограммы, используя только небольшой (обычно 5 мВт) гелий-неоновый лазер и недорогое самодельное оборудование. Предполагалось, что для голографии потребуется установка очень дорогого металлического оптического стола для фиксации всех задействованных элементов на месте и гашения любых вибраций, которые могут размыть интерференционные полосы и испортить голограмму. Альтернативой домашнего приготовления Кросса была песочница, сделанная из подпорной стены из шлакоблоков на фанерной основе, поддерживаемой штабелями старых шин, чтобы изолировать ее от вибраций земли, и заполненной песком, который был промыт для удаления пыли. Лазер был надежно закреплен на стене из шлакоблока. Зеркала и простые линзы, необходимые для направления, разделения и расширения лазерного луча, были прикреплены к коротким отрезкам трубы из ПВХ, которые были воткнуты в песок в нужных местах. Субъект и держатель фотопластинки поддерживались в песочнице аналогичным образом. Голограф выключил свет в комнате, заблокировал лазерный луч возле его источника с помощью небольшой заслонки с релейным управлением , загрузил пластину в держатель в темноте, вышел из комнаты, подождал несколько минут, чтобы все успокоилось, затем произвел экспозицию. удаленно управляя лазерным затвором.

Многие из этих голографов продолжали создавать художественные голограммы. В 1983 году Фред Унтерсехер, соучредитель Школы голографии Сан-Франциско и известный художник-голографист, опубликовал « Справочник по голографии» - легкое для чтения руководство по изготовлению голограмм в домашних условиях. Это привело к появлению новой волны голографов и предоставило простые методы использования доступных тогда записывающих материалов на основе галогенидов серебра AGFA .

В 2000 году Фрэнк ДеФрейтас опубликовал « Книгу голографии на обувной коробке» и познакомил бесчисленное количество любителей пользоваться недорогими лазерными указками . В течение многих лет предполагалось, что определенные характеристики полупроводниковых лазерных диодов делают их практически бесполезными для создания голограмм, но когда они в конечном итоге были подвергнуты практическому эксперименту, было обнаружено, что это не только не соответствует действительности, но и что некоторые из них действительно обеспечивал длину когерентности, намного большую, чем у традиционных газовых гелий-неоновых лазеров. Это было очень важным событием для любителей, поскольку цена красных лазерных диодов упала с сотен долларов в начале 1980-х годов до примерно 5 долларов после того, как они вышли на массовый рынок в качестве компонента DVD- плееров в конце 1990-х годов. Сейчас во всем мире есть тысячи голографов-любителей.

К концу 2000 года наборы для голографии с недорогими диодами для лазерных указателей вышли на массовый потребительский рынок. Эти наборы позволили учащимся, учителям и любителям создавать несколько видов голограмм без специального оборудования и стали популярными подарками к 2005 году. Введение в 2003 году наборов для голографии с саморазвивающимися пластинами позволило любителям без труда создавать голограммы. мокрой химической обработки.

В 2006 году появилось большое количество зеленых лазеров голографического качества (Coherent C315), которые сделали голографию на дихромированном желатине (DCG) доступной для голографов-любителей. Голографическое сообщество было удивлено удивительной чувствительностью DCG к зеленому свету . Предполагалось, что эта чувствительность будет бесполезно мала или вообще отсутствует. Джефф Блит ответил составом DCG G307, чтобы увеличить скорость и чувствительность к этим новым лазерам.

Kodak и Agfa, бывшие основные поставщики пластин и пленок из галогенида серебра голографического качества, больше не работают на рынке. В то время как другие производители помогли заполнить этот пробел, многие любители теперь создают свои собственные материалы. Излюбленные препараты - это дихромированный желатин, дихромированный желатин, сенсибилизированный метиленовым синим, и препараты галогенида серебра, полученные методом диффузии. Джефф Блит опубликовал очень точные методы их изготовления в небольшой лаборатории или гараже.

Небольшая группа любителей даже конструирует свои собственные импульсные лазеры, чтобы делать голограммы живых объектов и других неустойчивых или движущихся объектов.

Голографическая интерферометрия

Голографическая интерферометрия (HI) - это метод, который позволяет измерять статические и динамические смещения объектов с оптически шероховатой поверхностью с оптической интерферометрической точностью (то есть до долей длины волны света). Его также можно использовать для обнаружения изменений длины оптического пути в прозрачных средах, что позволяет, например, визуализировать и анализировать поток жидкости. Его также можно использовать для создания контуров, представляющих форму поверхности или областей изодозы в дозиметрии излучения.

Он широко используется для измерения напряжения, деформации и вибрации в инженерных сооружениях.

Интерферометрическая микроскопия

Голограмма хранит информацию об амплитуде и фазе поля. Несколько голограмм могут содержать информацию об одном и том же распределении света, излучаемого в разных направлениях. Численный анализ таких голограмм позволяет имитировать большую числовую апертуру , что, в свою очередь, позволяет повысить разрешающую способность оптической микроскопии . Соответствующий метод называется интерферометрической микроскопией . Последние достижения интерферометрической микроскопии позволяют приблизиться к четвертьволновому пределу разрешения.

Датчики или биосенсоры

Голограмма изготовлена ​​из модифицированного материала, который взаимодействует с определенными молекулами, вызывая изменение периодичности полос или показателя преломления, следовательно, цвета голографического отражения.

Безопасность

Идентификатор как элемент безопасности в немецком удостоверении личности

Голограммы обычно используются для обеспечения безопасности, поскольку они копируются с эталонной голограммы, которая требует дорогостоящего, специализированного и технологически продвинутого оборудования, и поэтому их трудно подделать. Они широко используются во многих валютах , таких как бразильские банкноты номиналом 20, 50 и 100 реалов; Британские банкноты достоинством 5, 10 и 20 фунтов стерлингов; Южнокорейские банкноты номиналом 5000, 10 000 и 50 000 вон; Японские банкноты 5000 и 10 000 иен, индийские банкноты 50, 100, 500 и 2000 рупий; и все находящиеся в настоящее время в обращении банкноты канадского доллара , хорватской куны , датской кроны и евро . Их также можно найти в кредитных и банковских картах, а также в паспортах , удостоверениях личности, книгах , упаковке для пищевых продуктов, DVD и спортивном инвентаре. Такие голограммы бывают самых разных форм: от клейких лент, которые наклеиваются на упаковку для быстро движущихся потребительских товаров, до голографических этикеток на электронных продуктах . Они часто содержат текстовые или графические элементы для защиты личности и отделения подлинных предметов от подделок .

Другие приложения

Голографические сканеры используются в почтовых отделениях, крупных транспортных фирмах и в автоматизированных конвейерных системах для определения трехмерного размера упаковки. Они часто используются в тандеме с чеквейерами, чтобы обеспечить автоматическую предварительную упаковку заданных объемов, например грузовик или поддон для оптовых партий товаров. Голограммы, изготовленные из эластомеров, могут использоваться в качестве репортеров напряжения и деформации из-за их эластичности и сжимаемости, приложенное давление и сила коррелируют с отраженной длиной волны, следовательно, с ее цветом. Метод голографии также может быть эффективно использован для дозиметрии излучения.

Регистрационные знаки повышенной безопасности

Голограммы с высоким уровнем защиты могут использоваться на номерных знаках таких транспортных средств, как автомобили и мотоциклы. С апреля 2019 года на транспортных средствах в некоторых частях Индии требуются голографические номерные знаки, чтобы помочь в идентификации и обеспечении безопасности, особенно в случаях кражи автомобилей. Такие номерные знаки содержат электронные данные транспортных средств и имеют уникальный идентификационный номер и наклейку, указывающую на подлинность.

Неоптическая голография

В принципе, можно сделать голограмму на любую волну .

Электронная голография - это применение методов голографии к электронным волнам, а не к световым волнам. Электронная голография была изобретена Деннисом Габором, чтобы улучшить разрешение и избежать аберраций просвечивающего электронного микроскопа . Сегодня его обычно используют для изучения электрических и магнитных полей в тонких пленках, поскольку магнитные и электрические поля могут сдвигать фазу мешающей волны, проходящей через образец. Принцип электронной голографии можно применить и к интерференционной литографии .

Акустическая голография - это метод, используемый для оценки звукового поля вблизи источника путем измерения акустических параметров вдали от источника с помощью набора датчиков давления и / или скорости частиц. Методы измерения, включенные в акустическую голографию, становятся все более популярными в различных областях, в первую очередь в области транспорта, проектирования транспортных средств и самолетов, а также NVH. Общая идея акустической голографии привела к различным версиям, таким как акустическая голография ближнего поля (NAH) и статистически оптимальная акустическая голография ближнего поля (SONAH). Для воспроизведения звука синтез волнового поля является наиболее подходящей процедурой.

Атомная голография возникла в результате развития основных элементов атомной оптики . С дифракционной линзой Френеля и атомными зеркалами атомная голография является естественным шагом в развитии физики (и приложений) атомных пучков. Недавние разработки, включая атомные зеркала и особенно ребристые зеркала , предоставили инструменты, необходимые для создания атомных голограмм, хотя такие голограммы еще не были коммерциализированы.

Голография нейтронного луча использовалась, чтобы увидеть внутреннюю часть твердых объектов.

Голограммы с рентгеновскими лучами создаются с помощью синхротронов или рентгеновских лазеров на свободных электронах в качестве источников излучения и пиксельных детекторов, таких как ПЗС-матрицы в качестве носителя записи. Затем реконструкция извлекается с помощью вычислений. Из-за более короткой длины волны рентгеновских лучей по сравнению с видимым светом этот подход позволяет отображать объекты с более высоким пространственным разрешением. Поскольку лазеры на свободных электронах могут обеспечивать ультракороткие и рентгеновские импульсы в диапазоне фемтосекунд, которые являются интенсивными и когерентными, рентгеновская голография использовалась для захвата сверхбыстрых динамических процессов.

Ложные голограммы

Эффекты, создаваемые лентикулярной печатью , иллюзией привидения Перца (или современными вариантами, такими как Musion Eyeliner ), томографией и объемными дисплеями , часто путают с голограммами. Такие иллюзии получили название «фокслография».

Призрак Пеппера с 2D-видео. Видеоизображение, отображаемое на полу, отражается в наклонном листе стекла.

Призрачная техника Пеппера, которая является наиболее простой для реализации из этих методов, наиболее распространена в 3D-дисплеях, которые утверждают, что являются (или называются) «голографическими». В то время как первоначальная иллюзия, используемая в театре, включала в себя реальные физические объекты и людей, находящихся за кулисами, современные варианты заменяют исходный объект цифровым экраном, который отображает изображения, созданные с помощью компьютерной 3D-графики, чтобы обеспечить необходимые реплики глубины . Отражение, которое кажется парящим в воздухе, по-прежнему остается плоским, поэтому менее реалистично, чем если бы отражался реальный трехмерный объект.

Примеры этой цифровой версии призрак иллюзии Пеппера включают Gorillaz выступления в 2005 MTV Europe Music Awards и 48 - й премии Грэмми ; и виртуальное выступление Тупака Шакура на фестивале музыки и искусства Coachella Valley в 2012 году, когда он читал рэп вместе со Snoop Dogg во время его сета с Dr. Dre .

Еще более простую иллюзию можно создать, проецируя реалистичные изображения на полупрозрачные экраны. Обратное проецирование необходимо, потому что в противном случае полупрозрачность экрана позволила бы осветить фон проекцией, что нарушило бы иллюзию.

Crypton Future Media , компания по производству музыкального программного обеспечения, которая произвела Hatsune Miku , одно из многих приложений для синтезатора вокалоидов , выпустила концерты, на которых Мику, наряду с другими вокалоидами Crypton, выступает на сцене в качестве «голографических» персонажей. На этих концертах используется обратная проекция на полупрозрачный экран DILAD для достижения «голографического» эффекта.

В 2011 году в Пекине компания по производству одежды Burberry провела «Показ голограмм Burberry Prorsum осень / зима 2011», который включал в себя двухмерные проекции моделей в натуральную величину. Собственное видео компании показывает несколько центрированных и смещенных от центра снимков основного двухмерного проекционного экрана, последний демонстрирует плоскостность виртуальных моделей. Утверждение о том, что была использована голография, было опубликовано как факт в торговых СМИ.

В Мадриде 10 апреля 2015 года публичная визуальная презентация под названием «Hologramas por la Libertad» (Голограммы свободы), изображающая призрачную виртуальную толпу демонстрантов, была использована в знак протеста против нового испанского закона, запрещающего гражданам проводить демонстрации в общественных местах. Хотя в новостях широко называли «протест голограммы», на самом деле голография не использовалась - это был еще один технологически обновленный вариант иллюзии Призрака Пеппера .

В фантастике

Голография широко упоминается в фильмах, романах и на телевидении, обычно в научной фантастике , начиная с конца 1970-х годов. Писатели-фантасты впитали в себя городские легенды о голографии, которые распространяли чрезмерно увлеченные ученые и предприниматели, пытающиеся продать эту идею. Это вызвало у публики завышенные ожидания относительно способности голографии из-за нереалистичного изображения ее в большинстве художественных произведений, где они представляют собой полностью трехмерные компьютерные проекции , которые иногда становятся тактильными за счет использования силовых полей . Примеры этого типа изображения включают голограмму принцессы Леи из « Звездных войн» , Арнольда Риммера из « Красного карлика» , который позже был преобразован в «жесткий свет», чтобы сделать его твердым, а также голограмму Холодека и неотложной медицинской помощи из « Звездного пути» .

Голография послужила источником вдохновения для многих видеоигр с элементами научной фантастики. Во многих играх вымышленная голографическая технология использовалась для отражения реальных искажений потенциального использования голограмм в военных целях, таких как «танки-миражи» в Command & Conquer: Red Alert 2, которые могут маскироваться под деревья. Персонажи игроков могут использовать голографические приманки в таких играх, как Halo: Reach и Crysis 2, чтобы сбивать с толку и отвлекать врага. Призрачный агент из Starcraft Нова имеет доступ к голографической приманке как к одной из трех основных способностей в Heroes of the Storm .

Тем не менее, вымышленное изображение голограмм вдохновило технический прогресс в других областях, таких как дополненная реальность , которые обещают реализовать вымышленное изображение голограмм другими способами.

Смотрите также

использованная литература

Библиография

дальнейшее чтение

внешние ссылки

• Лекция Денниса Габора о вручении Нобелевской премии
• Как работает материал - голограммы
• Анимация, демонстрирующая голографию QED