تصویر هولوگرافی امروزه به طور فزاینده ای استفاده می شود. حتی برخی معتقدند که ممکن است در نهایت جایگزین وسایل ارتباطی شناخته شده ما شود. دوست داشته باشید یا نه، اما اکنون به طور فعال در صنایع مختلف استفاده می شود. به عنوان مثال، همه ما با برچسب های هولوگرافیک آشنا هستیم. بسیاری از تولید کنندگان از آنها به عنوان وسیله ای برای محافظت در برابر جعل استفاده می کنند. عکس زیر تعدادی از برچسب های هولوگرافیک را نشان می دهد. استفاده از آنها یک راه بسیار موثر برای محافظت از کالاها یا اسناد در برابر جعل است.
تاریخچه مطالعه هولوگرافی
تصویر سه بعدی حاصل از شکست پرتوها نسبتاً اخیراً مورد مطالعه قرار گرفته است. با این حال، از قبل می توان در مورد وجود سابقه مطالعه آن صحبت کرد. دنیس گابور، دانشمند انگلیسی، اولین بار هولوگرافی را در سال 1948 تعریف کرد. این کشف بسیار مهم بود، اما اهمیت آن در آن زمان هنوز آشکار نبود. محققانی که در دهه 1950 کار می کردند از فقدان یک منبع نوری منسجم رنج می بردند که ویژگی بسیار مهمی برای توسعه هولوگرافی بود. اولین لیزردر سال 1960 ساخته شد. با این دستگاه می توان نوری با انسجام کافی به دست آورد. Juris Upatnieks و Immet Leith، دانشمندان آمریکایی، از آن برای ایجاد اولین هولوگرام استفاده کردند. با کمک آنها تصاویر سه بعدی از اجسام به دست آمد.
در سالهای بعدی، تحقیقات ادامه یافت. صدها مقاله علمی در مورد کاوش در مفهوم هولوگرافی از آن زمان منتشر شده است و کتاب های زیادی در مورد این روش منتشر شده است. با این حال، مخاطب این آثار متخصصان است، نه مخاطب عام. در این مقاله سعی خواهیم کرد در مورد همه چیز به زبانی در دسترس صحبت کنیم.
هولوگرافی چیست
تعریف زیر را می توان پیشنهاد کرد: هولوگرافی یک عکس سه بعدی است که با استفاده از لیزر به دست می آید. با این حال، این تعریف کاملاً رضایت بخش نیست، زیرا انواع دیگری از عکاسی سه بعدی وجود دارد. با این وجود، مهمترین چیز را منعکس می کند: هولوگرافی یک روش فنی است که به شما امکان می دهد ظاهر یک شی را "ثبت کنید". با کمک آن، یک تصویر سه بعدی به دست می آید که شبیه یک شی واقعی است. استفاده از لیزر نقش تعیین کننده ای در توسعه آن داشت.
هولوگرافی و کاربردهای آن
مطالعه هولوگرافی به ما امکان می دهد بسیاری از مسائل مربوط به عکاسی معمولی را روشن کنیم. به عنوان یک هنر بصری، تصویربرداری سه بعدی حتی می تواند مورد دوم را به چالش بکشد، زیرا به شما امکان می دهد دنیای اطراف خود را دقیق تر و صحیح تر منعکس کنید.
دانشمندان گاهی اوقات دوره هایی را در تاریخ بشریت به وسیله ابزاری مشخص می کنندارتباطاتی که در قرون خاصی شناخته شده بودند. مثلاً می‌توان در مورد هیروگلیف‌هایی که در مصر باستان وجود داشت، در مورد اختراع ماشین چاپ در سال 1450 صحبت کرد. در ارتباط با پیشرفت تکنولوژی مشاهده شده در زمان ما، وسایل ارتباطی جدید مانند تلویزیون و تلفن موقعیت غالبی را به خود اختصاص داده اند. اگرچه اصل هولوگرافی هنوز در مراحل اولیه استفاده از آن در رسانه ها است، دلایلی وجود دارد که معتقدیم دستگاه های مبتنی بر آن در آینده می توانند جایگزین وسایل ارتباطی شناخته شده ما شوند یا حداقل آنها را گسترش دهند. دامنه.
ادبیات علمی تخیلی و چاپ رایج اغلب هولوگرافی را در نور نادرست و تحریف شده به تصویر می کشند. آنها اغلب تصور اشتباهی در مورد این روش ایجاد می کنند. تصویر حجمی که برای اولین بار دیده می شود، مجذوب کننده است. با این حال، توضیح فیزیکی اصل دستگاه آن کمتر چشمگیر نیست.
الگوی تداخل
توانایی دیدن اجسام بر این واقعیت استوار است که امواج نوری که توسط آنها شکسته شده یا از آنها منعکس می شوند، وارد چشم ما می شوند. امواج نور منعکس شده از یک جسم با شکل جبهه موج مربوط به شکل این جسم مشخص می شود. الگوی نوارها (یا خطوط) تاریک و روشن توسط دو گروه از امواج نوری منسجم ایجاد می شود که تداخل دارند. به این ترتیب یک هولوگرافی حجمی شکل می گیرد. در این مورد، این باندها در هر مورد خاص ترکیبی را تشکیل می دهند که فقط به شکل جبهه موج امواجی که با یکدیگر تعامل دارند بستگی دارد. چنینتصویر تداخل نامیده می شود. اگر در مکانی که تداخل امواج مشاهده می شود، به عنوان مثال، روی صفحه عکاسی ثابت شود.
انواع هولوگرام
روشی که به شما امکان می دهد جلوی موج منعکس شده از جسم را ضبط کنید (ثبت کنید) و سپس آن را بازیابی کنید تا به نظر ناظر برسد که یک شی واقعی را می بیند و هولوگرافی است. این یک اثر به دلیل این واقعیت است که تصویر حاصل سه بعدی است مانند شی واقعی.
انواع مختلفی از هولوگرام ها وجود دارد که به راحتی می توان در مورد آنها گیج شد. برای تعریف بدون ابهام یک گونه خاص، باید از چهار یا حتی پنج صفت استفاده شود. از بین مجموعه آنها، ما فقط کلاس های اصلی را که توسط هولوگرافی مدرن استفاده می شود در نظر خواهیم گرفت. با این حال، ابتدا باید کمی در مورد چنین پدیده موجی مانند پراش صحبت کنید. این اوست که به ما اجازه می دهد جبهه موج را بسازیم (یا بهتر بگوییم بازسازی کنیم).
پراش
اگر جسمی در مسیر نور باشد، سایه می اندازد. نور در اطراف این جسم خم می شود و تا حدی وارد ناحیه سایه می شود. این اثر پراش نامیده می شود. با ماهیت موجی نور توضیح داده می شود، اما توضیح دقیق آن بسیار دشوار است.
تنها در یک زاویه بسیار کوچک نور به ناحیه سایه نفوذ می کند، بنابراین ما به سختی متوجه آن می شویم. با این حال، اگر موانع کوچک زیادی در مسیر آن وجود داشته باشد که فاصله بین آنها فقط چند طول موج نور باشد، این تأثیر کاملاً محسوس می شود.
اگر سقوط جبهه موج روی یک مانع بزرگ بیفتد، قسمت مربوطه آن "می افتد" که عملاً بر ناحیه باقی مانده این جبهه موج تأثیر نمی گذارد. اگر موانع کوچک زیادی در مسیر آن وجود داشته باشد، در نتیجه پراش تغییر می کند، به طوری که نور منتشر شده در پشت مانع، جبهه موجی کیفی متفاوتی خواهد داشت.
تغییر شکل آنقدر قوی است که نور حتی شروع به انتشار در جهت دیگر می کند. به نظر می رسد که پراش به ما امکان می دهد جبهه موج اصلی را به یک جبهه کاملاً متفاوت تبدیل کنیم. بنابراین، پراش مکانیزمی است که توسط آن یک جبهه موج جدید به دست می آوریم. دستگاهی که آن را به روش فوق تشکیل می دهد، توری پراش نامیده می شود. بیایید در مورد آن با جزئیات بیشتر صحبت کنیم.
توری پراش
این یک صفحه کوچک با خطوط موازی نازک (خطوط) روی آن است. فاصله آنها از یکدیگر یک صدم یا حتی یک هزارم میلی متر است. چه اتفاقی می‌افتد اگر پرتو لیزر در مسیر خود با یک توری که از چندین نوار تیره و روشن تار تشکیل شده است برخورد کند؟ بخشی از آن مستقیماً از رنده عبور می کند و بخشی خم می شود. بدین ترتیب دو تیرچه جدید تشکیل می شود که با زاویه مشخصی نسبت به تیر اصلی از توری خارج شده و در دو طرف آن قرار می گیرند. اگر یک پرتو لیزر، برای مثال، یک جبهه موج صاف داشته باشد، دو پرتو جدید تشکیل شده در طرفین آن نیز دارای جبهه موج مسطح خواهند بود. بنابراین، عبور ازپرتو لیزر پراش توری، دو جبهه موج جدید (مسطح) تشکیل می دهیم. ظاهراً یک توری پراش را می توان ساده ترین نمونه هولوگرام در نظر گرفت.
ثبت هولوگرام
معرفی اصول اولیه هولوگرافی باید با مطالعه دو جبهه موج مسطح آغاز شود. در تعامل، آنها یک الگوی تداخلی را تشکیل می دهند که روی یک صفحه عکاسی که در همان مکان صفحه نمایش قرار داده شده است، ثبت می شود. این مرحله از فرآیند (اولین مرحله) در هولوگرافی، ضبط (یا ثبت) هولوگرام نامیده می شود.
ترمیم تصویر
فرض می کنیم که یکی از امواج صفحه A و دومی B است. موج A را موج مرجع و B را موج شی می نامند، یعنی از جسمی که تصویر آن ثابت است منعکس می شود.. ممکن است به هیچ وجه با موج مرجع تفاوتی نداشته باشد. با این حال، هنگام ایجاد هولوگرام از یک جسم واقعی سه بعدی، جبهه موج بسیار پیچیده تری از نور منعکس شده از جسم تشکیل می شود.
الگوی تداخل ارائه شده بر روی فیلم عکاسی (یعنی تصویر یک توری پراش) یک هولوگرام است. می توان آن را در مسیر پرتو اولیه مرجع (پرتوی از نور لیزر با جبهه موج تخت) قرار داد. در این حالت 2 جبهه موج جدید در دو طرف تشکیل می شود. اولین مورد یک کپی دقیق از جبهه موج شی است که در همان جهت موج B منتشر می شود. مرحله فوق بازسازی تصویر نامیده می شود.
فرایند هولوگرافی
الگوی تداخل ایجاد شده توسط دوامواج منسجم صفحه، پس از ثبت بر روی صفحه عکاسی، وسیله ای است که در صورت روشن شدن یکی از این امواج، امکان بازیابی موج صفحه دیگری را فراهم می کند. بنابراین فرآیند هولوگرافی دارای مراحل زیر است: ثبت و متعاقب آن "ذخیره" جلوی جسم موج به شکل هولوگرام (الگوی تداخل) و بازیابی آن پس از هر زمانی که موج مرجع از هولوگرام عبور کند.
جبهه موج هدف در واقع می تواند هر چیزی باشد. به عنوان مثال، می تواند از یک شی واقعی منعکس شود، اگر در همان زمان با موج مرجع منسجم باشد. الگوی تداخلی که توسط هر دو جبهه موج با انسجام تشکیل شده است، وسیله ای است که به دلیل پراش، امکان تبدیل یکی از این جبهه ها را به دیگری می دهد. در اینجاست که کلید پدیده ای مانند هولوگرافی پنهان می شود. دنیس گابور اولین کسی بود که این ملک را کشف کرد.
مشاهده تصویر تشکیل شده توسط هولوگرام
در زمان ما، یک دستگاه خاص، یک پروژکتور هولوگرافیک، شروع به استفاده برای خواندن هولوگرام می کند. این امکان را به شما می دهد تا یک تصویر را از دو بعدی به سه بعدی تبدیل کنید. اما برای مشاهده هولوگرام های ساده اصلا نیازی به پروژکتور هولوگرافیک نیست. بیایید به طور خلاصه در مورد نحوه مشاهده چنین تصاویری صحبت کنیم.
برای مشاهده تصویری که توسط ساده ترین هولوگرام تشکیل شده است، باید آن را در فاصله حدود 1 متری از چشم قرار دهید. شما باید از طریق توری پراش در جهتی که امواج صفحه (بازسازی شده) از آن خارج می شوند، نگاه کنید.از آنجایی که این امواج هواپیما هستند که وارد چشم ناظر می شوند، تصویر هولوگرافیک نیز صاف است. برای ما مانند یک "دیوار کور" به نظر می رسد که به طور یکنواخت توسط نوری که همان رنگ تابش لیزر مربوطه است روشن می شود. از آنجایی که این "دیوار" فاقد ویژگی های خاص است، تعیین فاصله آن غیرممکن است. به نظر می رسد که شما به یک دیوار گسترده که در بی نهایت قرار دارد نگاه می کنید، اما در عین حال فقط بخشی از آن را می بینید که می توانید آن را از طریق یک "پنجره" کوچک، یعنی یک هولوگرام ببینید. بنابراین، هولوگرام یک سطح نورانی یکنواخت است که روی آن چیزی قابل توجه نمی بینیم.
توری پراش (هولوگرام) به ما امکان می دهد چندین اثر ساده را مشاهده کنیم. همچنین می توان آنها را با استفاده از انواع دیگر هولوگرام نشان داد. با عبور از توری پراش، پرتو نور شکافته می شود، دو پرتو جدید تشکیل می شود. از پرتوهای لیزر می توان برای روشن کردن هر توری پراش استفاده کرد. در این مورد، تابش باید از نظر رنگ با رنگ مورد استفاده در هنگام ضبط آن متفاوت باشد. زاویه خمش پرتو رنگی به رنگ آن بستگی دارد. اگر قرمز باشد (طولانی ترین طول موج)، پس چنین پرتوی با زاویه ای بیشتر از پرتو آبی که کوتاه ترین طول موج را دارد خم می شود.
از طریق توری پراش، می توانید مخلوطی از همه رنگ ها، یعنی سفید را نادیده بگیرید. در این حالت هر جزء رنگی این هولوگرام با زاویه خاص خود خم می شود. خروجی یک طیف استمشابه آنچه که توسط یک منشور ایجاد می شود.
محل قرارگیری توری پراش
ضربه های توری پراش باید خیلی نزدیک به هم باشند تا خمش پرتوها محسوس باشد. به عنوان مثال، برای خم کردن پرتو قرمز تا 20 درجه، لازم است که فاصله بین ضربات از 0.002 میلی متر تجاوز نکند. اگر آنها نزدیکتر قرار گیرند، پرتو نور شروع به خم شدن بیشتر می کند. برای "ثبت" این گریتینگ به یک صفحه عکاسی نیاز است که قابلیت ثبت چنین جزئیات ریز را داشته باشد. علاوه بر این، لازم است که صفحه در هنگام نوردهی و همچنین هنگام ثبت نام کاملاً ثابت بماند.
تصویر حتی با کوچکترین حرکتی می تواند به میزان قابل توجهی تار شود و به حدی که کاملاً غیرقابل تشخیص باشد. در این حالت، نه یک الگوی تداخلی، بلکه صرفاً یک صفحه شیشه ای، یکنواخت سیاه یا خاکستری در کل سطح آن خواهیم دید. البته، در این حالت، اثرات پراش ایجاد شده توسط گریتینگ پراش، بازتولید نخواهد شد.
هولوگرام های انتقال و بازتابی
توری پراشی که در نظر گرفتیم، انتقال دهنده نامیده می شود، زیرا در نوری که از آن عبور می کند عمل می کند. اگر خطوط گریتینگ را نه روی صفحه شفاف، بلکه روی سطح یک آینه اعمال کنیم، یک توری پراش بازتابی به دست خواهیم آورد. رنگ های مختلف نور را از زوایای مختلف منعکس می کند. بر این اساس، دو دسته بزرگ هولوگرام وجود دارد - بازتابنده و انتقال دهنده. اولی در نور بازتابی مشاهده می‌شود، در حالی که دومی در نور عبوری مشاهده می‌شود.
