Holografska slika danas se sve više koristi. Neki čak vjeruju da bi s vremenom mogao zamijeniti nama poznata komunikacijska sredstva. Sviđalo se to vama ili ne, ali sada se aktivno koristi u raznim industrijama. Na primjer, svi smo upoznati s holografskim naljepnicama. Mnogi ih proizvođači koriste kao sredstvo zaštite od krivotvorina. Fotografija ispod prikazuje neke od holografskih naljepnica. Njihova upotreba vrlo je učinkovit način zaštite robe ili dokumenata od krivotvorenja.
Povijest proučavanja holografije
Trodimenzionalna slika nastala lomom zraka počela se proučavati relativno nedavno. No, već sada možemo govoriti o postojanju povijesti njezina proučavanja. Dennis Gabor, engleski znanstvenik, prvi je definirao holografiju 1948. godine. Ovo otkriće bilo je vrlo važno, ali njegovo veliko značenje u to vrijeme još nije bilo očito. Istraživači koji su radili 1950-ih patili su od nedostatka koherentnog izvora svjetlosti, vrlo važnog svojstva za razvoj holografije. Prvi lasernapravljena je 1960. S ovim uređajem moguće je dobiti svjetlost koja ima dovoljnu koherenciju. Juris Upatnieks i Immet Leith, američki znanstvenici, iskoristili su ga za izradu prvih holograma. Uz njihovu pomoć dobivene su trodimenzionalne slike objekata.
U sljedećim godinama istraživanje se nastavilo. U međuvremenu su objavljene stotine znanstvenih radova koji istražuju koncept holografije, a objavljene su i mnoge knjige o ovoj metodi. Međutim, ova su djela upućena stručnjacima, a ne općem čitatelju. U ovom članku pokušat ćemo ispričati sve na pristupačnom jeziku.
Što je holografija
Može se predložiti sljedeća definicija: holografija je trodimenzionalna fotografija dobivena laserom. Međutim, ova definicija nije sasvim zadovoljavajuća, jer postoje mnoge druge vrste trodimenzionalne fotografije. Ipak, ono odražava najvažnije: holografija je tehnička metoda koja vam omogućuje "snimanje" izgleda objekta; uz njegovu pomoć dobiva se trodimenzionalna slika koja izgleda kao pravi predmet; upotreba lasera odigrala je odlučujuću ulogu u njegovom razvoju.
Holografija i njezine primjene
Proučavanje holografije omogućuje nam da razjasnimo mnoga pitanja vezana uz konvencionalnu fotografiju. Kao vizualna umjetnost, trodimenzionalna slika može čak dovesti u pitanje ovo potonje, jer vam omogućuje da točnije i ispravnije odražavate svijet oko sebe.
Znanstvenici ponekad izdvajaju razdoblja u povijesti čovječanstva pomoću sredstavaveze koje su bile poznate u pojedinim stoljećima. Možemo govoriti, na primjer, o hijeroglifima koji su postojali u starom Egiptu, o izumu tiskarskog stroja 1450. godine. U vezi s tehnološkim napretkom koji se uočava u naše vrijeme, nova sredstva komunikacije, poput televizije i telefona, zauzela su dominantnu poziciju. Iako je holografski princip još u povojima kada je u pitanju njegova upotreba u medijima, postoje razlozi za vjerovanje da će uređaji koji se temelje na njemu u budućnosti moći zamijeniti nama poznata komunikacijska sredstva ili barem proširiti svoje opseg.
Sci-fi književnost i mainstream print često prikazuju holografiju u pogrešnom, iskrivljenom svjetlu. Često stvaraju zabludu o ovoj metodi. Prvi put viđena volumetrijska slika fascinira. Međutim, ništa manje impresivno nije fizičko objašnjenje principa njegovog uređaja.
uzorak interferencije
Sposobnost gledanja objekata temelji se na činjenici da svjetlosni valovi, lomljeni od njih ili reflektirani od njih, ulaze u naše oko. Svjetlosni valovi reflektirani od nekog objekta karakterizirani su oblikom valne fronte koji odgovara obliku ovog objekta. Uzorak tamnih i svijetlih traka (ili linija) stvaraju dvije skupine koherentnih svjetlosnih valova koji interferiraju. Tako nastaje volumetrijska holografija. U ovom slučaju, ove trake u svakom pojedinom slučaju čine kombinaciju koja ovisi samo o obliku valnih fronti valova koji međusobno djeluju. Takavslika se zove interferencija. Može se fiksirati, na primjer, na fotografsku ploču, ako se postavi na mjesto gdje se opaža interferencija valova.
Različitost holograma
Metoda koja vam omogućuje da snimite (registrirate) front valova koji se reflektira od objekta, a zatim ga vratite tako da se promatraču čini da vidi pravi objekt, a to je holografija. Ovo je učinak zbog činjenice da je rezultirajuća slika trodimenzionalna na isti način kao i pravi objekt.
Postoji mnogo različitih vrsta holograma oko kojih se lako možete zbuniti. Za jednoznačno definiranje određene vrste potrebno je koristiti četiri ili čak pet pridjeva. Od cijelog njihovog skupa, razmotrit ćemo samo glavne klase koje koristi moderna holografija. Međutim, prvo morate malo govoriti o takvom fenomenu vala kao što je difrakcija. Ona nam omogućuje da konstruiramo (ili bolje rečeno, rekonstruiramo) front valova.
Difrakcija
Ako je bilo koji predmet na putu svjetlosti, on baca sjenu. Svjetlost se savija oko ovog objekta, djelomično ulazi u područje sjene. Taj se efekt naziva difrakcija. Objašnjava se valnom prirodom svjetlosti, ali je prilično teško to striktno objasniti.
Samo pod vrlo malim kutom svjetlost prodire u područje sjene, tako da ga gotovo ne primjećujemo. Međutim, ako na njegovom putu postoji mnogo malih prepreka, udaljenost između kojih je samo nekoliko valnih duljina svjetlosti, ovaj efekt postaje prilično uočljiv.
Ako pad valne fronte padne na jednu veliku prepreku, njen odgovarajući dio "ispada", što praktički ne utječe na preostalo područje ove valne fronte. Ako se na svom putu nalazi mnogo malih prepreka, ona se mijenja kao rezultat difrakcije tako da će svjetlost koja se širi iza prepreke imati kvalitativno drugačiju frontu vala.
Transformacija je toliko jaka da se svjetlost čak počinje širiti u drugom smjeru. Ispada da nam difrakcija omogućuje transformaciju izvorne valne fronte u potpuno drugačiju. Dakle, difrakcija je mehanizam kojim dobivamo novi valni front. Uređaj koji ga formira na gornji način naziva se difrakcijska rešetka. Razgovarajmo o tome detaljnije.
Difrakcijska rešetka
Ovo je mala ploča s tankim ravnim paralelnim potezima (crtama) nanesenim na njega. One su međusobno odvojene stotinom ili čak tisućinkom milimetra. Što se događa ako laserska zraka na svom putu naiđe na rešetku koja se sastoji od nekoliko mutnih tamnih i svijetlih pruga? Dio će proći ravno kroz rešetku, a dio će se saviti. Tako nastaju dvije nove grede koje izlaze iz rešetke pod određenim kutom u odnosu na izvornu gredu i nalaze se s obje njene strane. Ako jedna laserska zraka ima, na primjer, ravnu valnu frontu, dvije nove zrake formirane na njenim stranama također će imati ravne valne fronte. Dakle, prolazećilaserske zrake difrakcijske rešetke, formiramo dvije nove valne fronte (ravne). Očigledno, difrakcijska rešetka se može smatrati najjednostavnijim primjerom holograma.
Registracija holograma
Uvod u osnovne principe holografije trebao bi započeti proučavanjem fronta dvaju ravnih valova. Međudjelujući, tvore interferencijski uzorak, koji se bilježi na fotografskoj ploči postavljenoj na istom mjestu kao i ekran. Ova faza procesa (prva) u holografiji naziva se snimanje (ili registracija) holograma.
Obnova slike
Pretpostavit ćemo da je jedan od ravnih valova A, a drugi B. Val A naziva se referentni val, a B se naziva objektni val, odnosno reflektiran od objekta čija je slika fiksna. Ne smije se ni na koji način razlikovati od referentnog vala. Međutim, kada se stvara hologram trodimenzionalnog stvarnog objekta, formira se mnogo složeniji valni front svjetlosti reflektirane od objekta.
Uzorak interferencije prikazan na fotografskom filmu (tj. slika difrakcijske rešetke) je hologram. Može se postaviti na putanju referentnog primarnog snopa (snopa laserske svjetlosti s ravnom valnom frontom). U tom slučaju nastaju 2 fronte novih vala s obje strane. Prva od njih je točna kopija fronte vala objekta, koja se širi u istom smjeru kao val B. Gornja faza naziva se rekonstrukcija slike.
Holografski proces
Uzorak interferencije koji stvaraju dvojeravninski koherentni valovi, nakon snimanja na fotografskoj ploči, to je uređaj koji omogućuje, u slučaju osvjetljenja jednog od tih valova, da se obnovi drugi ravni val. Holografski proces, dakle, ima sljedeće faze: registraciju i naknadno "skladištenje" fronte valnog objekta u obliku holograma (interferentnog uzorka), te njegovo obnavljanje nakon bilo kojeg vremena kada referentni val prođe kroz hologram.
Front objektivnog vala zapravo može biti bilo što. Na primjer, može se reflektirati od nekog stvarnog objekta, ako je u isto vrijeme koherentan referentnom valu. Formiran od bilo koje dvije valne fronte s koherencijom, interferencijski uzorak je uređaj koji omogućuje, zbog difrakcije, transformaciju jedne od ovih fronti u drugu. Ovdje se krije ključ takvog fenomena kao što je holografija. Dennis Gabor je prvi otkrio ovu nekretninu.
Promatranje slike formirane hologramom
U naše vrijeme za čitanje holograma počinje se koristiti poseban uređaj, holografski projektor. Omogućuje vam pretvaranje slike iz 2D u 3D. Međutim, za pregled jednostavnih holograma holografski projektor uopće nije potreban. Razgovarajmo ukratko o tome kako gledati takve slike.
Da biste promatrali sliku koju čini najjednostavniji hologram, trebate je postaviti na udaljenosti od oko 1 metar od oka. Trebate pogledati kroz difrakcijsku rešetku u smjeru u kojem iz nje izlaze ravni valovi (rekonstruirani). Budući da u oko promatrača ulaze ravni valovi, holografska slika je također ravna. Čini nam se kao "slijepi zid", koji je ravnomjerno obasjan svjetlošću iste boje kao i odgovarajuće lasersko zračenje. Budući da je ovaj "zid" lišen specifičnih značajki, nemoguće je odrediti koliko je udaljen. Čini se kao da gledate u prošireni zid koji se nalazi u beskonačnosti, ali istovremeno vidite samo njegov dio, koji možete vidjeti kroz mali "prozorčić", odnosno hologram. Dakle, hologram je jednoliko svjetleća površina na kojoj ne primjećujemo ništa vrijedno pažnje.
Difrakcijska rešetka (hologram) omogućuje nam promatranje nekoliko jednostavnih efekata. Također se mogu demonstrirati korištenjem drugih vrsta holograma. Prolazeći kroz difrakcijsku rešetku, svjetlosni snop se dijeli, formiraju se dvije nove zrake. Laserske zrake mogu se koristiti za osvjetljavanje bilo koje difrakcijske rešetke. U tom slučaju, zračenje bi se po boji trebalo razlikovati od one korištene tijekom snimanja. Kut savijanja grede u boji ovisi o tome koju boju ima. Ako je crvena (najduža valna duljina), tada je takva zraka savijena pod većim kutom od plave zrake, koja ima najkraću valnu duljinu.
Kroz difrakcijsku rešetku možete preskočiti mješavinu svih boja, odnosno bijele. U ovom slučaju, svaka komponenta boje ovog holograma je savijena pod vlastitim kutom. Izlaz je spektarslično onome što ga stvara prizma.
Postavljanje poteza difrakcijske rešetke
Potezi difrakcijske rešetke trebaju biti napravljeni vrlo blizu jedan drugome kako bi se uočljivo savijanje zraka. Na primjer, za savijanje crvene zrake za 20 °, potrebno je da razmak između poteza ne prelazi 0,002 mm. Ako su postavljeni bliže, svjetlosni snop se počinje još više savijati. Za "snimanje" ove rešetke potrebna je fotografska ploča koja je sposobna registrirati tako fine detalje. Osim toga, potrebno je da ploča ostane potpuno mirna tijekom ekspozicije, kao i tijekom registracije.
Slika može biti značajno zamućena čak i uz najmanji pokret, i to toliko da će se potpuno ne razlikovati. U ovom slučaju nećemo vidjeti interferentni uzorak, već jednostavno staklenu ploču, jednoliko crnu ili sivu po cijeloj površini. Naravno, u ovom slučaju, efekti difrakcije generirani difrakcijskom rešetkom neće se reproducirati.
transmisioni i reflektirajući hologrami
Difrakcijska rešetka koju smo razmatrali naziva se transmisivnom, budući da djeluje u svjetlosti koja prolazi kroz nju. Nanesemo li linije rešetke ne na prozirnu ploču, već na površinu zrcala, dobit ćemo reflektirajuću difrakcijsku rešetku. Reflektira različite boje svjetlosti iz različitih kutova. Sukladno tome, postoje dvije velike klase holograma - reflektirajući i transmisivni. Prvi se promatraju u reflektiranom svjetlu, dok se drugi promatraju u propuštenom svjetlu.
