L'olografia è ... Concetto, principio di azione, applicazione

L'immagine olografica oggi trova tuttomaggiore uso Alcuni addirittura credono che possa alla fine sostituire i noti mezzi di comunicazione. Dunque o no, ma già ora è attivamente utilizzato nei rami più diversi. Ad esempio, conosciamo tutti gli adesivi olografici. Molti produttori li usano come mezzo di protezione contro la contraffazione. La foto sotto mostra alcuni adesivi olografici. Il loro uso è un modo molto efficace di proteggere merci o documenti dalla falsificazione.

Storia dello studio dell'olografia

L'immagine 3D ottenuta come risultato dirifrazione dei raggi, ha iniziato a essere studiato relativamente di recente. Tuttavia, possiamo già parlare dell'esistenza di una storia del suo studio. Dennis Gabor, uno scienziato inglese, nel 1948 per la prima volta determinò che cos'è l'olografia. Questa scoperta è stata molto importante, ma il suo grande significato in quel momento non era ancora evidente. I ricercatori che hanno lavorato negli anni '50 hanno sofferto dell'assenza di una fonte di luce con coerenza, una proprietà molto importante per lo sviluppo dell'olografia. Il primo laser fu fabbricato nel 1960. Con questo dispositivo, è possibile ottenere luce con sufficiente coerenza. Juris Upatnieks e Immet Leith, scienziati statunitensi, lo hanno usato per creare i primi ologrammi. Con il loro aiuto sono state ottenute immagini tridimensionali di oggetti.

Negli anni successivi, la ricerca continuò. Da allora sono stati pubblicati centinaia di articoli scientifici in cui è stato studiato il concetto di olografia e sono stati pubblicati molti libri dedicati a questo metodo. Tuttavia, questi lavori sono rivolti a specialisti e non al lettore generale. In questo articolo, cercheremo di parlare di tutto ciò che è disponibile nella lingua.

Cos'è l'olografia?

Possiamo proporre la seguente definizione: L'olografia è una fotografia volumetrica ottenuta per mezzo di un laser. Tuttavia, questa definizione non è del tutto soddisfacente, poiché ci sono molti altri tipi di fotografia tridimensionale. Tuttavia, riflette il più significativo: l'olografia è un metodo tecnico che consente di "registrare" l'aspetto di un oggetto; con il suo aiuto appare un'immagine tridimensionale che assomiglia ad un oggetto reale; L'uso dei laser ha avuto un ruolo decisivo nel suo sviluppo.

Olografia e sua applicazione

Lo studio dell'olografia consente di chiariremolte domande relative alla fotografia ordinaria. Come arte visiva, un'immagine 3D può persino sfidare quest'ultima, perché consente di riflettere il mondo circostante in modo più accurato e corretto.

Gli scienziati a volte distinguono le epoche nella storial'umanità attraverso i mezzi di comunicazione, che erano conosciuti in quei o in altri secoli. Puoi dire, ad esempio, dei geroglifici che esistevano nell'antico Egitto, sull'invenzione di una macchina da stampa nel 1450. In relazione al progresso tecnico osservato nel nostro tempo, i nuovi mezzi di comunicazione, come la televisione e i telefoni, hanno assunto una posizione dominante. Sebbene il principio olografico sia ancora agli inizi, se parliamo del suo uso nei media, ci sono ragioni per credere che i dispositivi basati su di esso possano sostituire i mezzi di comunicazione conosciuti in futuro o almeno estendere la portata del loro uso.

Fantascienza e letteratura di massaLa stampa viene spesso presentata con l'olografia in una luce errata e distorta. Spesso creano un malinteso su questo metodo. L'immagine volumetrica vista per la prima volta, ammalia. Tuttavia, la spiegazione fisica del principio della sua struttura non è meno impressionante.

Modello di interferenza

La capacità di vedere gli oggetti si basa sul fatto cheonde luminose, rifratte da esse o riflesse da esse, cadono nei nostri occhi. Le onde luminose riflesse da un oggetto sono caratterizzate dalla forma del fronte d'onda corrispondente alla forma di questo oggetto. Un'immagine di bande (o linee) scure e chiare crea due gruppi di onde coerenti di luce che interferiscono. Ecco come si forma l'olografia del volume. In questo caso, queste bande in ciascun caso specifico costituiscono una combinazione che dipende solo dalla forma dei fronti d'onda delle onde, che interagiscono tra loro. Questa immagine è chiamata interferenza. Può essere fissato, per esempio, su una lastra fotografica, se la si posiziona in un luogo in cui si osservano interferenze di onde.

La varietà di ologrammi

Un metodo che ti permette di registrare (registrarti)riflesso dal fronte d'onda dell'oggetto, quindi ripristinarlo in modo che l'osservatore sembri che vede l'oggetto reale e che è l'olografia. Questo è un effetto che è spiegato dal fatto che l'immagine risultante è tridimensionale nella stessa misura dell'oggetto reale.

Ci sono molti diversi tipi di ologrammi, inche sono facili da confondere. Per identificare in modo univoco una particolare specie, devi usare quattro o anche cinque aggettivi. Di tutti i loro molti, considereremo solo le classi principali utilizzate dall'olografia moderna. Tuttavia, per prima cosa dobbiamo dire un po 'di questo fenomeno ondulatorio come la diffrazione. Ci permette di costruire (o meglio ricostruire) il fronte d'onda.

diffrazione

Se un articolo è in arrivoluce, getta un'ombra. La luce gira intorno a questo oggetto, andando parzialmente nell'ombra. Questo effetto è chiamato diffrazione. È spiegato dalla natura ondulatoria della luce, ma è strettamente difficile spiegarlo rigorosamente.

Solo in un angolo molto piccolo la luce penetrazona d'ombra, quindi a malapena lo notiamo. Tuttavia, se ci sono molti piccoli ostacoli sul suo percorso, le distanze tra le quali sono solo alcune lunghezze d'onda della luce, questo effetto diventa abbastanza evidente.

Se la caduta del fronte d'onda cadeun grande ostacolo singolo, la parte corrispondente di esso "cade", che praticamente non influenza la regione rimanente di un dato fronte d'onda. Se molti piccoli ostacoli sono sul suo percorso, cambia a causa della diffrazione in modo che la luce che si propaghi dietro l'ostacolo abbia un fronte d'onda qualitativamente diverso.

La trasformazione è così forte che inizia la luceanche diffuso in una direzione diversa. Risulta che la diffrazione ci permette di trasformare il fronte d'onda originale in uno completamente diverso. Pertanto, la diffrazione è il meccanismo con cui otteniamo un nuovo fronte d'onda. Un dispositivo che lo forma nel modo sopra descritto è chiamato reticolo di diffrazione. Dillo di più a riguardo.

Reticolo di diffrazione

Questo è un piccolo piatto stampato su di esso.sottili tratti paralleli dritti (linee). Sono separati da un centesimo o addirittura un millesimo di millimetro. Cosa succede se il raggio laser sulla sua strada incontra la griglia, che consiste di diverse strisce scure e luminose sfocate? Una parte di esso andrà dritto attraverso il reticolo, e una parte sarà piegata. Quindi, vengono formati due nuovi raggi, che escono dal reticolo con una certa angolazione rispetto al raggio originale e si trovano su entrambi i lati. Se un singolo raggio laser ha, ad esempio, un fronte d'onda piano, i due nuovi raggi formati ai lati avranno anche fronti d'onda piatti. Quindi, passando un raggio laser attraverso un reticolo di diffrazione, formiamo due nuovi fronti d'onda (piano). Apparentemente, il reticolo di diffrazione può essere considerato come l'esempio più semplice di un ologramma.

Registrazione ologramma

Introduzione ai principi di base dell'olografiadovrebbe iniziare con lo studio di due fronti di onde piatte. Interagendo, formano un modello di interferenza, che viene registrato su una lastra fotografica posta nello stesso punto dello schermo. Questo stadio del processo (prima) in olografia è chiamato registrazione (o registrazione) dell'ologramma.

Recupero dell'immagine

Supponiamo che una delle onde del piano - A, eil secondo, B. Wave A, è indicato come riferimento, e B, il soggetto, cioè, riflesso dall'oggetto di cui è fissata l'immagine. Potrebbe non differire dall'onda di riferimento. Tuttavia, quando si crea un ologramma di un oggetto reale tridimensionale, viene formato un fronte d'onda molto più complesso della luce riflessa dall'oggetto.

Schema di interferenza presentato supellicola fotografica (cioè l'immagine del reticolo di diffrazione): questo è l'ologramma. Può essere posizionato nel percorso del raggio primario di riferimento (un raggio di luce laser con un fronte d'onda piano). In questo caso, 2 nuovi fronti d'onda sono formati su entrambi i lati. Il primo è una copia esatta del fronte oggetto d'onda, che si propaga nella stessa direzione dell'onda B. Lo stadio sopra descritto è chiamato ricostruzione dell'immagine.

Processo olografico

Schema di interferenza creato da dueLe onde coerenti piane, dopo la sua registrazione su una lastra fotografica, sono un dispositivo che consente, nel caso di illuminazione di una di queste onde, di ricostruire un'altra onda piana. Il processo olografico ha quindi le seguenti fasi: la registrazione e la successiva "memorizzazione" del fronte oggetto d'onda sotto forma di ologramma (schema di interferenza), e il suo ripristino dopo qualsiasi momento durante il passaggio dell'onda di riferimento attraverso l'ologramma.

Fronte d'onda soggetto nella realtàpuò essere qualsiasi Ad esempio, può essere riflesso da qualche oggetto reale, se è un'onda di riferimento coerente. Formata da due fronti d'onda con coerenza, il modello di interferenza è un dispositivo che consente, a causa della diffrazione, di convertire uno di questi fronti in un altro. È qui che la chiave per un fenomeno come l'olografia è nascosta. Dennis Gabor ha scoperto per la prima volta questa proprietà.

Osservazione dell'immagine formata dall'ologramma

Nel nostro tempo inizia la lettura degli ologrammiutilizzare un dispositivo speciale - un proiettore olografico. Ti permette di convertire un'immagine da due a tre dimensioni. Tuttavia, per visualizzare semplici ologrammi, non è necessario un proiettore olografico. Descrivi brevemente come considerare tali immagini.

Per osservare la formazione dei più sempliciimmagine ologramma, è necessario posizionarlo a circa 1 metro di distanza dall'occhio. Attraverso il reticolo di diffrazione bisogna guardare nella direzione in cui le onde piatte (ricostruite) lo lasciano. Poiché sono esattamente le onde piatte che entrano nell'occhio dell'osservatore, anche l'immagine olografica è piatta. Ci appare come un "muro bianco", che è uniformemente illuminato da una luce avente lo stesso colore della radiazione laser corrispondente. Poiché non ci sono segni specifici di questo "muro", è impossibile determinare quanto è lontano. Sembra che guardi un muro lungo situato all'infinito, ma allo stesso tempo vedi solo la sua parte che puoi vedere attraverso una piccola "finestra", cioè un ologramma. Di conseguenza, un ologramma è una superficie uniformemente luminosa sulla quale non notiamo nulla degno di attenzione.

Il reticolo di diffrazione (ologramma) ci consenteosservare alcuni effetti più semplici. Possono essere dimostrati usando altri tipi di ologrammi. Passando attraverso il reticolo di diffrazione, il fascio di luce si divide, si formano due nuovi fasci. Con l'aiuto di raggi laser è possibile illuminare qualsiasi reticolo di diffrazione. In questo caso, la radiazione dovrebbe differire di colore da quella utilizzata nella sua registrazione. L'angolo di piega di un raggio di colore dipende dal colore che ha. Se è rosso (la lunghezza d'onda più lunga), un raggio di questo tipo viene piegato ad un angolo maggiore rispetto al raggio blu, che ha la lunghezza d'onda più corta.

Puoi saltare il reticolo di diffrazioneuna miscela di tutti i colori, cioè bianco. In questo caso, ogni componente di colore di questo ologramma è piegato alla propria angolazione. All'uscita, si forma uno spettro simile a quello creato da un prisma.

Posizionamento del reticolo di diffrazione

I colpi del reticolo di diffrazione dovrebbero essere fatti moltovicini tra loro in modo che la curvatura dei raggi fosse evidente. Ad esempio, per la curvatura del raggio rosso di 20 °, è necessario che la distanza tra le corse non superi 0,002 mm. Se sono posizionati più vicino, il raggio di luce inizia a piegarsi ancora di più. Per "registrare" questa griglia hai bisogno di una lastra fotografica, che sia in grado di registrare dettagli così sottili. Inoltre, è necessario che la piastra nel processo di esposizione, così come durante la registrazione, rimanga completamente immobile.

L'immagine può essere molto sfocata anche conil minimo movimento, e così tanto che sarà completamente indistinguibile. In questo caso, non vedremo un modello di interferenza, ma semplicemente una lastra di vetro, uniformemente nera o grigia su tutta la sua superficie. Naturalmente, in questo caso, gli effetti di diffrazione generati dal reticolo di diffrazione non saranno riprodotti.

Trasmissione e ologrammi riflettenti

Il reticolo di diffrazione considerato da noiindicato come di passaggio, perché agisce nella luce che lo attraversa. Se applichiamo le linee del reticolo non sulla lastra trasparente, ma sulla superficie dello specchio, otterremo un reticolo di diffrazione riflettente. Riflette a diversi angoli la luce di vari colori. Di conseguenza, ci sono due grandi classi di ologrammi - riflettenti e trasmissivi. Il primo è osservato in luce riflessa, e il secondo - nel passaggio.