Холографија

Холографија , средство за стварање јединствене фотографске слике без употребе а сочива . Фотографски снимак слике назива се холограмом, који изгледа као непрепознатљив узорак пруга и колутова, али који - када осветљен од стране кохерентан светлост, као ласерским зраком - организује светлост у тродимензионални приказ оригиналног објекта.

Обична фотографска слика бележи варијације у интензитету светлости која се одбија од објекта, стварајући тамне површине у којима се рефлектује мање светлости и светлосне области у којима се више светлости одражава. Холографија, међутим, не бележи само интензитет светлости већ и њен интензитет фаза , или степен до ког су таласне фронте које чине одбијену светлост у кораку једна са другом, или кохерентан . Уобичајена светлост је некохерентна - то јест, фазни односи између мноштва таласа у зраку су потпуно случајни; таласни фронтови обичних светлосних таласа нису у кораку.



некада давно на филмској локацији запад

Деннис Габор, научник мађарског порекла, изумео је холографију 1948. године, за шта је више од 20 година касније (1971) добио Нобелову награду за физику. Габор је разматрао могућност побољшања резолуционе снаге електронског микроскопа, прво коришћењем снопа електрона за израду холограма предмета, а затим испитивањем овог холограма снопом кохерентне светлости, као што је приказано уСлика 1. У Габоровом оригиналном систему холограм је био запис интерференције између светлости коју омета објекат и колинеарне позадине. Ово аутоматски ограничава поступак на ону класу објеката који имају знатна подручја која су прозирна (видиСлика 1А). Када се холограм користи за формирање слике, формирају се двојаке слике, као што је илустровано уСлика 1Б. Светлост повезана са овим сликама је пропагирајући у истом смеру, па се стога у равни једне слике светлост са друге слике појављује као компонента изван фокуса. Иако степен повезаност може се добити фокусирањем светлости кроз врло малу рупу, ова техника превише смањује интензитет светлости да би могла послужити у холографији; стога је Габоров предлог неколико година био само теоретски интересантан. Развој ласера ​​почетком 1960-их изненада је променио ситуацију. Ласерски зрак има не само висок степен повезаност али и високог интензитета.



Слика 1: Габоров оригинални метод за стварање холограма.

Слика 1: Габоров оригинални метод за стварање холограма. Енцицлопӕдиа Британница, Инц.

Од многих врста ласерских зрака, две посебно занимају холографију: ласер са непрекидним таласом (ЦВ) и импулсни ласер. ЦВ ласер емитује светао, континуирани сноп једне, готово чисте боје. Импулсни ласер емитује изузетно интензиван, кратак блиц светлости који траје само око 1 / 100,000,000 секунде. Двоје научника из Сједињених Држава, Емметт Н. Леитх и Јурис Упатниекс са Универзитета у Мичигену, применили су ЦВ ласер на холографију и постигли велики успех, отварајући пут многим истраживачким апликацијама.



Основни принципи холографије

У основи, проблем који је Габор замишљао у свом покушају да побољша електронски микроскоп био је исти оном с којим су се фотографи суочили у својој потрази за тродимензионалним реализмом у фотографија . Да би се то постигло, светло које струји из извора мора и само да се фотографише. Ако се таласи ове светлости, са својим мноштвом брзо крећућих се гребена и корита, могу на тренутак замрзнути и фотографисати, таласни образац се затим може реконструисати и показат ће исти тродимензионални карактер као и објекат од којег је светлост одразио. Холографија постиже такву реконструкцију бележењем фазног садржаја као и амплитудског садржаја рефлектованих светлосних таласа ласерског зрака. Како ово функционише приказано је уСлика 2лево.

Слика 2: Аранжмани за (лево) стварање холограма и (десно) реконструкцију слике из холограма.

Слика 2: Аранжмани за (лево) стварање холограма и (десно) реконструкцију слике из холограма. Енцицлопӕдиа Британница, Инц.

Ласерска холографија са континуираним таласом

У замраченој соби сноп кохерентне ласерске светлости усмерен је на објекат О од извора Б. Зрак се рефлектује, расипа и дифрактује физичким особинама предмета и стиже на фотографску плочу на П. Истовремено, део ласерског зрака се одваја као инцидентни, или референтни, сноп А и рефлектује се огледало М такође на плочу П. Две греде се међусобно ометају; то јест, њихове одговарајуће амплитуде таласа се комбинују, стварајући на фотографској плочи сложени образац пруга и ковитлаца који се називају интерференцијским ресама. Ове ресе се састоје од наизменичних светлих и тамних подручја. Светла подручја настају када су две греде које ударају о плочу у кораку - када се гребен сусретне са гребеном, а корито се састане кроз корито у таласима две греде; греде су тада у фази и тако се међусобно ојачавају. Када су два таласа једнаке амплитуде, али супротне фазе - кроз гребен састанка и кроз гребен састанка - они се међусобно поништавају и долази до тамног подручја.



Плоча, када се развије, назива се холограмом. Слика на плочи нема сличности са фотографисаним објектом, али садржи евиденцију свих информација о фази и амплитуди присутних у зраци која се одбија од објекта. Два дела ласерског зрака - директни и рефлектовани зраци - сусрећу се на плочи под широким углом и на холограму су забележени као врло фини и међусобно преплетени ресице. Овај узорак ресе садржи све оптичке информације о објекту који се фотографише.

Обртањем поступка, као што је приказано на десној страни уСлика 2, слика оригиналног предмета може се реконструисати. Кохерентна светлост ласерског зрака осветљава холограмски негатив Х. Већина светлости ласера ​​пролази кроз филм као централни сноп А и не користи се. Уско упаковане, фино детаљне ивице на холограмском негативу делују као дифракциона решетка, савијајући или дифрактирајући преосталу светлост да би тачно преокренула првобитно стање кохерентних светлосних таласа који су створили холограм. Дифрактована светлост се преноси под широким углом од оне референтног зрака ласера.

На страни извора светлости холограма, на Ц, формира се виртуелна слика видљива оком. На другој страни, на тачки Б, формира се стварна слика која се може фотографисати. Обе ове реконституисане слике имају тродимензионални карактер, јер су поред информација о амплитуди, што је све што један уобичајени фотографски процес чува, сачуване и фазне информације. Ове фазне информације пружају тродимензионалне карактеристике слике, јер у себи садрже тачне информације о дубинама и висинама различитих контуре предмета. Реконституисану слику на Б могуће је фотографирати уобичајеним фотографским средствима, на одабраној дубини, у тачном фокусу.



Стварна слика из холограма - односно она која се може фотографисати - изгледа псеудоскопско или са обрнутом кривином. Овај преокрет може се елиминисати прављењем двоструког холограма, прво припремом појединачног холограма, а затим употребом као објекта у стварању другог холограма. Двоструким преокретом слика поново постаје нормална, као када се зрцална слика писања учини читком гледањем у другом огледалу. Стварна слика холограма има драгоцена својства. Камера за гледање или микроскоп могу се позиционирати и фокусирати на различите одабране положаје у дубини. Оригинални предмет се такође може довести у положај у простору.

Холограм не нуди само слике на различитим дубинама (различити пресеци предмета) већ и слике које се виде у различитим правцима ако се гледатељ помери са осе на којој се гледа главна слика. Под овим условима могу се видети директне слике. У холографији је такође могуће забележити на истој плочи низ низа многобројних слика које се могу реконструисати као једна слика, што доводи до могућности холографије у боји. Три холограма би се могла поставити на исту плочу, користећи три ласера ​​различитих боја. Реконструкција са три различита ласера ​​створила би слику у природној боји, иако је сама холограмска плоча црно-бела.