Голография

Эта статья может быть слишком технической для понимания большинства читателей . Пожалуйста, помогите улучшить его, чтобы он был понятен неспециалистам , не удаляя технических деталей. ( Март 2017 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Две фотографии одной голограммы, сделанные с разных точек зрения

Голография - это наука и практика создания голограмм. Голограмма представляет собой реальный мир запись интерференционной картины , которая использует дифракцию воспроизвести 3D световое поле , в результате чего изображения , которое до сих пор имеет глубину, параллакс , а также другие свойства исходной сцены. ^[1] Голограмма - это фотографическая запись светового поля, а не изображение, сформированное линзой . Голографический носитель, например объект, созданный с помощью голографического процесса (который можно назвать голограммой), обычно непонятен при просмотре в рассеянном окружающем свете . Это кодирование светового поля какинтерференционная картина вариаций непрозрачности , плотности или профиля поверхности фотографического носителя. При подходящем освещении интерференционная картина дифрагирует свет до точного воспроизведения исходного светового поля, а объекты, находящиеся в ней, 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 просто создают иллюзию глубины, но представляют собой действительно трехмерные изображения.

В чистом виде голографии нужен лазерный свет для освещения объекта и для просмотра готовой голограммы. Микроскопический уровень детализации по всей записанной сцене может быть воспроизведен. 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. Голографическая портретная съемка часто прибегает к неголографической промежуточной процедуре визуализации, чтобы избежать использования опасных мощных импульсных лазеров, которые могут потребоваться для оптического «замораживания» движущихся объектов так же точно, как того требует процесс голографической записи, крайне нетерпимый к движению. Голограммы теперь также могут быть полностью сгенерированы компьютером, чтобы показывать объекты или сцены, которых никогда не было.

Голография отличается от линзовидных и других более ранних технологий автостереоскопического 3D-отображения, которые могут давать внешне похожие результаты, но основаны на визуализации с помощью обычных 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.

Деннис Габор изобрел голографию в 1947 году и позже получил Нобелевскую премию за свои усилия.

Обзор и история [ править ]

Венгерский - британский физик Деннис Габор (Венгерский: Габор Dénes ) ^{[2] [3]} был удостоен Нобелевской премии по физике в 1971 г. «за изобретение и разработку голографического метода». ^[4] Его работа, выполненная в конце 1940-х годов, была основана на новаторских работах в области рентгеновской микроскопии, выполненных другими учеными, включая Мечислава Вольфке в 1920 году и Уильяма Лоуренса Брэгга в 1939 году. ^[5] Это открытие было неожиданным результатом исследования по совершенствованию электронных микроскопов в британской компании Thomson-Houston (BTH) вРегби , Англия, и компания подали 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 ; ") и γραφή ( graphē ;" письмо "или" рисунок ").

Развитие лазера позволило первые практические оптические голограммы, зафиксированного 3D - объекты , которые будут сделаны в 1962 году Юрий Денисюк в Советском Союзе ^[6] и Эммет Лейт и Юрис Упатниекса в Университете штата Мичиган , США. ^{[7] В} ранних голограммах в качестве носителя записи использовались фотоэмульсии галогенида серебра . Они были не очень эффективны, так как изготовленная решетка поглощала большую часть падающего света. Были разработаны различные методы преобразования изменения пропускания в изменение показателя преломления (известные как «обесцвечивание»), которые позволили получить гораздо более эффективные голограммы. ^{[8] [9][10]}

Можно изготовить несколько типов голограмм. Просвечивающие голограммы, такие как созданные Leith и Upatnieks, просматриваются путем прохождения через них лазерного света и просмотра восстановленного изображения со стороны голограммы, противоположной источнику. ^[11] Более поздняя доработка, голограмма с «пропусканием радуги» , обеспечивает более удобное освещение белым светом, а не лазером. ^[12] Радужные голограммы обычно используются для защиты и аутентификации, например, на кредитных картах и ​​упаковке продуктов. ^[13]

Другой тип распространенной голограммы, отражение или голограмма Денисюка, также может быть просмотрен с использованием источника освещения белым светом на той же стороне голограммы, что и зритель, и является типом голограммы, обычно видимым на голографических дисплеях. Они также могут воспроизводить многоцветное изображение. ^[14]

Зеркальная голография - это родственная техника для создания трехмерных изображений путем управления движением бликов на двумерной поверхности. ^[15] Он работает посредством отражательного или преломляющего манипулирования пучками световых лучей, тогда как голография в стиле Габора работает путем дифракционной реконструкции волновых фронтов.

Большинство созданных голограмм представляют собой статические объекты, но сейчас разрабатываются системы для отображения меняющихся сцен на голографическом объемном дисплее . ^{[16] [17] [18]}

Голограммы также могут использоваться для оптического хранения, извлечения и обработки информации. ^[19]

На первых порах голография требовала мощных и дорогих лазеров, но в настоящее время серийно производимые недорогие лазерные диоды , такие как те, что используются в DVD-рекордерах и используются в других распространенных приложениях, могут использоваться для изготовления голограмм и голографии. гораздо более доступным для исследователей с низким бюджетом, художников и увлеченных любителей.

Считалось, что можно будет использовать рентгеновские лучи для создания голограмм очень маленьких объектов и просмотра их в видимом свете. ^{[ необходима цитата ]} Сегодня голограммы с рентгеновскими лучами генерируются с помощью синхротронов или рентгеновских лазеров на свободных электронах в качестве источников излучения и пиксельных детекторов, таких как ПЗС-матрицы в качестве носителя записи. ^[20] Затем реконструкция извлекается посредством вычислений. Из-за более короткой длины волны рентгеновских лучей по сравнению с видимым светом этот подход позволяет отображать объекты с более высоким пространственным разрешением. ^[21] Поскольку лазеры на свободных электронах могут обеспечивать ультракороткие и рентгеновские импульсы в диапазонеИнтенсивные и когерентные фемтосекунды , рентгеновская голография использовалась для захвата сверхбыстрых динамических процессов. ^{[22] [23] [24]}

Как это работает [ править ]

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. ^[25] Голографию можно рассматривать как нечто похожее на запись звука , при которой звуковое поле, создаваемое вибрирующей материей, такой как музыкальные инструменты или голосовые связки , кодируется таким образом, что его можно воспроизвести позже, без присутствия исходной вибрации. иметь значение. Однако это даже больше похоже на запись звука Ambisonic, в которой любой угол прослушивания звукового поля может быть воспроизведен при воспроизведении.

Лазер [ править ]

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 созданы 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 называется объектным лучом, а другой - опорным . Луч объекта расширяется, проходя 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 расположение 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 [ править ]

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 был направлен через ряд элементов, которые изменяют его по-разному. Первый элемент - это светоделитель, который разделяет 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 со 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 [ править ]

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 первоначально создается сценой и рассеивается на голограмме.

Сравнение с фотографией [ править ]

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 в сцене, каждая точка на голографической записи включает 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 обзора голограммы добавляет гораздо больше признаков восприятия глубины , которые присутствовали в исходной сцене. Эти сигналы распознаются человеческим мозгом и преобразуются в такое же восприятие трехмерного изображения, как и 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 сцене.

Физика голографии [ править ]

Для лучшего понимания процесса необходимо понимать интерференцию и дифракцию . Интерференция возникает при наложении одного или нескольких волновых фронтов . Дифракция возникает, когда фронт волны 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 [ править ]

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

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

Записанный световой узор 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, что и вторая волна, первоначально падающая, так что вторая волна была реконструирована '. Таким образом, записанный световой узор является голографической записью, как определено выше.

Точечные источники [ править ]

Если носитель записи освещается точечным источником и нормально падающей плоской волной, результирующий рисунок представляет собой пластину синусоидальной зоны , 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 до волны, 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 [ править ]

Чтобы записать голограмму сложного объекта, лазерный луч сначала разделяется на два световых луча. Один луч освещает объект, который затем рассеивает свет на носителе 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 освещает непосредственно 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 пластинок», которые в совокупности образуют случайный ( спекл ) узор, как на фотографии выше.

Когда голограмма освещается исходным опорным лучом, каждая из отдельных зонных пластин восстанавливает объектную волну, которая ее произвела, 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.

Математическая модель [ править ]

Световая волна одной частоты может быть смоделирована с помощью комплексного числа , U , который представляет собой электрическое или магнитное поле в световой волне . Амплитуды и фазы света представлены абсолютной величины и угла комплексного числа. Объект и опорные волны в любой точке в голографической системе задаются U _O и U _R . Комбинированный луч равен U _O + U _R. Энергия комбинированных лучей пропорциональна квадрату величины объединенных волн как

${\displaystyle \left|U_{\text{O}}+U_{\text{R}}\right|^{2}=U_{\text{O}}U_{\text{R}}^{*}+\left|U_{\text{R}}\right|^{2}+\left|U_{\text{O}}\right|^{2}+U_{\text{O}}^{*}U_{\text{R}}}$

Если фотопластинка подвергается воздействию двух лучей, а затем проявляется , ее коэффициент пропускания T пропорционален световой энергии, падающей на пластину, и определяется выражением

${\displaystyle T=kU_{\text{O}}U_{\text{R}}^{*}+k\left|U_{\text{R}}\right|^{2}+k\left|U_{\text{O}}\right|^{2}+kU_{\text{O}}^{*}U_{\text{R}}}$,

где k - постоянная.

Когда развитая пластина освещаются опорным лучом, свет , прошедший через пластину, U _H , равен пропускание, T , умноженное на амплитуде опорного пучка, U _R , давая

${\displaystyle U_{H}=TU_{\text{R}}=kU_{\text{O}}\left|U_{\text{R}}\right|^{2}+k\left|U_{\text{R}}\right|^{2}U_{\text{R}}+k\left|U_{\text{O}}\right|^{2}U_{\text{R}}+kU_{\text{O}}^{*}U_{\text{R}}^{2}}$

Можно видеть, что U _H имеет четыре члена, каждый из которых представляет световой луч, выходящий из голограммы. Первый из них пропорционален U _O . Это луч реконструированного объекта, который позволяет зрителю «видеть» исходный объект, даже если он больше не присутствует в поле зрения.

Вторые и третьи лучи модифицированных версий эталонного пучка. Четвертый термин - «пучок сопряженных объектов». Он имеет кривизну, обратную самому объектному пучку, и формирует реальное изображение объекта в пространстве за голографической пластиной.

Когда эталонный и объектный лучи падают на голографический носитель записи под существенно разными углами, виртуальный, реальный и эталонный волновые фронты появляются под разными углами, что позволяет четко видеть восстановленный объект.

Запись голограммы [ править ]

Требуемые элементы [ редактировать ]

Для изготовления голограммы потребуются:

• подходящий предмет или набор предметов
• часть лазерного луча должна быть направлена ​​так, чтобы она освещала объект (объектный луч), а другая часть - так, чтобы она освещала носитель записи напрямую (эталонный луч), позволяя эталонному лучу и свету, который рассеивается от объекта на носитель записи для формирования интерференционной картины
• носитель записи, который преобразует эту интерференционную картину в оптический элемент, который изменяет либо амплитуду, либо фазу падающего светового луча в соответствии с интенсивностью интерференционной картины.
• лазерный луч, излучающий когерентный свет с одной длиной волны .
• среда, которая обеспечивает достаточную механическую и термическую стабильность, чтобы интерференционная картина оставалась стабильной в течение времени, в течение которого интерференционная картина записывается ^[26]

Эти требования взаимосвязаны, и для этого необходимо понимать природу оптических помех. Интерференция - это изменение интенсивности, которое может возникнуть, когда две световые волнынакладываются. Интенсивность максимумов превышает сумму индивидуальных интенсивностей двух лучей, а интенсивность в минимумах меньше этого значения и может быть нулевой. Интерференционная картина отображает относительную фазу между двумя волнами, и любое изменение относительных фаз заставляет интерференционную картину перемещаться по полю зрения. Если относительная фаза двух волн изменяется на один цикл, то узор смещается на одну целую полосу. Один фазовый цикл соответствует изменению относительных расстояний, пройденных двумя лучами одной длины волны. Поскольку длина волны света составляет порядка 0,5 мкм, можно видеть, что очень небольшие изменения в оптических путях, проходимых любым из лучей в системе голографической записи, приводят к перемещению интерференционной картины, которая является голографической записью.Такие изменения могут быть вызваны относительными перемещениями любого из оптических компонентов или самого объекта, а также локальными изменениями температуры воздуха. Важно, чтобы любые такие изменения были значительно меньше длины волны света, если необходимо создать четкую и четко определенную запись помех.

Время экспозиции, необходимое для записи голограммы, зависит от доступной мощности лазера, от конкретного используемого носителя, а также от размера и характера объекта (ов), который должен быть записан, как и в обычной фотографии. Это определяет требования к стабильности. Время экспозиции в несколько минут типично при использовании достаточно мощных газовых лазеров и эмульсий галогенидов серебра. Все элементы в оптической системе должны быть стабильными до долей мкм в течение этого периода. Можно сделать голограммы гораздо менее стабильных объектов, используя импульсный лазер, который вырабатывает большое количество энергии за очень короткое время (мкс или меньше). ^[27] Эти системы использовались для создания голограмм живых людей. Голографический портрет Денниса Габора был создан в 1971 году с помощью импульсного рубинового лазера.^{[28] [29]}

Таким образом, мощность лазера, чувствительность носителя записи, время записи, а также требования к механической и термической стабильности взаимосвязаны. Как правило, чем меньше объект, тем более компактна оптическая схема, поэтому требования к устойчивости значительно ниже, чем при создании голограмм больших объектов.

Другой очень важный параметр лазера - его когерентность . ^[30] Это можно представить, рассмотрев лазер, генерирующий синусоидальную волну, частота которой дрейфует во времени; тогда длину когерентности можно рассматривать как расстояние, на котором она поддерживает одну частоту. Это важно, потому что две волны с разными частотами не создают стабильной интерференционной картины. Длина когерентности лазера определяет глубину резкости, которая может быть записана в сцене. Хороший голографический лазер обычно имеет длину когерентности в несколько метров, достаточную для глубокой голограммы.

Объекты, образующие сцену, должны, как правило, иметь оптически шероховатые поверхности, чтобы они рассеивали свет в широком диапазоне углов. Зеркально отражающая (или блестящая) поверхность отражает свет только в одном направлении в каждой точке своей поверхности, поэтому, как правило, большая часть света не падает на носитель записи. Голограмму блестящего объекта можно сделать, поместив его очень близко к записывающей пластине. ^[31]

Классификация голограмм [ править ]

В этом разделе определены три важных свойства голограммы. Данная голограмма будет обладать одним или другим из этих трех свойств, например, амплитудно-модулированная, тонкая, пропускающая голограмма или фазомодулированная, объемная, отраженная голограмма.

Голограммы с амплитудной и фазовой модуляцией [ править ]

Голограмма с амплитудной модуляцией - это голограмма, в которой амплитуда света, дифрагированного голограммой, пропорциональна интенсивности записанного света. Простой пример - фотоэмульсия на прозрачной подложке. Эмульсия подвергается воздействию интерференционного рисунка, а затем проявляется, обеспечивая коэффициент пропускания, который зависит от интенсивности рисунка - чем больше света попало на пластину в данной точке, тем темнее проявленная пластина в этой точке.

Фазовая голограмма создается путем изменения толщины или показателя преломления материала пропорционально интенсивности голографической интерференционной картины. Это фазовая решетка, и можно показать, что, когда такая пластина освещается исходным опорным лучом, она восстанавливает волновой фронт исходного объекта. Эффективность (т. Е. Доля освещенного объектного луча, которая преобразуется в восстановленный объектный луч) больше для фазы, чем для голограмм с амплитудной модуляцией.

Тонкие голограммы и толстые (объемные) голограммы [ править ]

Тонкая голограмма - это голограмма, в которой толщина носителя записи намного меньше, чем расстояние между интерференционными полосами, составляющими голографическую запись. Толщина тонкой голограммы может составлять до 60 нм при использовании тонкой пленки из топологического изоляционного материала Sb ₂ Te ₃ . ^[32] Ультратонкие голограммы могут быть интегрированы в повседневную бытовую электронику, такую ​​как смартфоны.

Толстая или объемная голограмма - это голограмма, у которой толщина носителя записи больше, чем интервал интерференционной картины. Записанная голограмма теперь представляет собой трехмерную структуру, и можно показать, что падающий свет преломляется решеткой только под определенным углом, известным как угол Брэгга . ^[33] Если голограмма освещается источником света падающего на оригинальный угол опорного пучка , но в широком спектре длин волн; восстановление происходит только на длине волны исходного используемого лазера. Если угол освещения изменяется, реконструкция будет происходить на другой длине волны, и цвет реконструированной сцены изменится. Объемная голограмма эффективно действует как цветной фильтр.

Голограммы на пропускание и отражение [ править ]

Передающая голограмма - это голограмма, в которой объектный и эталонный лучи падают на носитель записи с одной и той же стороны. На практике можно использовать еще несколько зеркал, чтобы направить лучи в нужных направлениях.

Обычно пропускающие голограммы могут быть восстановлены только с использованием лазера или квазимонохроматического источника, но особый тип пропускающей голограммы, известный как радужная голограмма, можно рассматривать в белом свете.

В отражательной голограмме объектный и эталонный лучи падают на пластину с противоположных сторон пластины. Затем реконструированный объект рассматривается с той же стороны пластины, на которую падает реконструирующий луч.

Для создания отражающих голограмм можно использовать только объемные голограммы, поскольку только дифрагированный пучок очень низкой интенсивности будет отражаться тонкой голограммой.

Примеры полноцветных отражательных голограмм образцов минералов:

• Голограмма Эльбаита на кварце

• Голограмма танзанита на матрице

• Голограмма турмалина на кварце

• Голограмма аметиста на кварце

Голографические носители записи [ править ]

Носитель записи должен преобразовывать исходную интерференционную картину в оптический элемент, который изменяет либо амплитуду, либо фазу падающего светового луча пропорционально интенсивности исходного светового поля.

Носитель записи должен полностью разрешать все полосы, возникающие из-за интерференции между объектом и опорным лучом. Эти интервалы между полосами могут варьироваться от десятков микрометров до менее одного микрометра, то есть пространственные частоты находятся в диапазоне от нескольких сотен до нескольких тысяч циклов / мм, и в идеале носитель записи должен иметь ровный отклик в этом диапазоне. Фотопленка имеет очень низкий или даже нулевой отклик на задействованных частотах, и ее нельзя использовать для создания голограммы - например, разрешение профессиональной черно-белой пленки Kodak ^[34] начинает падать с 20 линий / мм - это маловероятно что любой реконструированный пучок можно получить с помощью этой пленки.

Если отклик не является плоским в диапазоне пространственных частот в интерференционной картине, то разрешение реконструированного изображения также может ухудшиться. ^{[35] [36]}

В таблице ниже показаны основные материалы, используемые для голографической записи. Обратите внимание, что они не включают материалы, используемые при массовом воспроизведении существующей голограммы, которые обсуждаются в следующем разделе. Предел разрешения, приведенный в таблице, указывает на максимальное количество интерференционных линий на мм решеток. Требуется воздействие, выраженное как милли джоулей (MJ) от энергии фотонов , воздействующих на площади поверхности, это в течение длительного времени экспозиции. Короткое время экспозиции (менее ¹ / ₁₀₀₀ секунды, например, с помощью импульсного лазера) требует гораздо более высокой энергии облучения, из - за невзаимозаместимость .

Копирование и массовое производство [ править ]

Существующую голограмму можно скопировать тиснением ^[38] или оптическим способом. ^[39]

Большинство голографических записей (например, обесцвеченного галогенида серебра, фоторезиста и фотополимеров) имеют рельефные рисунки поверхности, соответствующие исходной интенсивности освещения. Тиснение, которое аналогично методу, используемому для штамповки пластиковых дисков из мастера в аудиозаписи, включает в себя копирование этого рельефного рисунка поверхности путем оттиска его на другом материале.

Первый шаг в процессе тиснения сделать штамп с помощью электроосаждения из никеля на изображении рельефа , записанное на фоторезисте или фототермопластическом. Когда слой никеля достаточно толстым, он отделен от голограммы - оригинала и установлены на металлической опорной плите. Материал, используемый для изготовления тисненых копий, состоит из полиэфирной основной пленки, разделительного слоя смолы и термопластичной пленки, составляющей голографический слой.

Процесс тиснения можно проводить с помощью простого нагретого пресса. Нижний слой дублирующей пленки (слой термопласта) нагревается выше точки размягчения и прижимается к штампу, так что он принимает свою форму. Эта форма сохраняется, когда пленка охлаждается и снимается с пресса. Чтобы обеспечить возможность просмотра тисненых голограмм в отражении, на слой записи голограммы обычно добавляют дополнительный отражающий слой алюминия. Этот метод особенно подходит для массового производства.

Первой книгой, на обложке которой была голограмма, была книга Дж. П. Миллера «Скук» (Warner Books, 1984) с иллюстрацией Миллера. Первой обложкой альбома с голограммой была "UB44", выпущенная в 1982 году для британской группы UB40 компанией Advanced Holographics в Лафборо. На нем была изображена квадратная голограмма с тиснением 5,75 дюйма, показывающая трехмерное изображение букв UB, вырезанных из полистирола, чтобы они выглядели как камень, и числа 44, парящие в пространстве на картинной плоскости. На внутреннем рукаве было объяснение голографического процесса и инструкции по использованию Как осветить голограмму. National Geographic опубликовал первый журнал с голограммой на обложке в марте 1984 г. ^[40]Тисненые голограммы широко используются на кредитных картах, банкнотах и ​​дорогостоящих товарах для целей аутентификации. ^[41]

Можно печатать голограммы прямо на стали с помощью листового заряда взрывчатого вещества для создания необходимого рельефа поверхности. ^[42] Королевская канадская монетный производит голографическое золото и серебро чеканки через сложный процесс штамповки. ^[43]

Голограмму можно скопировать оптически, освещая ее лазерным лучом и располагая вторую пластину голограммы так, чтобы она освещалась как лучом реконструированного объекта, так и освещающим лучом. Требования к стабильности и согласованности значительно снижаются, если две пластины расположены очень близко друг к другу. ^[44] индекс соответствие жидкости часто используются между пластинами , чтобы свести к минимуму паразитных помех между пластинами. Равномерное освещение может быть получено путем сканирования по точкам или с помощью луча, сформированного в виде тонкой линии.

Реконструкция и просмотр голографического изображения [ править ]

Когда голограмма освещена пластина лазерного лучом , идентичного опорный луч , который был использован для записи голограммы, точная реконструкция исходного объекта волнового фронта получается. Система визуализации (глаз или камера), расположенная в реконструированном луче, «видит» точно такую ​​же сцену, как и при просмотре оригинала. Когда линза перемещается, изображение меняется так же, как если бы объект был на месте. Если при записи голограммы присутствовало несколько объектов, реконструированные объекты перемещаются относительно друг друга, т. Е. Демонстрируют параллаксточно так же, как и исходные объекты. На заре голографии было очень распространено использовать шахматную доску в качестве объекта, а затем делать фотографии под разными углами, используя реконструированный свет, чтобы показать, как менялось относительное положение шахматных фигур.

Голографическое изображение также может быть получено с использованием конфигурации лазерного луча, отличной от конфигурации исходного луча записывающего объекта, но восстановленное изображение не будет точно соответствовать оригиналу. ^[45] Когда для восстановления голограммы используется лазер, изображение становится пятнистым, как и исходное изображение. Это может быть серьезным недостатком при просмотре голограммы.

Белый свет состоит из света широкого диапазона длин волн. Обычно, если голограмма освещается источником белого света, каждая длина волны может рассматриваться как генерирующая свою собственную голографическую реконструкцию, и они будут различаться по размеру, углу и расстоянию. Они будут наложены друг на друга, и суммированное изображение сотрет любую информацию об исходной сцене, как если бы накладывался набор фотографий одного и того же объекта разных размеров и ориентации. Однако голографическое изображение можно получить с помощью белого света.в определенных обстоятельствах, например, с объемными голограммами и радужными голограммами. Источник белого света, используемый для просмотра этих голограмм, всегда должен приближаться к точечному источнику, то есть к прожекторному свету или солнцу. Расширенный источник (например, люминесцентная лампа) не будет восстанавливать голограмму, поскольку его свет падает в каждую точку под широким диапазоном углов, давая множество реконструкций, которые «стирают» друг друга.

Реконструкции в белом свете не содержат пятен.

Объемные голограммы [ править ]

Объемная голограмма отражающего типа может дать достаточно четкое восстановленное изображение с использованием источника белого света, поскольку сама структура голограммы эффективно фильтрует свет с длинами волн вне относительно узкого диапазона. Теоретически в результате должно получиться изображение примерно того же цвета, что и лазерный луч, использованный для создания голограммы. На практике с носителями записи, требующими химической обработки, обычно происходит уплотнение структуры из-за обработки и последующий сдвиг цвета в сторону более короткой длины волны. Такая голограмма, записанная в эмульсии желатина галогенида серебра с помощью красного лазерного излучения, обычно отображает зеленое изображение. Умышленное временное изменение толщины эмульсии перед экспонированием или постоянное изменение после обработки использовалось художниками для создания необычных цветов и многоцветных эффектов.

Радужные голограммы [ править ]

В этом методе параллакс в вертикальной плоскости приносится в жертву для получения яркого, четко определенного, градиентно окрашенного реконструированного изображения с использованием белого света. Процесс записи радужной голографии обычно начинается со стандартной голограммы передачи и копируется с использованием горизонтальной щели для устранения вертикального параллакса в выходном изображении. Таким образом, зритель эффективно просматривает голографическое изображение через узкую горизонтальную щель, но щель была расширена в окно с той же дисперсией , которая в противном случае смазывала бы все изображение. Информация о горизонтальном параллаксе сохраняется, но движение в вертикальном направлении приводит к смещению цвета, а не к изменению вертикальной перспективы. ^[46]Поскольку эффекты перспективы воспроизводятся только вдоль одной оси, объект будет казаться растянутым или сжатым по-разному, когда голограмма не просматривается на оптимальном расстоянии; это искажение может остаться незамеченным при небольшой глубине, но может быть серьезным, когда объект находится на большом расстоянии от плоскости голограммы. Сохраняются стереопсис и параллакс горизонтального движения, два относительно важных признака глубины.

Голограммы на кредитных картах являются примерами радужных голограмм. Это технически пропускающие голограммы, закрепленные на отражающей поверхности, например, на металлизированной полиэтилентерефталатной подложке, широко известной как ПЭТ .

Верность реконструированной балки [ править ]

Чтобы точно воспроизвести исходный объектный луч, восстанавливающий эталонный луч должен быть идентичен исходному эталонному лучу, а носитель записи должен иметь возможность полностью разрешить интерференционную картину, образованную между объектным и эталонным лучами. ^[47] Точная реконструкция требуется в голографической интерферометрии , где голографически восстановленный волновой фронт интерферирует с волновым фронтом, исходящим от реального объекта, давая нулевую полосу, если не было движения объекта, и отображая смещение, если объект перемещался. Это требует очень точного перемещения проявленной голографической пластины.

Любое изменение в форме, ориентации или длины волны эталонного пучка приводит к аберраций в восстановленном изображении. Например, восстановленное изображение увеличивается, если лазер, используемый для восстановления голограммы, имеет большую длину волны, чем исходный лазер. Тем не менее, хорошая реконструкция достигается при использовании лазера с другой длиной волны, квазимонохроматического света или белого света при определенных обстоятельствах.

Поскольку каждая точка в объекте освещает всю голограмму, весь объект может быть восстановлен из небольшой части голограммы. Таким образом, голограмма может быть разбита на небольшие части, и каждый из них позволит отобразить весь исходный объект целиком. Однако при уменьшении размера голограммы теряется информация, и пространственное разрешение ухудшается - изображение становится более «нечетким». Поле зрения также уменьшается, и зрителю придется менять положение, чтобы увидеть различные части сцены.

Приложения [ править ]

Искусство [ править ]

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 художественных целях. Он, безусловно, был первым и самым известным сюрреалистом, сделавшим это, но нью-йоркской выставке голограмм Дали в 1972 году 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. ^[48] В Великобритании Маргарет Беньон начала использовать голографию в качестве художественного средства в конце 1960-х и провела персональную выставку в художественной галерее Ноттингемского университета в 1969 году. ^[49] За ней последовала персональная выставка в 1970 году в Лиссоне. Галереяв Лондоне, который был объявлен «первой лондонской выставкой голограмм и стереоскопических картин». ^[50]

В течение 1970-х годов было основано несколько художественных студий и школ, каждая со своим 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 . ^[51] Ни одна из этих студий до сих пор не существует; однако есть Центр голографического искусства в Нью-Йорке ^[52] и HOLOcenter в Сеуле, который предлагает художникам место для создания и выставок работ.

В 1980-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 в трехмерной работе, 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. ^[53] Некоторые из них связаны с новыми голографическими методами; например, художник Мэтт Брэнд ^[54] использовал вычислительную конструкцию зеркала для устранения искажения изображения из-за зеркальной голографии .

Музей Массачусетского технологического института ^[55] и Джонатан Росс ^[56] имеют обширные коллекции голографии и онлайн-каталоги художественных голограмм.

Хранение данных [ править ]

Голографию можно использовать для различных целей, помимо записи изображений. 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 содержат устройства хранения. 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 SLMможет создавать около 1000 различных изображений в секунду при разрешении 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 . ^{[ необходима цитата ]} Скорость чтения может превзойти эту, и эксперты ^{[ кто? ]} считают возможным считывание со скоростью один терабит в секунду .

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, названном Holographic Versatile Disc . 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 по использованию «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 [ править ]

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

Существуют также голографические материалы, которые не требуют процесса проявки 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 на всем изображении, а с другой стороны, операция, которую может выполнить голограмма, в основном представляет собой либо умножение, либо фазовое сопряжение. В оптике сложение и преобразование Фурьеуже легко выполняются в линейных материалах, последние просто с помощью линзы. Это позволяет использовать некоторые приложения, например устройство, которое сравнивает изображения оптическим способом. ^[57]

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, путем отправки 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).

Использование любителями [ править ]

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 очень дорогой металлический оптический стол для фиксации всех задействованных элементов на месте и гашения любых вибраций, которые могут размыть интерференционные полосы и испортить голограмму. Альтернативой домашнему пиву Кросса стала песочница из шлакоблока.подпорная стена на фанерной основе, опирающаяся на штабеля старых покрышек, чтобы изолировать ее от колебаний грунта, и заполненная песком, который был промыт для удаления пыли. Лазер был надежно закреплен на стене из шлакоблоков. Зеркала и простые линзы, необходимые для направления, разделения и расширения лазерного луча, прикреплялись к коротким отрезкам трубы из ПВХ, которые втыкались 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 небольшого реле.-управляемый затвор, загрузил пластину в держатель в темноте, вышел из комнаты, подождал несколько минут, чтобы все успокоилось, затем произвел экспозицию, дистанционно управляя лазерным затвором.

Многие из этих голографов продолжали создавать художественные голограммы. В 1983 году Фред Унтерсехер, соучредитель Школы голографии в Сан-Франциско и известный художник-голографист, опубликовал « Справочник по голографии» - удобное для чтения руководство по созданию 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 по голографии Shoebox 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 при условии длины когерентностинамного больше, 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 до примерно 5 долларов после того, как они вышли на массовый рынок в качестве компонента DVD- плееров в конце 1990-х. 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. ^[58] Введение голографических наборов с саморазвивающимися пластинами в 2003 году позволило любителям создавать голограммы. без забот о влажной химической обработке. ^[59]

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 незначительной или вообще отсутствовать. Джефф Блит ответил составом DCG G307, чтобы увеличить скорость и чувствительность к этим новым лазерам. ^[60]

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. Излюбленными составами являются 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. ^[61]

Небольшая группа любителей даже конструирует свои собственные импульсные лазеры, чтобы делать голограммы живых объектов и других неустойчивых или движущихся объектов. ^[62]

Голографическая интерферометрия [ править ]

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). ^{[63] [64]} Его также можно использовать для обнаружения изменений длины оптического пути в прозрачной среде, что позволяет, например, визуализировать и анализировать поток жидкости. Его также можно использовать для создания контуров, представляющих форму поверхности или областей изодозы в дозиметрии излучения. ^[65]

Он широко используется для измерения напряжений, деформаций и вибрации в инженерных сооружениях.

Интерферометрическая микроскопия [ править ]

Голограмма сохраняет информацию об амплитуде и фазе поля. Несколько голограмм могут хранить 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. ^[66]

Датчики или биосенсоры [ править ]

Голограмма изготовлена ​​из модифицированного материала, который взаимодействует с определенными молекулами, вызывая изменение периодичности полос или показателя преломления, следовательно, цвета голографического отражения. ^{[67] [68]}

Безопасность [ править ]

Защитные голограммы очень сложно подделать, потому что они копируются с мастер-голограммы, для чего требуется дорогостоящее, специализированное и технологически продвинутое оборудование. 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 , DVD и спортивном инвентаре .

Другие приложения [ править ]

Голографические сканеры используются в почтовых отделениях, крупных транспортных фирмах и 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 быть использованы в качестве репортеров напряжения и деформации из-за их эластичности и сжимаемости, приложенное давление и сила коррелируют с длиной отраженной волны, следовательно, с ее цветом. ^[69] Метод голографии также может быть эффективно использован для дозиметрии излучения. ^{[70] [71]}

FMCG промышленность

Это клейкие ленты с голограммами, обеспечивающие защиту от подделки и тиражирования продукции. Эти защитные полосы можно использовать на товарах повседневного спроса, таких как карточки, лекарства, продукты питания, аудиовизуальные продукты и т. Д. Защитные полосы голограммы могут быть непосредственно нанесены на покрытие изделия.

Электрические и электронные изделия [ править ]

Бирки с голограммами имеют отличную возможность проверять идентичный продукт. Такие бирки чаще используются для защиты от копирования электрических и электронных продуктов. Эти бирки доступны в различных цветах, размерах и формах.

Голограммы для номерного знака автомобиля [ править ]

Некоторые номера транспортных средств на велосипедах или автомобилях имеют зарегистрированные наклейки с голограммами, которые указывают на подлинность. Для идентификации они имеют уникальные идентификационные номера.

Голограммы с высоким уровнем защиты для кредитных карт [ править ]

Это голограммы с функциями повышенной безопасности, такими как микротексты, нанотексты, сложные изображения, логотипы и множество других функций. Голограммы, однажды наклеенные на дебетовые карты / паспорта, не могут быть легко удалены. Они предлагают индивидуальную идентичность бренду наряду с его защитой.

Неоптический [ править ]

В принципе, можно сделать голограмму любой волны .

Электронная голография - это применение методов голографии к электронным волнам, а не световым волнам. Электронная голография была изобретена Деннисом Габором, чтобы улучшить разрешение и избежать аберраций просвечивающего электронного микроскопа . Сегодня его обычно используют для исследования электрических и магнитных полей в тонких пленках, поскольку магнитные и электрические поля могут сдвигать фазу мешающей волны, проходящей через образец. ^[72] Принцип электронной голографии также может быть применен к интерференционной литографии . ^[73]

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 ^[74], хотя такие голограммы еще не были коммерциализированы.

Голография нейтронного луча использовалась, чтобы увидеть внутреннюю часть твердых объектов. ^[75]

Ложные голограммы [ править ]

Эффекты, создаваемые лентикулярной печатью , иллюзией привидения Перца (или современными вариантами, такими как Musion Eyeliner ), томографией и объемными дисплеями , часто путают с голограммами. ^{[76] [77]} Такие иллюзии получили название «фокслография». ^{[78] [79]}

Призрачная техника Пеппера, которая является наиболее простой для реализации из этих методов, наиболее распространена в 3D-дисплеях, которые претендуют на звание (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 призрачной иллюзии Пеппер включают выступления Gorillaz на церемонии вручения наград MTV Europe Music Awards 2005 и 48-й премии Грэмми ; и виртуальное выступление Тупака Шакура на фестивале музыки и искусств Coachella Valley в 2012 году, когда он читал рэп вместе со Snoop Dogg во время его сета с Dr. Dre . ^[80]

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

Crypton Future Media , компания по разработке музыкального программного обеспечения, которая произвела Hatsune Miku , ^[81] одно из многих приложений для синтезатора вокалоидов , выпустила концерты, на которых Мику, наряду с другими вокалоидами Crypton, выступал на сцене в качестве «голографических» персонажей. На этих концертах используется обратная проекция на полупрозрачный экран DILAD ^{[82] [83]} для достижения «голографического» эффекта. ^{[84] [85]}

В 2011 году в Пекине компания Burberry, производящая одежду , провела «Показ голограмм Burberry Prorsum осень / зима 2011», который включал в себя двухмерные проекции моделей в натуральную величину. Собственное видео компании ^[86] показывает несколько центрированных и смещенных от центра снимков основного 2-мерного проекционного экрана, последний демонстрирует плоскостность виртуальных моделей. Утверждение о том, что была использована голография, было опубликовано как факт в торговых СМИ. ^[87]

В Мадриде 10 апреля 2015 года публичная визуальная презентация под названием «Hologramas por la Libertad» (Голограммы свободы), на которой изображена призрачная виртуальная толпа демонстрантов, была использована в знак протеста против нового испанского закона, запрещающего гражданам проводить демонстрации в общественных местах. Хотя в новостях широко называли «протест голограммы» ^{[88], на} самом деле голография не использовалась - это был еще один технологически обновленный вариант иллюзии Призрака Пеппера .

В художественной литературе [ править ]

Голография широко упоминается в фильмах, романах и на телевидении, обычно в научной фантастике , начиная с конца 1970-х годов. ^[89] Писатели-фантасты впитали в себя городские легенды, связанные с голографией, которые распространяли чрезмерно увлеченные ученые и предприниматели, пытающиеся продать эту идею. ^[89] 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 благодаря использованию силовых полей. . ^[89] Примеры этого типа изображения включают голограммуПринцесса Лея в « Звездных войнах» , Арнольд Риммер из « Красного гнома» , который позже был преобразован в «жесткий свет», чтобы сделать его твердым, а также Голограмма Холодека и Скорая медицинская помощь из Звездного пути . ^[89]

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. ^[90] Игровые персонажи могут использовать голографические приманки в таких играх, как Halo: Reach и Crysis 2, чтобы сбивать с толку и отвлекать врага. ^[90] Призрачный агент из Starcraft Нова имеет доступ к голографической приманке как к одной из трех основных способностей в Heroes of the Storm . ^[91]

Тем не менее, вымышленные изображения голограмм вдохновили на технологические достижения в других областях, таких как дополненная реальность , которые обещают реализовать вымышленное изображение голограмм другими способами. ^[92]

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Библиография [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме голографии .

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