Holografie

Holografia  este o metodă de înregistrare a informațiilor bazată pe interferența undelor [1] . Holografia optică este un tip de holografie în care  este înregistrat câmpul luminos creat de radiația optică . Imaginea produsă prin holografie se numește hologramă și este considerată cea mai exactă reproducere autostereoscopică a impresiei vizuale produsă de obiectele capturate. În același timp, se păstrează un sentiment de adâncime a spațiului și multi-unghi , iar imaginea arată ca o vedere a obiectului filmat prin fereastră, care este o hologramă [2] .

Diferența fundamentală dintre holografie și toate celelalte metode de înregistrare a imaginii este distribuirea informațiilor pe toate obiectele capturate pe întreaga suprafață a unui senzor, cum ar fi, de exemplu, o placă fotografică . Prin urmare, deteriorarea hologramei, care duce la o scădere a suprafeței acesteia, nu duce la pierderea unei părți a imaginii [3] [4] . Fiecare fragment dintr-o placă fotografică cu o hologramă ruptă în mai multe părți continuă să conțină o imagine a tuturor obiectelor realizate [5] . Doar numărul de unghiuri disponibile scade , iar imaginea de pe fragmente prea mici își pierde stereoscopicitatea și claritatea.

În ciuda perfecțiunii imaginii rezultate, holografia nu a putut înlocui fotografia stereo tradițională . Datorită particularităților tehnologiei, fotografierea este foarte dificilă și este posibilă numai în condiții de laborator cu iluminare laser [6] . Holografia a găsit aplicații în spectroscopie , fotogrammetrie , microscopie și interferometrie holografică , precum și în înregistrarea informațiilor și securitatea documentelor . Elementele optice (cum ar fi lentilele difractive ) generate de holografia computerizată sunt utilizate pe scară largă în instrumentele optice moderne [7] [8] .

Istorie

Teoria matematică a holografiei a apărut mult mai devreme decât implementarea sa practică și a devenit un rezultat neașteptat al muncii fizicianului britanic de origine maghiară Denes Gabor de a îmbunătăți microscopia cu raze X. Aceste studii, începute cu mult înainte de Gabor de către Mieczysław Wolfke și William Bragg , au vizat îmbunătățirea microscopului electronic de transmisie [9] . Tehnologia lui Gabor , brevetată de britanicul Thomson-Houston în 1947 , a fost numită „holografie electronică” și este încă folosită în microscopia electronică. „Pentru inventarea și dezvoltarea principiului holografic” Denesh Gabor a primit Premiul Nobel pentru Fizică în 1971 . Primele sale holograme, realizate folosind o lampă cu arc de mercur , au fost de o calitate extrem de slabă din cauza coerenței insuficiente a radiațiilor [4] . Dezvoltarea holografiei optice a devenit posibilă abia după inventarea laserului în 1960 [1] .

Cuvântul „holografie” a fost inventat de însuși inventatorul și este compus din cuvintele grecești ὅλος  (totul) și γράφω  (desenați, scrieți) pentru a sublinia înregistrarea completă a proprietăților optice ale unui obiect [10] . În 1962, aproape imediat după apariția laserelor, au început cercetările simultan în URSS și SUA privind posibilitatea înregistrării unei imagini folosind metoda holografică. În Uniunea Sovietică, lucrările au fost efectuate la Institutul de Stat Optical Vavilov de Yuri Denisyuk , iar în SUA, teoria lui Gabor a fost întruchipată de Emmett Leith și Juris Upatnieks de la Universitatea din Michigan . Prima hologramă laser care înfățișează un tren de jucărie și o pasăre a fost creată în 1964 de Leith și Upatnieks [11] . Oamenii de știință sovietici și americani au efectuat cercetări independent unul de celălalt, iar hologramele lor au fost obținute în moduri fundamental diferite. În Statele Unite, a fost folosită o tehnologie pentru înregistrarea imaginii, numită mai târziu „metoda Leith-Upatnieks” [12] . În acest fel, sunt înregistrate așa-numitele holograme „transmițătoare”, când în timpul redării imaginea este creată de lumina care trece prin placa fotografică [* 1] .

Cercetările sovietice au fost efectuate la GOI într-o direcție diferită. În locul celor în strat subțire, aici s-au folosit emulsii fotografice groase , care au făcut posibilă înregistrarea, pe lângă interferența fasciculelor de referință și obiect, și a componentei de culoare a luminii folosind metoda fotografiei color Lippmann [14] . În 1968, Gennady Sobolev a obținut primele holograme realizate prin metoda Denisyuk, și care nu au necesitat radiații coerente pentru reproducerea lor [10] . Astfel de holograme au fost numite mai târziu „reflectorizante”: imaginea a fost restaurată în culori naturale de lumina albă a surselor obișnuite reflectată de placa fotografică [* 2] . Tehnologia dezvoltată în URSS a devenit cunoscută în întreaga lume sub denumirea de „schema lui Denisyuk”, iar hologramele obținute cu ajutorul ei se numesc „volumerice”, deoarece informațiile sunt înregistrate în întregul volum al unei emulsii fotografice groase [14] .

Apariția laserelor pulsate cu un timp de strălucire ultrascurt a făcut posibilă realizarea de holograme ale obiectelor în mișcare. În același 1968, americanul Siebert a înregistrat primul portret olografic [16] . Un an mai târziu, americanul Stephen Benton de la Polaroid Research Laboratories a propus o altă metodă de holografie, numită mai târziu „curcubeu” [17] . Hologramele de culoare realizate folosind această tehnologie pe plastic cu substrat metalic sunt vizibile la iluminare normală [18] . Unul dintre principalele avantaje ale metodei Benton a fost disponibilitatea reproducerii hologramelor, care necesită totuși echipamente de înaltă tehnologie și este disponibilă numai în condiții industriale. Acest lucru a condus la utilizarea pe scară largă a hologramelor de securitate ca mijloc de autentificare [19] . În 1976, primul film holografic de 47 de secunde din lume realizat la NIKFI sub conducerea lui Viktor Komar [11] [20] a fost demonstrat la Congresul Internațional UNIATEC .

În 1977, Lloyd Cross a inventat așa-numita hologramă „compozită” sau „multiplex”. Diferă fundamental de toate celelalte holograme prin faptul că constă din multe vederi plate separate create prin metoda fotografiei obișnuite [17] . Inițial, tehnologia a implicat filmarea unui obiect care este rotit în fața lentilei unei camere de film funcțională , iar apoi cadrele individuale ale filmului dezvoltat sunt înregistrate pe benzi înguste ale unei holograme comune [21] . O astfel de hologramă, spre deosebire de cea clasică, nu conține informații complete despre câmpul luminos al obiectului și are o vizualizare multiplă doar în plan orizontal, dar fotografierea este disponibilă în afara laboratorului, ca și în cazul fotografiei obișnuite. Mai mult, dacă obiectul se mișcă în timpul filmării, atunci când se schimbă unghiul sub care observatorul vede holograma, această mișcare este reprodusă [16] . Holografia multiplex este considerată a fi cea mai simplă și eficientă modalitate de a converti stereogramele convenționale în formă holografică.

Principii fizice

Lumina împrăștiată de un obiect este caracterizată de parametrii de undă: amplitudine și fază , precum și direcția în spațiu. În fotografia obișnuită , este înregistrată doar amplitudinea undelor luminoase și distribuția acesteia într-un detector de lumină bidimensional. Pentru aceasta, se folosește un obiectiv care construiește o imagine reală a obiectului înregistrat. Imaginea plată rezultată poate crea doar iluzia de volum datorită perspectivei , clarobscurului și suprapunerii obiectelor [22] . Fotografia stereo permite utilizarea a două sau mai multe lentile pentru a simula mai fiabil volumul datorită proprietăților vederii binoculare , dar face posibilă observarea obiectelor înregistrate dintr-un număr limitat de unghiuri , cel mai adesea dintr-un singur unghi.

O reproducere cu drepturi depline a volumului și capacitatea de a „privi în jur” obiectele fotografiate au fost realizate în fotografia integrală , inventată de Gabriel Lippmann în 1908 [23] . Aceste posibilități sunt realizate prin fotografierea printr-o serie bidimensională de lentile microscopice apăsate pe stratul sensibil la lumină. Ca rezultat, fiecare dintre lentile afișează obiectele capturate din propriul unghi , oferind redare autostereoscopică și în mai multe unghiuri în timpul redării . În teorie, în ceea ce privește capacitățile sale, fotografia integrală este aproape la fel de bună ca holografia, anticipând-o cu câteva decenii. Prin urmare, uneori această tehnologie este numită holografie incoerentă [24] .

În holografie, pe lângă amplitudine, faza și direcția undelor luminoase sunt înregistrate și cu ajutorul interferenței , care transformă relațiile de fază în cele de amplitudine corespunzătoare. În acest caz, nu este necesară o lentilă, iar holograma rezultată, ca o imagine integrală, are o vizualizare multiplă, permițându-vă să schimbați punctul de observație în mod arbitrar, chiar „privind” în spatele obiectului [25] . La înregistrarea unei holograme se adaugă două unde: una dintre ele vine direct de la sursă (undă de referință), iar cealaltă este reflectată de obiectul de înregistrare (undă obiect) [13] . O placă fotografică sau alt material de înregistrare este plasată în locul în care sunt adăugate aceste unde . Ca urmare a adăugării obiectului și undelor de referință, apare un model de interferență staționar, care este înregistrat de o placă fotografică sub formă de benzi microscopice de întunecare [1] .

Modelul de interferență înregistrat pe placa fotografică dezvoltată poate servi drept rețea de difracție [26] . Prin urmare, dacă este iluminat cu lumină cu lungimea de undă care coincide cu cea de referință, această rețea, datorită difracției , transformă lumina într-o undă apropiată de cea a obiectului [27] . Astfel, atunci când se reproduce o hologramă, se formează un câmp luminos care corespunde exact celui înregistrat în amplitudine, fază și direcție. Drept urmare, privitorul își vede imaginea imaginară la locul subiectului în raport cu placa fotografică [* 3] . A doua undă, formată atunci când holograma este iluminată, formează o imagine reală [13] . O placă fotografică procesată în mod obișnuit stochează informații despre amplitudinea câmpului luminos, înregistrate sub forma unui rețea de difracție alb-negru din argint metalic dezvoltat . O altă tehnologie prevede albirea argintului dezvoltat, în urma căreia, în locurile potrivite, grosimea gelatinei scade proporțional cu expunerea obținută, formând un grătar de fază. La decodificarea unor astfel de holograme, din cauza diferenței de cale a razelor în stratul de gelatină, faza fasciculului de reconstrucție coerent se modifică, dar nu și intensitatea acestuia. O astfel de hologramă albită se numește „fază” [29] .

Indiferent de varietatea hologramelor, tehnologia de înregistrare a acestora este asociată cu limitări foarte stricte. Modelul de interferență înregistrat este format din detalii, a căror dimensiune este comparabilă cu lungimea de undă a luminii utilizate. Poate fi înregistrată doar cu emulsii fotografice cu o rezoluție foarte mare, ajungând la câteva mii de linii pe milimetru [30] . Fotomaterialele cu o astfel de emulsie au o fotosensibilitate extrem de scăzută , necesitând expuneri lungi . În același timp, o înregistrare clară a detaliilor mici ale modelului de interferență este posibilă numai dacă poziția obiectului și toate elementele configurației de înregistrare sunt menținute constante, care în timpul expunerii nu ar trebui să se miște unul față de celălalt cu mai mult de o sfert de lungime de undă. Prin urmare, pentru montarea tuturor elementelor instalației de înregistrare, se folosesc plăci de granit, beton sau oțel de mai multe tone pentru a preveni vibrațiile și instabilitatea termică [31] . În plus, limitele coerenței spațiale nu permit înregistrarea imaginii obiectelor extinse și limitează adâncimea spațiului afișat la câțiva metri.

Astăzi, sunt cunoscute câteva zeci de soiuri de holograme care diferă în schema de iluminare, sursa de lumină și mediul de înregistrare: Fresnel, Fraunhofer, Fourier, fază, „kinoform”, „curcubeu”, off-ax, cilindric, termoplastic și altele [32] . Cu toate acestea, toate sunt derivate ale celor mai cunoscute două scheme de înregistrare pe o placă fotografică.

Schema de notație Leith-Upatnieks

Leith și Upatnieks au abandonat tehnologia de înregistrare a hologramelor axiale folosită de Gabor în 1948 din cauza mai multor deficiențe. Ei au dezvoltat așa-numita „schemă off-axis”, direcționând unda de referință într-un unghi și împărțind lumina în două părți care cad pe placa fotografică în moduri diferite [33] . Fasciculul laser 1 este împărțit de o prismă 3 cu o față semitransparentă în două fluxuri: referință și obiect [34] . Fasciculele primite sunt extinse cu ajutorul lentilelor divergente 4 și sunt direcționate către obiect și mediul de înregistrare (de exemplu, o placă fotografică). Lumina 6 a undei obiectului reflectată de obiectul înregistrat cade pe placa 7 din aceeași parte cu unda de referință 5 [35] . Ca urmare, pe suprafața emulsiei fotografice se formează un model fix de interferență a luminii reflectate de obiect cu unda de referință [36] .

După dezvoltare , pe placa fotografică se formează dungi microscopice, corespunzătoare antinodurilor modelului de interferență. Pentru ochiul liber sub iluminare normală, holograma rezultată arată ca o placă fotografică iluminată uniform. Decodificarea înregistrării are loc atunci când este iluminată de un laser cu aceeași lungime de undă care a fost folosită la momentul fotografierii. Ca urmare a difracției asupra micilor detalii ale hologramei, lumina este deviată, formând două imagini din laturi diferite ale plăcii fotografice [37] . Din partea sursei de lumină se formează o imagine virtuală a obiectelor capturate, care este autostereoscopică și multi-unghi. Pe partea opusă se formează o imagine reală , care poate fi observată pe ecran sau înregistrată cu un detector de lumină plat, ca în fotografia obișnuită [38] [2] . În acest fel, se poate obține doar o imagine monocromă de aceeași culoare cu radiația laserului utilizat. Utilizarea a trei lasere cu lungimi de undă diferite pentru înregistrare în timpul decodării oferă o imagine de calitate scăzută datorită formării mai multor imagini false suprapuse pe cea principală [39] .

Schema de scriere a lui Denisyuk

În 1962, fizicianul sovietic Yuri Denisyuk a propus o tehnologie holografică care combină principiul Gabor cu metoda fotografiei color a lui Lippmann [35] . Pentru aceasta, trebuia să folosească emulsii fotografice speciale în strat gros [40] . Cu această tehnologie, fasciculul laser 1 este împrăștiat de lentila 4 și îndreptat către placa fotografică 7 . O parte din fasciculul 6 care trece prin acesta iluminează obiectul. Lumina reflectată de un obiect formează o undă de obiect. După cum se poate observa în figură, referința 5 și undele obiectului sunt incidente pe placă din direcții diferite. Principalul avantaj al metodei este posibilitatea de a înregistra holograme color folosind trei lasere monocromatice de culori primare , ale căror fascicule sunt combinate într-un singur comun înainte de a intra în colimator . Spre deosebire de metoda Leith-Upatnieks, imaginile false nu se formează în acest caz [39] .

Prin utilizarea emulsiilor fotografice groase de înaltă rezoluție, informațiile de culoare sunt înregistrate și reproduse în același mod ca în fotografia Lippmann. Structurile microscopice formate de argintul dezvoltat, din cauza interferenței, reflectă liber acele lungimi de undă de lumină albă care corespund culorii obiectului și le sting pe toate celelalte [41] . Prin urmare, reproducerea hologramelor lui Denisyuk nu necesită un laser, iar o imagine tridimensională color este vizibilă la lumina normală a zilei, aproape ca într-o fotografie normală [15] . Metoda este relativ simplă și este cea mai utilizată în holografia imaginii.

Medii de înregistrare

Cele mai utilizate ca mediu de înregistrare în holografie sunt materialele fotografice cu gelatină -argint , care se disting printr-o bună persistență și versatilitate [42] . Holografia este extrem de solicitantă în ceea ce privește rezoluția, deoarece distanța dintre cele două maxime ale modelului de interferență este de aceeași ordine cu lungimea de undă a luminii. Pentru laserul heliu-neon cel mai frecvent utilizat în holografie, acesta este de 632,8 nanometri . Pentru a doua armonică a unui laser cu neodim , aceeași valoare este de 532 de nanometri, iar pentru un laser cu argon 514 sau 488 de nanometri, în general, corespunzând la 5 zecemiimi de milimetru . Pentru a obține o imagine clară a modelului de interferență, hologramele reflectorizante ale lui Denisyuk necesită medii de înregistrare cu o rezoluție de până la 5000 de linii pe milimetru [43] . Hologramele de transmisie permit mai puțină claritate [44] .

Suporturile de înregistrare sunt împărțite în plate (bidimensionale) și volumetrice (tridimensionale sau groase). Pentru clasificare, se utilizează un parametru, care uneori este numit criteriul Klein în literatură :

,

unde  este lungimea de undă,  este grosimea stratului,  este indicele mediu de refracție al stratului,  este distanța dintre planurile de interferență. Hologramele volumetrice (groase) sunt cele în care . În schimb, o hologramă este considerată subțire (plată) atunci când .

Materiale fotografice cu argint halogen

Principalul material fotografic pentru înregistrarea hologramelor sunt plăci fotografice speciale pe bază de bromură de argint tradițională . Datorită aditivilor speciali și a unui mecanism special de dezvoltare, a fost posibilă obținerea unei rezoluții de peste 5000 de linii pe milimetru, dar aceasta vine cu prețul unei sensibilități extrem de scăzute a plăcii și al unui interval spectral îngust (potrivit exact cu laserul). radiații). Sensibilitatea plăcilor este atât de scăzută încât pot fi expuse la lumina directă a soarelui timp de câteva secunde fără riscul de erupție.

În plus, se folosesc uneori plăci fotografice pe bază de gelatină bicromată , care au o rezoluție și mai mare, permit înregistrarea de holograme foarte luminoase (până la 90% din lumina incidentă este transformată într-o imagine), dar sunt și mai puțin sensibile și sunt sensibil doar în regiunea undelor scurte (albastru și, într-o măsură mai mică, părțile verzi ale spectrului ).

În Rusia, producția industrială pe scară largă (cu excepția unui anumit număr de mici) de plăci fotografice pentru holografie este realizată de compania rusă Slavich .

Unele scheme de înregistrare vă permit să scrieți pe plăci cu o rezoluție mai mică, chiar și pe filme fotografice obișnuite cu o rezoluție de aproximativ 100 de linii pe milimetru, dar aceste scheme au o mulțime de limitări și nu oferă o calitate ridicată a imaginii.

Cristale fotocromatice

Alături de mediile fotografice cu halogenură de argint cu granulație fină, se folosesc așa-numitele medii fotocromatice , care modifică spectrul de absorbție sub acțiunea luminii de înregistrare.

Clorura de potasiu

Cristalele de halogenură alcaline sunt printre cele mai eficiente dintre cristalele fotocromice, dintre care cele mai bune rezultate au fost obținute pe cristale de clorură de potasiu colorate aditiv ( ). Hologramele înregistrate pe astfel de cristale ating o eficiență relativă de difracție de 40%, în timp ce 60% este posibil teoretic în acest mediu. În același timp, hologramele din acest material sunt foarte groase (până la câțiva milimetri grosime și pot ajunge, în principiu, la câțiva centimetri). Înregistrarea holografică în cristale colorate aditiv se bazează pe transformarea FX fototermică a centrelor de culoare , adică pe coalescența reală a locurilor vacante de un singur anioni în formațiuni de cluster mai mari de zeci de nanometri în dimensiune . În acest caz, înregistrarea holografică în astfel de cristale este reversibilă (reversibilă) și foarte stabilă în timp [45] .

Înregistrarea holografică este posibilă și prin doparea cristalelor cu o impuritate corespunzătoare. Este posibil să se utilizeze în acest scop efectul influenței compensatorii introduse în AO[ clarifica ] impurități cationice (ioni ) și anionice (ioni ) în procesul de conversie fototermică a centrelor F. Se arată că albirea în acest caz la maximul benzii de absorbție a centrului F ajunge la 90% și nu este însoțită de formarea de centri care provoacă absorbția în regiunea vizibilă a spectrului. S-a dezvoltat un mecanism pentru un astfel de efect, bazat pe reacții fotochimice, ai căror produse fini se absorb în domeniul UV. Se susține că rolul cheie în fenomenul luat în considerare îl au divacantele și complexele  — vacanța cationică. Pe baza rezultatelor obținute a fost dezvoltat un nou sistem fotocromic de formare a hologramelor, bazat pe efectul de compensare a influenței impurităților cationice și anionice [46] .

Cristale feroelectrice

În înregistrarea holografică, cristalele feroelectrice sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă ca mediu de înregistrare . Practic este niobat de litiu - . Fenomenul de modificare a indicelui de refracție sub acțiunea luminii este cauzat de efectul electro-optic. La înregistrarea hologramelor, cristalele feroelectrice au aceleași avantaje ca și materialele fotocromice. În plus, după multe cicluri de scriere-ștergere, nu se observă nici un efect de oboseală. Deoarece hologramele rezultate sunt holograme de fază, eficiența lor de difracție poate fi cu un ordin de mărime mai mare decât cea a hologramelor bazate pe materiale fotocromice.

Cu toate acestea, aceste cristale au dezavantajele inerente materialelor fotocromice. Principala problemă în acest caz este instabilitatea hologramei, care nu este fixă, spre deosebire de fotostraturile convenționale. O altă dificultate constă în valoarea scăzută a sensibilității holografice [47] .

Materiale fotopolimerice holografice

În ultimii ani, mediile de înregistrare bazate pe materiale fotopolimerice holografice, care sunt un amestec multicomponent de substanțe organice depuse sub formă de peliculă amorfă de 10–150 μm grosime pe un substrat de sticlă sau film, au fost intens dezvoltate. Filmele de fotopolimer sunt mai puțin costisitoare decât cristalele de niobat de litiu, mai puțin voluminoase și au o schimbare în mod inerent mai mare a indicelui de refracție, rezultând o eficiență de difracție mai mare și o luminozitate mai mare a hologramei. Cu toate acestea, pe de altă parte, niobatul de litiu, datorită grosimii sale, este capabil să stocheze cantități mai mari de informații decât filmele fotopolimer, a căror grosime este limitată.

Deoarece fotopolimerii nu au o structură granulară, rezoluția unui astfel de material este suficientă pentru înregistrarea informațiilor ultra-dense. Sensibilitatea unui fotopolimer este comparabilă cu cea a cristalelor fotocromatice. Hologramele înregistrate sunt holograme de fază, ceea ce face posibilă obținerea unei eficiențe de difracție ridicate. Astfel de materiale fac posibilă stocarea informațiilor pentru o lungă perioadă de timp, sunt rezistente la temperatură și au, de asemenea, caracteristici optice îmbunătățite [48] .

Holografie acustică

Holografia este aplicabilă nu numai înregistrării radiațiilor electromagnetice , ci și undelor sonore . Este mai dificil de fixat imaginea interferenței acustice decât a interferențelor optice, dar sunt cunoscute mai multe tehnologii, inclusiv fotografiarea suprafeței lichidelor cu un relief vizibil de undă [49] . Holografia acustică aproape că nu este limitată de coerența spațială și vă permite să obțineți imagini ale obiectelor extinse. În plus, vibrațiile ultrasonice sunt capabile să pătrundă în mediile optic opace, făcând posibilă obținerea de modele tridimensionale de densitate și distribuție a substanței. Metodele de holografie acustică sunt aplicabile în detectarea defectelor nedistructive, geofizică, arheologie și în multe alte domenii ale științei și tehnologiei [49] .

Aplicații practice ale holografiei

Ca modalitate de înregistrare a unei imagini, holografia optică nu putea concura serios cu fotografia și cinematografia convenționale , inclusiv cu versiunile lor 3D. Tehnologia și-a găsit aplicație în alte domenii, devenind o parte integrantă a științei și tehnologiei moderne.

Artă

Holografia clasică nu permite înregistrarea imaginii peisajelor și a scenelor extinse din cauza limitării spațiale a coerenței. Filmarea în afara configurației de laborator cu iluminare laser nu este, de asemenea, posibilă. Cu toate acestea, tehnologia este disponibilă pentru a crea portrete holografice și fotografierea subiectului, de exemplu, în genul natură moartă . Holograma multiplex, care este potrivită pentru obținerea de autostereograme ale oricăror obiecte , are posibilități mai largi .

Credibilitatea imaginii holografice a atras artiștii contemporani încă din primii ani ai existenței sale, obligându-i, cu cârlig sau cu escroc, să pătrundă în laboratoarele de înregistrare a picturilor tridimensionale. Adesea, munca a fost realizată în colaborare cu oameni de știință, iar unii reprezentanți ai artelor plastice au stăpânit ei înșiși teoria științifică a holografiei. Unul dintre primii artiști care au creat picturi volumetrice folosind cea mai recentă tehnologie a fost Salvador Dali . Cea mai faimoasă expoziție de holograme, organizată în 1972 la New York , a fost a doua după expoziția sa din 1968 la Academia Chanbrook din Michigan [50] . În Marea Britanie, tehnica holografiei a fost folosită de artista Margaret Benyon, care a avut o expoziție personală de holograme la Galeria Universității din Nottingham în 1969. Un an mai târziu, expoziția ei a fost deschisă la Galeria Lisson din Londra, prezentată drept „prima expoziție de holograme și fotografii stereo din Londra” [51] .

O adevărată descoperire pentru popularizarea holografiei a fost crearea unei tehnologii simplificate de către inventatorul hologramei multiplex, Lloyd Cross, și sculptorul canadian Gerry Petik, care a făcut posibilă înregistrarea hologramelor fără echipamente costisitoare de laborator. În locul unei mese din granit de mai multe tone s-au folosit o cutie cu nisip, în care sunt înfipte țevi de polimer cu elemente optice fixe ale instalației [11] . După aceea, studiourile de artă holografică au început să apară în diferite țări, printre care a fost deschisă „Școala de Holografie”, înființată de Lloyd Cross în San Francisco . Primul Muzeu de Holografie din lume a apărut la New York. Niciuna dintre aceste organizații nu a supraviețuit până în prezent, locul lor a fost luat de Centrul pentru Arte Holografice din New York și Holocenter din Seul , unde artiștilor li se oferă posibilitatea de a crea lucrări folosind holografia.

Stocarea datelor

Odată cu dezvoltarea tehnologiei, s-a dovedit că, pe lângă înregistrarea unei imagini, holografia este potrivită pentru stocarea oricăror date. Primul sistem IBM 1360 cu acest scop, bazat pe înregistrarea holografică pe film fotografic , a fost lansat deja în 1966 . Cu toate acestea, viteza scăzută de acces la date nu i-a permis să concureze cu alte tehnologii de memorie digitală. Ulterior, sistemele de memorie holografică Unicon, Holoscan și Megafetch au fost mult mai avansate și au oferit acces de mare viteză la volume mari [52] . Cu ajutorul holografiei, este posibilă o densitate foarte mare de înregistrare a informațiilor în cristale sau fotopolimeri, deoarece înregistrarea are loc nu la suprafață, ci pe întregul volum. Tehnologiile de stocare existente, cum ar fi discurile Blu-ray, stochează date la suprafață și limitează densitatea de înregistrare la limita de difracție a luminii utilizate. În comparație cu acestea, memoria holografică este considerată cea mai promițătoare tehnologie, permițându-vă să înregistrați și să regăsiți informații nu în biți individuali , ci în blocuri sau pagini [53] . Una dintre aceste dezvoltări, implementată în 2005 de Optware și Maxell sub numele Holographic Versatile Disc , vă permite să înregistrați 3,9 terabytes de informații pe un disc cu un diametru de 12 centimetri . Cu toate acestea, tehnologia nu a intrat niciodată pe piața de masă, la fel ca și o dezvoltare similară a InPhase Technologies, care un an mai târziu a anunțat crearea unui disc holografic cu o capacitate de 500 gigaocteți [54] .

Interferometrie holografică

Holografia a găsit o aplicare mai largă în unele domenii ale științei și tehnologiei pentru înregistrarea precisă și controlul nedistructiv al producției [18] . Interferometria holografică face posibilă realizarea de procese și defecte vizibile care sunt invizibile pentru ochi și nu pot fi detectate prin alte mijloace. De exemplu, metodele holografice relevă abateri microscopice ale suprafețelor, inclusiv cele vibratoare, precum și neomogenitatea mediilor gazoase și lichide [55] . În acest caz, se înregistrează abateri ale suprafeței, care sunt comparabile ca mărime cu lungimea de undă a radiației utilizate. Toate aceste tehnologii sunt utilizate pe scară largă în detectarea defectelor și cercetarea tehnică.

Securitatea documentelor

Hologramele „curcubeu” ale lui Benton sunt utilizate pe scară largă pentru a marca mărfurile și a autentifica documente. Hologramele pot fi găsite pe bancnotele moderne de diferite valute: rial brazilian, lire sterline, woni sud-coreeni, yeni japonezi, rupii indiene, dolari canadieni, coroane daneze și euro. Gradul standard de protecție sub formă de hologramă este prezent și pe cardurile bancare . MasterCard Corporation a fost prima care a folosit acest grad de securitate , adăugând o hologramă cardurilor sale de credit în 1983. Astfel de holograme cu micro- și nanotexte și imagini complexe, odată fixate pe card, sunt aproape imposibil de îndepărtat. Tehnologia de tipărire a unor astfel de holograme, dezvoltată în 1974 de Michael Foster, permite reproducerea acestora în cantități nelimitate [11] . Cu toate acestea, complexitatea tehnologică a procesului rămâne o barieră aproape de netrecut în calea contrafacerii.

Microscopie

Una dintre proprietățile importante ale holografiei este schimbarea dimensiunii imaginii atunci când holograma este iluminată de un laser cu o lungime de undă diferită de cea de referință. Atunci când o hologramă este decodificată de lumină cu o lungime de undă care depășește lungimea de undă a radiației de referință în timpul înregistrării, imaginea obiectelor pare mărită în comparație cu dimensiunea obiectului original [56] . Coeficientul unei astfel de creșteri este egal cu raportul dintre lungimile de undă ale luminii de restabilire și înregistrare. De exemplu, în cazul înregistrării unei holograme cu un laser ultraviolet cu o lungime de undă de 310 nanometri și apoi citirii acesteia cu un laser cu lumină vizibilă, de exemplu, roșu cu o lungime de undă de 635 nanometri, observatorul vede o imagine dublată a imaginii capturate. obiecte. Cu toate acestea, acest efect este rar utilizat în microscopie, inclusiv din cauza aberațiilor holografice inevitabile care apar atunci când lungimile de undă ale fasciculului de referință și cele de recuperare diferă [57] .

Posibilitățile holografiei fac posibilă depășirea principalelor limitări ale microscoapelor , impuse de dependența rezoluției de deschidere . În plus, metodele holografice pot crește semnificativ adâncimea spațiului clar reprezentat . Pentru a face acest lucru, folosind un microscop convențional, nu obiectul în sine este examinat, ci imaginea lui reală, formată dintr-o hologramă înregistrată de la obiect [58] . Tehnologiile holografice au permis progrese impresionante în microscopia electronică. Au fost dezvoltate metode de obținere a imaginilor tridimensionale ale structurilor subatomice.

Holograme artificiale

Calculatoarele moderne fac posibilă generarea de holograme de obiecte inexistente. Pentru a face acest lucru, pe baza datelor despre forma și caracteristicile obiectului dorit, se calculează valul obiectului creat de acesta. Datele undei obiect sunt însumate cu datele undei de referință, dând un model de interferență cu vizualizarea sa ulterioară folosind o ieșire foto [59] . Hologramele obiectelor virtuale sunt aplicabile în știință și tehnologie: de exemplu, hologramele generate de computer ale elementelor optice pot fi utilizate în sisteme optice reale pentru a corecta aberațiile complexe . Posibilitatea creării unei forme arbitrare a suprafețelor optice holografice face posibilă obținerea unei optici de înaltă calitate [7] .

Vezi și

Note

Comentarii
  1. ↑ În practică, o parte din lumină este reflectată și creează o imagine reală din partea opusă a plăcii fotografice [13]
  2. ↑ Locația sursei și direcția luminii din aceasta ar trebui să se potrivească cât mai aproape cu aceiași parametri utilizați în înregistrarea undei de referință [15]
  3. ↑ În ciuda faptului că placa fotografică dezvoltată conține o imagine negativă a modelului de interferență, imaginea obiectelor formate de aceasta arată întotdeauna pozitivă [28]
Surse
  1. ↑ 1 2 3 Fotokinotehnică, 1981 , p. 66.
  2. ↑ 1 2 Știință și viață, 1965 , p. 27.
  3. ↑ Tehnica fotografiei volumetrice, 1978 , p. 80.
  4. ↑ 1 2 Știință și viață, 1965 , p. 22.
  5. ↑ Holografie, 1972 , p. 72.
  6. ↑ Tehnica fotografiei volumetrice, 1978 , p. 97.
  7. ↑ 1 2 Holografie optică, volumul 2, 1982 , p. 645.
  8. ↑ Korolenko P.V. Metode de optică computerizată . Laboratorul de Optică Coerentă, Facultatea de Fizică, Universitatea de Stat din Moscova (1997). Preluat la 18 august 2019. Arhivat din original la 1 decembrie 2019.
  9. ↑ Holografie optică, volumul 1, 1982 , p. 13.
  10. ↑ 1 2 Holografie picturală și cinematografie holografică, 1987 , p. 5.
  11. ↑ 1 2 3 4 Istoria și dezvoltarea  holografiei . Holophile, Inc. Preluat la 20 august 2019. Arhivat din original pe 9 februarie 2011.
  12. ↑ Leith EN și Upatnieks J. Reconstrucția frontului de undă cu iluminare difuză și obiecte tridimensionale // J. Opt. soc. Am.—1964.—V. 54.—P.1295.
  13. ↑ 1 2 3 Foto sovietică, 1966 , p. 42.
  14. ↑ 1 2 Holografie optică, volumul 1, 1982 , p. 21.
  15. ↑ 1 2 Holografie optică, volumul 1, 1982 , p. 196.
  16. ↑ 1 2 Holografie picturală și cinematografie holografică, 1987 , p. 6.
  17. ↑ 1 2 Holografie optică, volumul 1, 1982 , p. 23.
  18. ↑ 1 2 Răspunsuri la întrebările frecvente . Galeria virtuală „Holografie”. Preluat la 13 august 2019. Arhivat din original la 16 iulie 2019.
  19. ↑ Tipuri de holograme . „Holograme de securitate”. Preluat la 11 august 2019. Arhivat din original la 25 iunie 2017.
  20. ↑ Tehnologii holografice . NIKFI . Preluat la 20 august 2019. Arhivat din original la 16 iunie 2019.
  21. ↑ Holografie optică, volumul 2, 1982 , p. 492.
  22. ↑ Fotokinotehnică, 1981 , p. 235.
  23. ↑ Tehnica fotografiei volumetrice, 1978 , p. 36.
  24. ↑ Stereoscopy in film, photo, video technology, 2003 , p. 45.
  25. ↑ Știință și viață, 1965 , p. 23.
  26. ↑ Știință și viață, 1965 , p. 25.
  27. ↑ Holografie, 1972 , p. 56.
  28. ↑ Holografie optică, volumul 1, 1982 , p. 19.
  29. ↑ Holografie, 1972 , p. 87.
  30. ↑ Holografie, 1972 , p. 68.
  31. ↑ Tehnica fotografiei volumetrice, 1978 , p. 89.
  32. ↑ Holografie optică, volumul 1, 1982 , p. 150.
  33. ↑ Holografie, 1972 , p. 57.
  34. ↑ Leith E., Upatnieks Y. FOTOGRAFIE CU AJUTORUL UNUI LASER // Uspekhi Fizicheskikh Nauk.-1965.-Vol. 11.-S.521-538 . Consultat la 7 mai 2007. Arhivat din original pe 27 septembrie 2007.
  35. ↑ 1 2 Tehnica fotografiei de volum, 1978 , p. 75.
  36. ↑ Despre holografie  . Holophile, Inc. Preluat la 20 august 2019. Arhivat din original la 5 noiembrie 2019.
  37. ↑ Holografie, 1972 , p. 66.
  38. ↑ Tehnica fotografiei volumetrice, 1978 , p. 72.
  39. ↑ 1 2 Tehnica fotografiei de volum, 1978 , p. 84.
  40. ↑ Yu. nr 6. . Consultat la 7 mai 2007. Arhivat din original pe 27 septembrie 2007.
  41. ↑ Holografie optică, volumul 1, 1982 , p. 219.
  42. ↑ Holografie optică, volumul 1, 1982 , p. 96.
  43. ↑ Tehnica fotografiei volumetrice, 1978 , p. 90.
  44. ↑ Holografie picturală și cinematografie holografică, 1987 , p. paisprezece.
  45. ↑ D. A. Vladimirov et al. Optimization of recording holograms on additively colored KCl crystals // Optics and Spectroscopy.-2005.-T.99, Nr. 1.-S.147-150.  (link indisponibil)
  46. ↑ Vladimirov DA, Mandel' VE, Popov A. Yu., Tyurin AV Photothermal Conversion of F-centers in Additively Colored Potasium Chloride Crystals with cationic and Anionic Impurities  // Ukrainian Journal of Physical Optics: journal.- Lviv, 2004. - Vol. 5 , nr . - S. 131-135 .
  47. ↑ R. Collier, C. Burkhard, L. Lin „Optical Holography” Ed. „Mir”, Moscova, 1973, 450 p.
  48. ↑ TJ Trout, JJ Schmieg, WJ Gambogi, AM Weber „Optical photopolymers: design and applications” //Adv. Mater., 1998, v.10, nr.15, pp. 1219-1224.
  49. ↑ 1 2 Holografie, 1972 , p. 105.
  50. ↑ Alexandru Akilov. Salvador Dali și holografia . „FotoKto” (16 martie 2015). Preluat la 18 august 2019. Arhivat din original la 18 august 2019.
  51. ^ Margaret Benyon : Holograme and Stereoscopic Paintings  . Galeria Lisson (2 februarie 1970). Preluat la 20 august 2019. Arhivat din original la 20 august 2019.
  52. ↑ Holografie optică, volumul 2, 1982 , p. 445.
  53. ↑ Maxim Len. Două direcții pentru crearea memoriei viitorului . iXBT.com (19 ianuarie 2001). Preluat la 23 august 2019. Arhivat din original la 23 august 2019.
  54. ↑ Discul olografic atinge o capacitate de 500 GB (link indisponibil) . iXBT.com (27 martie 2006). Preluat la 23 august 2019. Arhivat din original la 19 octombrie 2017. 
  55. ↑ Holografie, 1972 , p. 93,97.
  56. ↑ Holografie, 1972 , p. 104.
  57. ↑ Holografie optică, volumul 2, 1982 , p. 621.
  58. ↑ Holografie optică, volumul 2, 1982 , p. 623.
  59. ↑ Holografie optică, volumul 1, 1982 , p. 141.

Literatură

  • V. I. Vlasenko. Capitolul IV. Holografie fină // Tehnica fotografiei volumetrice / A. B. Doletskaya. - M . : „Arta”, 1978. - S. 67-95. - 102 p. — 50.000 de exemplare.
  • E. A. Iofis . Tehnologia fotocinema . - M . : „Enciclopedia Sovietică”, 1981. - S.  65 -67. — 449 p. — 100.000 de exemplare.
  • G. Caulfield. Holografie optică = Handbook of Optical Holography  (English) / S. B. Gurevich. - M . : „Mir”, 1982. - Vol. 1. - 376 p.
  • G. Caulfield. 10. 8. Elemente optice de hologramă // Optical holography = Handbook of Optical Holography  (English) / S. B. Gurevich. - M . : „Mir”, 1982. - Vol. 2. - 736 p.
  • V. G. Komar, O. B. Serov. Holografie fină și cinematografie holografică / O. F. Grebennikov. - M . : „Arta”, 1987. - 286 p.
  • Emmet Leith, Juris Upatniek. Fotografierea cu laser  // „ Știință și viață ”: jurnal. - 1965. - Nr. 11 . - S. 22-31 . — ISSN 0028-1263 .
  • S. N. Rozhkov, N. A. Ovsyannikova. Stereoscopie în echipamente de film, foto și video / V. I. Semichastnaya. - M . : „Paradisul”, 2003. - S. 44-45. — 136 p. - 1000 de exemplare.  — ISBN 5-98547-003-2 .
  • M. Tveretinov. Fotografie volumetrică. O nouă „specialitate” a laserului  // „ Fotografia sovietică ”: revista. - 1966. - Nr 4 . - S. 42 . — ISSN 0371-4284 .
  • M. Francon. Holografie = Holographie  (fr.) / Yu. I. Ostrovsky. - M . : „Mir”, 1972. - 246 p.

Link -uri

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
 imagine stereo
Tehnologie
Percepţie
Aplicație, produse