היום נעשה יותר ויותר שימוש בתמונה ההולוגרפית. חלקם אף מאמינים שהוא עשוי בסופו של דבר להחליף את אמצעי התקשורת המוכרים לנו. תרצה או לא תרצה, אבל עכשיו הוא נמצא בשימוש פעיל במגוון תעשיות. לדוגמא, כולנו מכירים מדבקות הולוגרפיות. יצרנים רבים משתמשים בהם כאמצעי הגנה מפני זיוף. התמונה למטה מציגה כמה מהמדבקות ההולוגרפיות. השימוש בהם הוא דרך יעילה מאוד להגן על סחורות או מסמכים מפני זיוף.
היסטוריה של לימודי ההולוגרפיה
התמונה התלת מימדית הנובעת משבירה של קרניים החלה להיחקר יחסית לאחרונה. עם זאת, אנחנו כבר יכולים לדבר על קיומה של היסטוריה של המחקר שלה. דניס גאבור, מדען אנגלי, הגדיר לראשונה את ההולוגרפיה ב-1948. גילוי זה היה חשוב מאוד, אך משמעותו הגדולה באותה תקופה עדיין לא הייתה ברורה. חוקרים שעבדו בשנות החמישים סבלו מהיעדר מקור אור קוהרנטי, תכונה חשובה מאוד לפיתוח ההולוגרפיה. לייזר ראשוןנוצר בשנת 1960. עם מכשיר זה ניתן להשיג אור בעל קוהרנטיות מספקת. Juris Upatnieks ואימט ליית', מדענים אמריקאים, השתמשו בו כדי ליצור את ההולוגרמות הראשונות. בעזרתם התקבלו תמונות תלת מימדיות של חפצים.
בשנים שלאחר מכן, המחקר נמשך. מאז פורסמו מאות מאמרים מדעיים שחקרו את מושג ההולוגרפיה, וספרים רבים פורסמו על השיטה. עם זאת, עבודות אלה מופנות למומחים, לא לקורא הכללי. במאמר זה ננסה לספר על הכל בשפה נגישה.
מהי הולוגרפיה
ניתן להציע את ההגדרה הבאה: הולוגרפיה היא צילום תלת מימדי המתקבל באמצעות לייזר. עם זאת, הגדרה זו אינה מספקת לחלוטין, שכן ישנם סוגים רבים אחרים של צילום תלת מימדי. עם זאת, היא משקפת את המשמעותית ביותר: הולוגרפיה היא שיטה טכנית המאפשרת "לתעד" את מראהו של אובייקט; בעזרתו מתקבלת תמונה תלת מימדית שנראית כמו עצם אמיתי; לשימוש בלייזרים היה תפקיד מכריע בפיתוחו.
הולוגרפיה והיישומים שלה
לימוד ההולוגרפיה מאפשר לנו להבהיר סוגיות רבות הקשורות לצילום קונבנציונלי. כאמנות חזותית, הדמיה תלת מימדית יכולה אפילו לאתגר את האחרון, מכיוון שהיא מאפשרת לך לשקף את העולם סביבך בצורה מדויקת ונכונה יותר.
מדענים מייחדים לפעמים תקופות בהיסטוריה של האנושות באמצעיםקשרים שהיו ידועים במאות מסוימות. אפשר לדבר, למשל, על הירוגליפים שהיו קיימים במצרים העתיקה, על המצאת בית הדפוס ב-1450. בקשר עם ההתקדמות הטכנולוגית שנצפתה בזמננו, אמצעי תקשורת חדשים, כמו טלוויזיה וטלפון, תפסו עמדה דומיננטית. למרות שהעיקרון ההולוגרפי עדיין בחיתוליו בכל הנוגע לשימוש בו במדיה, יש סיבות להאמין שמכשירים המבוססים עליו בעתיד יוכלו להחליף את אמצעי התקשורת המוכרים לנו, או לפחות להרחיב אותם. היקף.
ספרות מדע בדיוני ודפוס מיינסטרים מציגים לעתים קרובות הולוגרפיה באור שגוי ומעוות. לעתים קרובות הם יוצרים תפיסה מוטעית לגבי שיטה זו. התמונה הנפחית, שנראתה לראשונה, מרתקת. עם זאת, לא פחות מרשים הוא ההסבר הפיזי לעיקרון המכשיר שלו.
דפוס התערבות
היכולת לראות עצמים מבוססת על העובדה שגלי אור, שנשברו על ידם או מוחזרים מהם, נכנסים לעין שלנו. גלי אור המוחזרים מעצם כלשהו מאופיינים בצורת חזית הגלים המתאימה לצורתו של עצם זה. התבנית של פסים (או קווים) כהים ובהירים נוצרת על ידי שתי קבוצות של גלי אור קוהרנטיים המפריעים. כך נוצרת הולוגרפיה נפחית. במקרה זה, הרצועות הללו בכל מקרה ספציפי מהוות שילוב שתלוי רק בצורת חזיתות הגלים של הגלים המתקשרים זה עם זה. כגוןהתמונה נקראת הפרעה. ניתן לקבע אותו, למשל, על צלחת צילום, אם מניחים אותו במקום שבו נצפית הפרעות גלים.
מגוון הולוגרמות
השיטה שמאפשרת להקליט (לרשום) את חזית הגל המוחזרת מהאובייקט, ולאחר מכן לשחזר אותו כך שייראה למתבונן שהוא רואה אובייקט אמיתי, והיא הולוגרפיה. זהו אפקט הנובע מהעובדה שהתמונה המתקבלת היא תלת מימדית באותו אופן כמו האובייקט האמיתי.
ישנם סוגים רבים ושונים של הולוגרמות שקל להתבלבל לגביהם. כדי להגדיר באופן חד משמעי מין מסוים, יש להשתמש בארבעה או אפילו חמישה שמות תואר. מכל הסט שלהם, נשקול רק את השיעורים העיקריים המשמשים את ההולוגרפיה המודרנית. עם זאת, תחילה עליך לדבר מעט על תופעת גל כגון עקיפה. היא זו שמאפשרת לנו לבנות (או יותר נכון, לשחזר) את חזית הגלים.
Diffraction
אם חפץ כלשהו נמצא בנתיב האור, הוא מטיל צל. אור מתכופף סביב אובייקט זה, נכנס חלקית לאזור הצל. אפקט זה נקרא דיפרקציה. זה מוסבר על ידי אופי הגל של האור, אבל די קשה להסביר את זה בקפדנות.
רק בזווית קטנה מאוד האור חודר לאזור הצל, כך שכמעט ולא שמים לב אליו. עם זאת, אם יש הרבה מכשולים קטנים בדרכו, שהמרחק ביניהם הוא רק כמה אורכי גל של אור, האפקט הזה הופך בולט למדי.
אם נפילת חזית הגלים נופלת על מכשול בודד גדול, החלק המתאים שלו "נופל החוצה", מה שלמעשה אינו משפיע על השטח הנותר של חזית הגל הזו. אם יש הרבה מכשולים קטנים בדרכו, הוא משתנה כתוצאה מעקיפה כך שלאור המתפשט מאחורי המכשול תהיה חזית גל שונה מבחינה איכותית.
הטרנספורמציה כל כך חזקה שהאור אפילו מתחיל להתפשט לכיוון השני. מסתבר שדיפרקציה מאפשרת לנו להפוך את חזית הגל המקורית לחזית אחרת לגמרי. לפיכך, עקיפה היא המנגנון שבאמצעותו אנו משיגים חזית גל חדשה. המכשיר שיוצר אותו בדרך הנ ל נקרא סורג עקיפה. בואו נדבר על זה ביתר פירוט.
סירוג עקיפה
זוהי צלחת קטנה עם קווים מקבילים דקים (קווים) המופעלים עליה. הם מופרדים זה מזה על ידי מאית או אפילו אלפית המילימטר. מה קורה אם קרן לייזר פוגשת בדרכה סורג המורכב מכמה פסים כהים ובהירים מטושטשים? חלק ממנו יעבור ישר דרך השבכה, וחלק יתכופף. כך נוצרות שתי קורות חדשות, היוצאות מהסורג בזווית מסוימת אל הקורה המקורית וממוקמות משני צידיה. אם לקרן לייזר אחת יש, למשל, חזית גל שטוחה, לשתי קרנות חדשות שייווצרו בצידיה יהיו גם חזיתות גל שטוחות. כך, עובריםקרן לייזר סורגת עקיפה, אנו יוצרים שני חזיתות גל חדשות (שטוחות). ככל הנראה, סורג עקיפה יכול להיחשב כדוגמה הפשוטה ביותר להולוגרמה.
רישום הולוגרמה
מבוא לעקרונות הבסיסיים של ההולוגרפיה צריך להתחיל בלימוד של שתי חזיתות גל מישוריות. באינטראקציה הם יוצרים תבנית הפרעה, אשר מתועדת על לוח צילום המוצב באותו מקום כמו המסך. שלב זה של התהליך (הראשון) בהולוגרפיה נקרא הקלטה (או רישום) של ההולוגרמה.
שחזור תמונה
נניח שאחד מהגלים המישוריים הוא A, והשני הוא B. גל A נקרא גל הייחוס, ו-B נקרא גל האובייקט, כלומר מוחזר מהאובייקט שתמונתו קבועה. ייתכן שהוא לא יהיה שונה בשום צורה מגל הייחוס. עם זאת, כאשר יוצרים הולוגרמה של עצם אמיתי תלת מימדי, נוצרת חזית גל מורכבת הרבה יותר של אור המוחזר מהאובייקט.
דפוס ההפרעות המוצג בסרט צילום (כלומר, תמונה של סורג עקיפה) הוא הולוגרמה. ניתן למקם אותו בנתיב קרן הייחוס הראשית (קרן אור לייזר עם חזית גל שטוחה). במקרה זה נוצרות 2 חזיתות גל חדשות משני הצדדים. הראשון שבהם הוא העתקה מדויקת של חזית גל האובייקט, המתפשטת באותו כיוון כמו גל B. השלב הנ ל נקרא שחזור תמונה.
תהליך הולוגרפי
דפוס ההפרעות שנוצר על ידי שנייםגלים קוהרנטיים מישוריים, לאחר הקלטתו על לוח צילום, זהו מכשיר המאפשר, במקרה של הארה של אחד מהגלים הללו, לשחזר גל מישור נוסף. לתהליך ההולוגרפי, אם כן, יש את השלבים הבאים: רישום ו"אחסון" לאחר מכן של חזית עצם הגל בצורת הולוגרמה (תבנית התאבכות), ושחזורו לאחר כל זמן שבו גל הייחוס עובר דרך ההולוגרמה.
חזית הגלים האובייקטיבית יכולה להיות כל דבר. לדוגמה, זה יכול להשתקף מאובייקט אמיתי כלשהו, אם באותו זמן הוא קוהרנטי לגל הייחוס. נוצר על ידי כל שתי חזיתות גל עם קוהרנטיות, דפוס ההפרעות הוא מכשיר המאפשר, עקב עקיפה, להפוך אחת מהחזיתות הללו לאחרת. כאן מסתתר המפתח לתופעה כזו כמו הולוגרפיה. דניס גאבור היה הראשון שגילה את הנכס הזה.
תצפית בתמונה שנוצרה על ידי ההולוגרמה
בתקופתנו מתחילים להשתמש במכשיר מיוחד, מקרן הולוגרפי, לקריאת הולוגרמות. זה מאפשר לך להמיר תמונה מדו מימד לתלת מימד. עם זאת, על מנת לצפות בהולוגרמות פשוטות, אין צורך במקרן הולוגרפי כלל. בואו נדבר בקצרה על איך לצפות בתמונות כאלה.
כדי לצפות בתמונה שנוצרה על ידי ההולוגרמה הפשוטה ביותר, עליך למקם אותה במרחק של כמטר אחד מהעין. אתה צריך להסתכל דרך רשת העקיפה בכיוון שבו יוצאים ממנו גלי המטוס (המשוחזרים).מכיוון שהגלים המישוריים הם שנכנסים לעין המתבונן, גם התמונה ההולוגרפית שטוחה. הוא נראה לנו כמו "קיר עיוור", המואר באופן שווה באור שצבעו זהה לקרינת הלייזר המקבילה. מכיוון ש"קיר" זה נטול מאפיינים ספציפיים, אי אפשר לקבוע עד כמה הוא נמצא. נראה כאילו אתה מסתכל על קיר מורחב הנמצא באינסוף, אך בו זמנית אתה רואה רק חלק ממנו, אותו ניתן לראות דרך "חלון" קטן, כלומר הולוגרמה. לכן, הולוגרמה היא משטח מואר באופן אחיד שעליו איננו מבחינים במשהו ראוי לתשומת לב.
סריג עקיפה (הולוגרמה) מאפשר לנו לצפות במספר השפעות פשוטות. ניתן להדגים אותם גם באמצעות סוגים אחרים של הולוגרמות. עובר דרך סורג העקיפה, קרן האור מפוצלת, נוצרות שתי אלומות חדשות. ניתן להשתמש בקרני לייזר כדי להאיר כל סורג עקיפה. במקרה זה, הקרינה צריכה להיות שונה בצבעה מזה ששימש במהלך הקלטתה. זווית הכיפוף של קרן צבע תלויה באיזה צבע יש לה. אם הוא אדום (אורך הגל הארוך ביותר), אז אלומה כזו מכופפת בזווית גדולה יותר מהקרן הכחולה, בעלת אורך הגל הקצר ביותר.
דרך סורג הדיפרקציה ניתן לדלג על תערובת של כל הצבעים, כלומר לבן. במקרה זה, כל מרכיב צבע בהולוגרמה זו כפוף בזווית משלו. הפלט הוא ספקטרוםדומה לזה שנוצר על ידי פריזמה.
מיקום שבץ סורג עקיפה
המשיכות של סורג הדיפרקציה צריכות להיעשות קרובות מאוד זו לזו, כך שכיפוף הקרניים יהיה מורגש. לדוגמה, כדי לכופף את הקורה האדומה ב-20 מעלות, יש צורך שהמרחק בין המשיכות לא יעלה על 0.002 מ"מ. אם הם ממוקמים קרוב יותר, אלומת האור מתחילה להתכופף עוד יותר. כדי "להקליט" את הסורג הזה, יש צורך בצלחת צילום, המסוגלת לרשום פרטים כה עדינים. בנוסף, יש צורך שהצלחת תישאר דוממת לחלוטין במהלך החשיפה, כמו גם במהלך הרישום.
התמונה יכולה להיות מטושטשת משמעותית אפילו בתנועה הקטנה ביותר, ועד כדי כך שלא יהיה ניתן להבחין בה לחלוטין. במקרה זה, לא נראה תבנית הפרעה, אלא פשוט לוחית זכוכית, שחורה או אפורה באופן אחיד על פני כל פני השטח שלה. כמובן שבמקרה זה, השפעות העקיפה שנוצרו על ידי סורג העקיפה לא ישוחזרו.
שידור והולוגרמות מחזירות
סורג העקיפה שחשבנו עליו נקרא טרנסמיסטיבי, מכיוון שהוא פועל באור העובר דרכו. אם ניישם את קווי הסורג לא על צלחת שקופה, אלא על פני השטח של מראה, נקבל סורג עקיפה רפלקטיבי. הוא מחזיר צבעים שונים של אור מזוויות שונות. בהתאם לכך, קיימות שתי מחלקות גדולות של הולוגרמות - רפלקטיבית ו-transmissive. הראשונים נצפים באור מוחזר, בעוד שהאחרונים נצפים באור משודר.
