Голография

Чтобы узнать о других значениях, см. Голография (значения) .

Не путать с призраком Пеппера .

«Голограмма» перенаправляется сюда. Чтобы узнать о других значениях, см. Голограмма (значения) .

Две фотографии одной голограммы, сделанные с разных точек зрения.

Голография — это метод, позволяющий волновой фронт записывать , а затем реконструировать его. Он наиболее известен как метод создания трехмерных изображений и имеет широкий спектр других применений, включая хранение данных, микроскопию и интерферометрию. В принципе, голограмму можно сделать для любого типа волны .

Голограмма — это запись интерференционной картины, которая может воспроизводить трехмерное световое поле с помощью дифракции . В общем, голограмма — это запись волнового фронта любого типа в виде интерференционной картины. Ее можно создать путем захвата света реальной сцены или сгенерировать с помощью компьютера, и в этом случае она известна как компьютерная голограмма , которая может отображать виртуальные объекты или сцены. Оптическая голография требует лазерного света для записи светового поля. Воспроизведенное световое поле может генерировать изображение, имеющее глубину и параллакс исходной сцены. Голограмма обычно неразборчива при просмотре в рассеянном окружающем свете . При правильном освещении интерференционная картина преломляет свет, создавая точное воспроизведение исходного светового поля, а объекты, находившиеся в ней, демонстрируют визуальные признаки глубины , такие как параллакс и перспектива , которые реалистично меняются под разными углами обзора. То есть просмотр изображения под разными углами показывает предмет, рассматриваемый под одинаковыми углами.

Голограмма традиционно создается путем наложения второго волнового фронта, известного как опорный луч, на интересующий волновой фронт. При этом генерируется интерференционная картина, которая затем фиксируется на физическом носителе. Когда записанная интерференционная картина позже освещается вторым волновым фронтом, она дифрагируется, воссоздавая исходный волновой фронт. Трехмерное изображение голограммы часто можно просмотреть нелазерным светом. Однако в обычной практике качество изображения существенно ухудшается, чтобы исключить необходимость использования лазерного освещения для просмотра голограммы.

Сгенерированная компьютером голограмма создается путем цифрового моделирования и объединения двух волновых фронтов для создания изображения интерференционной картины. Затем это изображение можно распечатать на маске или пленке и осветить соответствующим источником света для восстановления желаемого волнового фронта. Альтернативно, изображение интерференционной картины может быть непосредственно отображено на динамическом голографическом дисплее.

В голографической портретной съемке часто прибегают к немулографической промежуточной процедуре визуализации, чтобы избежать использования опасных мощных импульсных лазеров , которые потребуются для оптического «замораживания» движущихся объектов настолько идеально, насколько того требует процесс голографической записи, крайне нетерпимый к движению. Ранняя голография требовала мощных и дорогих лазеров. В настоящее время для изготовления голограмм можно использовать недорогие лазерные диоды массового производства , например, те, которые используются в DVD-рекордерах и в других распространенных приложениях. Они сделали голографию гораздо более доступной для малобюджетных исследователей, художников и преданных любителей.

Большинство производимых голограмм представляют собой статичные объекты, но в настоящее время разрабатываются системы для отображения меняющихся сцен на динамических голографических дисплеях.

Слово голография происходит от греческих слов ὅλος ( холос — «целый») и γραφή ( graphē — « письмо » или « рисование »).

История

Продолжительность: 16 минут 30 секунд. 16:30 Доступны субтитры. СС

Введение в голографию (учебный фильм 1972 года)

Венгерско британский - изобрел голографию в 1948 году , физик Деннис Габор когда искал способ улучшить разрешение изображений в электронных микроскопах . Работа Габора была основана на новаторских работах в области рентгеновской микроскопии других ученых, включая Мечислава Вольфке в 1920 году и Уильяма Лоуренса Брэгга в 1939 году. Создание голографии стало неожиданным результатом исследований Габора по усовершенствованию электронных микроскопов в британской компании Thomson-Houston Company (BTH) в Регби , Англия, и компания подала патент в декабре 1947 года (патент GB685286). Первоначально изобретенный метод до сих пор используется в электронной микроскопии, где он известен как электронная голография . Габор был удостоен Нобелевской премии по физике в 1971 году «за изобретение и развитие голографического метода».

Горизонтальный симметричный текст Дитера Юнга.

Оптическая голография по-настоящему не продвинулась до разработки лазера в 1960 году. Разработка лазера позволила создать первые практические оптические голограммы, записывающие трехмерные объекты, в 1962 году Юрием Денисюком в Советском Союзе. и Эммет Лейт и Юрис Упатниекс из Мичиганского университета , США.

Ранние оптические голограммы использовали галогенида серебра фотоэмульсии в качестве записывающей среды. Они были не очень эффективны, поскольку создаваемая дифракционная решетка поглощала большую часть падающего света. Были разработаны различные методы преобразования изменения пропускания в изменение показателя преломления (известные как «обесцвечивание»), которые позволили создавать гораздо более эффективные голограммы.

Крупный прогресс в области голографии был сделан Стивеном Бентоном , который изобрел способ создания голограмм, которые можно просматривать с помощью естественного света, а не лазеров. Это так называемые радужные голограммы .

Основы голографии

Запись голограммы

Реконструкция голограммы

Это фотография небольшой части неотбеленной пропускающей голограммы, наблюдаемая через микроскоп. Голограмма зафиксировала изображение игрушечного фургона и автомобиля. По этому узору невозможно различить объект голограммы не более, чем определить, какая музыка была записана, глядя на поверхность компакт-диска . Голографическая информация записывается спекл-паттерном .

Голография – это метод записи и восстановления световых полей. Световое поле обычно является результатом рассеяния источника света от объектов. Голографию можно рассматривать как нечто похожее на запись звука , при которой звуковое поле, созданное вибрирующей материей, такой как музыкальные инструменты или голосовые связки , кодируется таким образом, что его можно воспроизвести позже, без присутствия исходной вибрирующей материи. Однако это еще больше похоже на звукозапись Ambisonic , при которой при воспроизведении можно воспроизвести любой угол прослушивания звукового поля.

Лазер

В лазерной голографии голограмма записывается с помощью источника лазерного света, который очень чист по цвету и упорядочен по составу. Можно использовать различные установки и создать несколько типов голограмм, но все они включают взаимодействие света, идущего с разных направлений и создающего микроскопическую интерференционную картину, которую записывает пластина , пленка или другой носитель фотографически .

В одной распространенной схеме лазерный луч разделяется на две части: одну, известную как объектный луч , а другую — опорный луч . Луч объекта расширяется при прохождении его через линзу и используется для освещения объекта. Носитель записи расположен там, где этот свет, отраженный или рассеянный объектом, попадет на него. Края среды в конечном итоге послужат окном, через которое можно увидеть объект, поэтому его расположение выбирается с учетом этого. Опорный луч расширяется и светит прямо на среду, где он взаимодействует со светом, исходящим от объекта, создавая желаемую интерференционную картину.

Как и обычная фотография, голография требует соответствующего времени экспозиции для правильного воздействия на носитель записи. В отличие от обычной фотографии, во время экспозиции источник света, оптические элементы, носитель записи и объект должны оставаться неподвижными друг относительно 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 редко выполняется за пределами научных и промышленных лабораторий. Типичными являются воздействия продолжительностью от нескольких секунд до нескольких минут с использованием непрерывно работающего лазера гораздо меньшей мощности.

Аппарат

Голограмму можно создать, направив часть светового луча непосредственно на носитель записи, а другую часть на объект таким образом, чтобы часть рассеянного света падала на носитель записи. Более гибкая схема записи голограммы требует, чтобы лазерный луч был направлен через ряд элементов, которые изменяют его по-разному. Первый элемент — светоделитель , делящий луч на два одинаковых 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 с помощью линз, но направляется так, чтобы не соприкасаться со сценой, а вместо этого направляется непосредственно на носитель записи.

В качестве носителя записи можно использовать несколько различных материалов. Одной из наиболее распространенных является пленка, очень похожая на фотопленку ( галогенида серебра фотоэмульсия ), но с гораздо меньшими светореактивными зернами (предпочтительно с диаметром менее 20 нм), что делает ее способной обеспечить гораздо более высокое разрешение , которое требуется для голограмм. Слой этого носителя записи (например, галогенида серебра) прикреплен к прозрачной подложке, которая обычно представляет собой стекло, но может быть также пластиковой.

Процесс

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, поскольку он отражает то, как свет сцены мешает исходному источнику света, но не сам исходный источник света. Интерференционную картину можно рассматривать как закодированную версию сцены, требующую определенного ключа — исходного источника света — для просмотра ее содержимого.

Этот недостающий ключ предоставляется позже путем воздействия лазера, идентичного тому, который использовался для записи голограммы, на проявленную пленку. Когда этот луч освещает голограмму, он дифрагирует на поверхности голограммы. Это создает световое поле, идентичное тому, которое первоначально создавалось сценой и рассеивалось на голограмме.

Сравнение с фотографией

Голографию можно лучше понять, рассмотрев ее отличия от обычной фотографии :

• Голограмма представляет собой запись информации о свете, пришедшем из 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 (солнечного или электрического освещения), тогда как для записи голограммы необходим лазер.
• В фотографии для записи изображения требуется линза, тогда как в голографии свет от объекта рассеивается непосредственно на носителе записи.
• Голографическая запись требует, чтобы второй луч света (опорный луч) был направлен на носитель записи.
• Фотографии можно просматривать в широком диапазоне условий освещения, тогда как голограммы можно просматривать только при очень специфических формах освещения.
• Когда фотографию разрезают пополам, каждая часть показывает половину сцены. Когда голограмму разрезают пополам, всю сцену по-прежнему можно увидеть в каждой части. Это связано с тем, что каждая точка на фотографии представляет собой только свет, рассеянный из одной точки сцены, каждая точка голографической записи включает в себя информацию о свете, рассеянном из каждой точки сцены. Это можно представить как просмотр улицы снаружи дома через окно размером 120 × 120 см (4 фута × 4 фута), а затем через окно 60 × 120 см (2 фута × 4 фута). Через меньшее окно можно увидеть все то же самое (поворачивая голову, чтобы изменить угол обзора), но зритель может увидеть больше сразу через окно размером 120 см (4 фута).
• Фотостереограмма сигналов — это двухмерное изображение, которое может создавать трехмерный эффект, но только с одной точки зрения, тогда как воспроизводимый диапазон обзора голограммы добавляет гораздо больше 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 мелкого, на первый взгляд случайного рисунка, который, по-видимому, не имеет никакого отношения к записанной ею сцене.

Физика голографии

Основная статья: Физика оптической голографии

Для лучшего понимания процесса необходимо разобраться в интерференции и дифракции. Интерференция возникает, когда один или несколько волновых фронтов накладываются друг на друга. Дифракция возникает, когда волновой фронт сталкивается с объектом. Ниже процесс создания голографической реконструкции объясняется 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

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

Простую голограмму можно создать путем наложения двух плоских волн от одного и того же источника света на голографический носитель записи. Две волны интерферируют, образуя прямолинейный узор полос , интенсивность которого синусоидально меняется в среде. Расстояние между полосами определяется углом между двумя волнами и длиной волны света.

Записанная световая картина 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, под которым первоначально падала вторая волна, так что вторая волна была «реконструирована». Таким образом, записанный световой узор представляет собой голографическую запись, как определено выше.

Точечные источники

Синусоидальная зональная пластина

Если носитель записи освещается точечным источником и нормально падающей плоской волной, результирующая картина представляет собой синусоидальную зонную пластинку , которая действует как отрицательная линза Френеля , фокусное расстояние которой равно расстоянию между точечным источником и плоскостью записи.

Когда плоский волновой фронт освещает отрицательную линзу, он превращается в волну, которая кажется расходящейся от фокуса линзы. Таким образом, когда записанный рисунок освещается исходной плоской волной, часть света дифрагируется в расходящийся луч, эквивалентный исходной сферической волне; создана голографическая запись точечного источника.

Когда во время записи плоская волна падает под ненормальным углом, образующаяся картина становится более сложной, но все равно действует как отрицательная линза, если она освещена под исходным углом.

Сложные объекты

Чтобы записать голограмму сложного объекта, лазерный луч сначала разделяется на два луча света. Один луч освещает объект, который затем рассеивает свет на носитель записи. Согласно теории дифракции, каждая точка объекта действует как точечный источник света, поэтому можно считать, что носитель записи освещается набором точечных источников, расположенных на разных расстояниях от носителя.

Второй (опорный) луч освещает непосредственно носитель записи. Волна каждого точечного источника интерферирует с опорным лучом, образуя собственную синусоидальную зональную пластинку в носителе записи. Результирующий узор представляет собой сумму всех этих «зонных пластин», которые в совокупности создают случайный ( пятнистый ) узор, как на фотографии выше.

Когда голограмма освещается исходным опорным лучом, каждая из отдельных зонных пластин восстанавливает породившую ее объектную волну, и эти отдельные волновые фронты объединяются для восстановления всего объектного луча. Зритель воспринимает волновой фронт, идентичный волновому фронту, рассеянному от объекта на носитель записи, так что создается впечатление, что объект все еще находится на месте, даже если его убрали.

Приложения

Искусство

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 ученых и художников, хотя некоторые голографисты считают себя одновременно художниками и учеными.

Сальвадор Дали утверждал, что первым применил голографию в художественных целях. Он, безусловно, был первым и самым известным сюрреалистом, сделавшим это, но нью-йоркской выставке голограмм Дали в 1972 году предшествовали выставка голографического искусства, проходившая в Крэнбрукской академии искусств в Мичигане в 1968 году, а также выставка в Галерея Finch College в Нью-Йорке в 1970 году привлекла внимание национальных средств массовой информации. В Великобритании Маргарет Беньон начала использовать голографию в качестве художественного средства в конце 1960-х годов и провела персональную выставку в художественной галерее Ноттингемского университета в 1969 году. За этим в 1970 году последовала персональная выставка в галерее Лиссон в Лондоне, которая была объявлена ​​​​«первой лондонской выставкой голограмм и стереоскопических картин».

В 1970-е годы было создано несколько художественных студий и школ, каждая из которых имела свой особый подход к голографии. Примечательно, что существовала Школа голографии в 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 Чжоном . Ни одна из этих студий до сих пор не существует; однако в Нью-Йорке есть Центр голографических искусств. и HOLOcenter в Сеуле, который предлагает художникам место для творчества и выставок работ.

В 1980-е годы многие художники, работавшие с голографией, способствовали распространению этого так называемого «нового медиума» в мире искусства, например, Гарриет Касдин-Сильвер из США, Дитер Юнг из Германии и Мойсес Баумштайн из Бразилии . тот, кто ищет подходящий «язык» для трехмерной работы, избегая простого голографического воспроизведения скульптуры или объекта. Например, в Бразилии многие конкретные поэты (Аугусто де Кампос, Десио Пиньятари, Хулио Плаза и Хосе Вагнер Гарсиа, связанные с Мойсесом Баумштейном ) нашли в голографии способ выразить себя и обновить конкретную поэзию .

Небольшая, но активная группа художников до сих пор использует голографические элементы в своих работах. Некоторые связаны с новыми голографическими методами; например, художник Мэтт Брэнд использовал вычислительную конструкцию зеркала для устранения искажений изображения из-за зеркальной голографии .

Музей Массачусетского технологического института и Джонатан Росс оба имеют обширные коллекции голографии и онлайн-каталоги художественных голограмм.

Хранение данных

Основная статья: Голографическое хранилище данных

Голографическое хранение 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 включают в себя устройства хранения. Поскольку современные методы хранения, такие как диски Blu-ray, достигают предела возможной плотности данных (из-за дифракционного размера записывающих лучей), голографическая память 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 SLM могут создавать около 1000 различных изображений в секунду с разрешением 1024×1024 бит, что обеспечивает скорость записи около одного гигабита в секунду .

В 2005 году такие компании, как Optware и Maxell, выпустили диск диаметром 120 мм, который использует голографический слой для хранения данных потенциальным объемом 3,9 ТБ , в формате под названием Holographic Versatile Disc . По состоянию на сентябрь 2014 года коммерческих продуктов выпущено не было.

Другая компания, InPhase Technologies , занималась разработкой конкурирующего формата, но в 2011 году обанкротилась, и все ее активы были проданы компании Akonia Holographics, LLC.

Хотя во многих моделях хранения голографических данных используется «страничное» хранилище, где каждая записанная голограмма содержит большой объем данных, недавние исследования по использованию «микроголограмм» субмикрометрового размера привели к появлению нескольких потенциальных решений для хранения трехмерных оптических данных . Хотя этот подход к хранению данных не может обеспечить высокую скорость передачи данных, свойственную страничному хранилищу, допуски, технологические препятствия и стоимость производства коммерческого продукта значительно ниже.

Динамическая голография

В статической голографии запись, проявка и реконструкция происходят последовательно, в результате чего создается постоянная голограмма.

Существуют также голографические материалы, которые не требуют процесса проявки и позволяют записать голограмму за очень короткое время. Это позволяет использовать голографию для выполнения некоторых простых операций полностью оптическим способом. Примеры применения таких голограмм в реальном времени включают фазово-сопряженные зеркала («обращение света во времени»), оптические кэш-памяти, обработку изображений (распознавание образов изменяющихся во времени изображений) и оптические вычисления .

Объем обрабатываемой информации может быть очень большим (терабит/с), поскольку операция выполняется параллельно над всем изображением. Это компенсирует тот факт, что время записи, составляющее порядка микросекунды , по-прежнему очень велико по сравнению со временем обработки электронного компьютера. Оптическая обработка, выполняемая динамической голограммой, также гораздо менее гибка, чем электронная обработка. С одной стороны, операцию приходится выполнять всегда над всем изображением, а с другой стороны, операция, которую может выполнять голограмма, по сути, представляет собой либо умножение, либо ОВФ. В оптике сложение и преобразование Фурье уже легко выполняются в линейных материалах, причем последнее просто с помощью линзы. Это позволяет использовать некоторые приложения, например устройство, которое сравнивает изображения оптическим способом.

Поиск новых нелинейно-оптических материалов для динамической голографии является активным направлением исследований. Наиболее распространенными материалами являются фоторефрактивные кристаллы , но в полупроводниках или полупроводниковых гетероструктурах (таких как квантовые ямы ), атомных парах и газах, плазме и даже жидкостях удалось генерировать голограммы.

Особенно многообещающим применением является оптическое обращение волнового фронта . Он позволяет устранить искажения волнового фронта, которые получает световой луч при прохождении через аберрирующую среду, направляя его обратно через ту же аберрирующую среду с сопряженной фазой. Это полезно, например, в оптической связи в открытом космосе для компенсации атмосферной турбулентности (явление, вызывающее мерцание звездного света).

Использование любителем

«Мир в пределах досягаемости» , голограмма Денисюка DCG, созданная любителем Дэйвом Бэттином

С момента появления голографии многие голографы исследовали ее возможности и продемонстрировали их публике.

В 1971 году Ллойд Кросс открыл Школу голографии в Сан-Франциско и обучал любителей создавать голограммы, используя лишь небольшой (обычно мощностью 5 мВт) гелий-неоновый лазер и недорогое самодельное оборудование. Предполагалось, что для голографии потребуется установка очень дорогого металлического оптического стола , чтобы зафиксировать все задействованные элементы на месте и погасить любые вибрации, которые могли бы размыть интерференционные полосы и разрушить голограмму. Самодельной альтернативой Кросса была песочница, сделанная из подпорной стенки из шлакоблоков на фанерном основании, опиравшаяся на стопки старых шин, чтобы изолировать ее от вибраций грунта, и наполненная песком, промытым для удаления пыли. Лазер был надежно закреплен на стене из шлакоблоков. Зеркала и простые линзы, необходимые для направления, разделения и расширения лазерного луча, были прикреплены к коротким отрезкам ПВХ-труб, которые втыкали в песок в нужных местах. Субъект и держатель фотопластинки аналогичным образом поддерживались в песочнице. Голографист выключил свет в комнате, заблокировал лазерный луч вблизи его источника с помощью небольшой лампочки. затвор с релейным управлением, в темноте загрузил пластинку в держатель, вышел из комнаты, подождал несколько минут, чтобы все успокоилось, затем сделал экспозицию, дистанционно управляя лазерным затвором.

В 1979 году Джейсон Сапан открыл голографическую студию в Нью-Йорке . С тех пор они участвовали в производстве множества голографий для многих художников и компаний. Сапана называют «последним профессиональным голографом Нью-Йорка».

Многие из этих голографов впоследствии стали создавать художественные голограммы. В 1983 году Фред Унтерсехер, соучредитель Школы голографии Сан-Франциско и известный голографический художник, опубликовал « Справочник по голографии» — легко читаемое 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 галогенида серебра AGFA .

В 2000 году Фрэнк ДеФрейтас опубликовал книгу «Голография обувной коробки» с использованием недорогих лазерных указок и познакомил бесчисленное количество любителей . 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 проверке практическим экспериментом, выяснилось, что это не только неправда, но и что некоторые из них на самом деле не соответствуют действительности. обеспечивал длину когерентности , намного большую, чем у традиционных гелий-неоновых газовых лазеров. Это было очень важное событие для любителей, поскольку цена красных лазерных диодов упала с сотен долларов в начале 1980-х годов до примерно 5 долларов после того, как они вышли на массовый рынок в качестве компонента DVD- плееров в конце 1990-х. Сейчас по всему миру существуют тысячи голографистов-любителей.

К концу 2000 года на основной потребительский рынок вышли комплекты голографии с недорогими лазерными диодами-указками. Эти наборы позволили студентам, учителям и любителям создавать несколько видов голограмм без специального оборудования и к 2005 году стали популярными подарками. Появление в 2003 году наборов голографии с саморазвивающимися пластинами позволило любителям создавать голограммы, не беспокоясь о влажной химической обработке.

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 на это формулой DCG G307, чтобы увеличить скорость и чувствительность этих новых лазеров.

Kodak и Agfa, бывшие крупные поставщики галогенсеребряных пластин и пленок голографического качества, больше не присутствуют на рынке. В то время как другие производители помогли заполнить пустоту, многие любители теперь производят свои собственные материалы. Излюбленными составами являются дихроматированный желатин, дихроматированный желатин, сенсибилизированный метиленовым синим, и препараты галогенида серебра, полученные методом диффузии. Джефф Блит опубликовал очень точные методы изготовления таких изделий в небольшой лаборатории или гараже.

Небольшая группа любителей даже конструирует собственные импульсные лазеры для создания голограмм живых объектов и других неустойчивых или движущихся объектов.

Голографическая интерферометрия

Основная статья: голографическая интерферометрия

Голографическая интерферометрия (HI) — это метод, который позволяет измерять статические и динамические смещения объектов с оптически шероховатыми поверхностями с оптической интерферометрической точностью (т.е. с точностью до долей длины волны света). Его также можно использовать для обнаружения изменений длины оптического пути в прозрачных средах, что позволяет, например, визуализировать и анализировать поток жидкости. Его также можно использовать для создания контуров, представляющих форму поверхности или областей изодозы в радиационной дозиметрии.

Он широко используется для измерения напряжения, деформации и вибрации в инженерных конструкциях.

Интерферометрическая микроскопия

Основная статья: Интерферометрическая микроскопия

Голограмма хранит 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.

Датчики или биосенсоры

Основная статья: Голографический датчик

Голограмма изготовлена ​​из модифицированного материала, который взаимодействует с определенными молекулами, вызывая изменение периодичности полос или показателя преломления, следовательно, цвета голографического отражения.

Безопасность

Основная статья: Защитная голограмма

Идентиграмма как элемент безопасности немецкого удостоверения личности

Голограмма Dove используется на некоторых кредитных картах.

Голограммы обычно используются в целях безопасности, поскольку они копируются с оригинальной голограммы, для чего требуется дорогостоящее, специализированное и технологически современное оборудование, и поэтому их трудно подделать. Они широко используются во многих валютах , таких как бразильские банкноты номиналом 20, 50 и 100 реалов; Британские банкноты номиналом 5, 10, 20 и 50 фунтов; Южнокорейские банкноты номиналом 5 000, 10 000 и 50 000 вон; Японские банкноты номиналом 5000 и 10000 иен, индийские банкноты номиналом 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 , упаковке пищевых продуктов, DVD-дисках и спортивном инвентаре. Такие голограммы бывают самых разных форм: от клейких полосок, которые ламинируются на упаковке быстроходных потребительских товаров, до голографических меток на электронных продуктах . Они часто содержат текстовые или графические элементы для защиты личности и отделения подлинных изделий от подделок .

Голографические сканеры используются в почтовых отделениях, крупных транспортных компаниях и автоматизированных конвейерных системах для определения трехмерного размера посылки. Они часто используются в тандеме с чеквейерами , чтобы обеспечить автоматическую предварительную упаковку заданных объемов, например, в грузовик или поддон для оптовой отправки товаров.Голограммы, изготовленные из эластомеров, могут использоваться в качестве репортеров напряжения-деформации благодаря их эластичности и сжимаемости, приложенное давление и сила коррелируют с отраженной длиной волны, а следовательно, и с ее цветом. Метод голографии также может быть эффективно использован для дозиметрии радиации.

Регистрационные знаки повышенной безопасности

Голограммы высокой безопасности можно использовать на номерных знаках таких транспортных средств, как автомобили и мотоциклы. С апреля 2019 года на транспортных средствах в некоторых частях Индии требуются голографические номерные знаки для облегчения идентификации и обеспечения безопасности, особенно в случаях угона автомобилей. Такие номерные знаки содержат электронные данные транспортных средств и имеют уникальный идентификационный номер и наклейку, подтверждающую подлинность.

Голография с использованием других типов волн

В принципе, голограмму можно сделать для любой волны .

Электронная голография — это применение методов голографии к электронным волнам, а не к световым волнам. Электронная голография была изобретена Деннисом Габором для улучшения разрешения и устранения аберраций трансмиссионного электронного микроскопа . Сегодня его обычно используют для изучения электрических и магнитных полей в тонких пленках, поскольку магнитные и электрические поля могут смещать фазу интерферирующей волны, проходящей через образец. Принцип электронной голографии можно применить и к интерференционной литографии .

Акустическая голография позволяет создавать звуковые карты объекта. Измерения акустического поля производятся во многих точках, близких к объекту. Эти измерения обрабатываются в цифровом виде для создания «изображений» объекта.

Атомная голография возникла в результате развития основных элементов атомной оптики . С появлением дифракционной линзы Френеля и атомных зеркал атомная голография стала 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. хотя такие голограммы еще не коммерциализированы.

Голография нейтронного пучка использовалась, чтобы увидеть внутреннюю часть твердых объектов.

Голограммы с рентгеновскими лучами генерируются с использованием синхротронов или рентгеновских лазеров на свободных электронах в качестве источников излучения и пиксельных детекторов, таких как ПЗС-матрицы, в качестве носителя записи. Затем реконструкция извлекается посредством вычислений. Благодаря более короткой длине волны рентгеновских лучей по сравнению с видимым светом этот подход позволяет получать изображения объектов с более высоким пространственным разрешением. Поскольку лазеры на свободных электронах могут генерировать ультракороткие и рентгеновские импульсы в фемтосекундном диапазоне , которые являются интенсивными и когерентными, рентгеновская голография используется для регистрации сверхбыстрых динамических процессов.

Ложные голограммы

сделанная Иллюзия призрака Пеппера, из прозрачного пластика .

Шоу, в которых используются проецируемые изображения, ошибочно позиционируются как «голографические».

Существует множество оптических эффектов, которые ошибочно путают с голографией, например, эффекты, создаваемые лентикулярной печатью , иллюзия призрака Перца (или современные варианты, такие как подводка для глаз Musion ), томография и объемные дисплеи . Такие иллюзии получили название «фауклография».

Техника призрака Пеппера, будучи самой простой в 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 реальные физические объекты и людей, находящихся за сценой, современные варианты заменяют исходный объект цифровым экраном, на котором отображаются изображения, созданные с помощью трехмерной компьютерной графики , чтобы обеспечить необходимые сигналы глубины . Отражение, которое кажется парящим в воздухе, по-прежнему плоское, поэтому менее реалистичное, чем если бы отражался реальный трехмерный объект.

Примеры этой цифровой версии призрачной иллюзии Пеппера включают выступления Gorillaz на церемонии вручения наград MTV Europe Music Awards 2005 года и 48-й премии Грэмми ; и Тупака Шакура виртуальное выступление на фестивале музыки и искусств Coachella Valley в 2012 году, где он читал рэп вместе со Снуп Доггом во время его выступления с Dr. Dre . Цифровые аватары шведской супергруппы ABBA были показаны на сцене в мае 2022 года. В представлении ABBA использовалась технология, которая представляла собой обновленную версию Pepper's Ghost, созданную Industrial Light & Magic . Американская рок-группа KISS представила аналогичные цифровые аватары в декабре 2023 года, чтобы отправиться в тур вместо них по завершении мирового тура End of the Road, используя ту же технологию Pepper's Ghost, что и аватары ABBA.

Еще более простую иллюзию можно создать, проецируя реалистичные изображения на полупрозрачные экраны. Обратная проекция необходима, потому что в противном случае полупрозрачность экрана позволит проекции освещать фон, что разрушит иллюзию.

Crypton Future Media , компания по производству музыкального программного обеспечения, создавшая Хацунэ Мику . одно из многих приложений поющего синтезатора Vocaloid , организовало концерты, на которых Мику вместе с другими вокалоидами Crypton выступали на сцене в качестве «голографических» персонажей. На этих концертах используется обратная проекция на полупрозрачный экран DILAD. для достижения «голографического» эффекта.

В 2011 году в Пекине компания по производству одежды Burberry провела показ голограмм Burberry Prorsum Осень/Зима 2011, который включал в себя двухмерные проекции моделей в натуральную величину. Собственное видео компании показывает несколько центрированных и нецентральных снимков основного двухмерного проекционного экрана, последний показывает плоскостность виртуальных моделей. Утверждение об использовании голографии было представлено как факт в отраслевых СМИ.

В Мадриде 10 апреля 2015 года публичная визуальная презентация под названием «Hologramas por la Libertad» («Голограммы свободы»), изображающая призрачную виртуальную толпу демонстрантов, была использована в знак протеста против нового испанского закона, запрещающего гражданам проводить демонстрации в общественных местах. Хотя в новостях его широко называют «протестом голограммы», никакой настоящей голографии не было — это был еще один технологически обновленный вариант призрачной иллюзии Пеппера.

Голография отличается от зеркальной голографии , которая представляет собой метод создания трехмерных изображений путем управления движением зеркальностей на двумерной поверхности. Он работает за счет отражения или преломления пучков световых лучей, а не за счет интерференции и дифракции.

Тактильные голограммы

См. Также: Постоянный свет и стоп-сигнал.

В художественной литературе

Основная статья: Голография в художественной литературе

Голография широко упоминается в фильмах, романах и на телевидении, обычно в научной фантастике , начиная с конца 1970-х годов. Писатели-фантасты впитали городские легенды о голографии, которые распространяли чрезмерно увлеченные ученые и предприниматели, пытавшиеся продать эту идею. Это привело к тому, что у публики возникли слишком большие ожидания от возможностей голографии из-за нереалистичных ее изображений в большинстве художественных произведений, где они представляют собой полностью трехмерные компьютерные проекции , которые иногда можно осязать за счет использования силовых полей . Примеры такого типа изображения включают голограмму принцессы Леи в «Звездных войнах» , Арнольда Риммера из «Красного карлика », который позже был преобразован в «жесткий свет», чтобы сделать его твердым, а также голограмму Голопалубы и неотложной медицинской помощи из «Звездного пути» .

Голография послужила источником вдохновения для многих видеоигр с элементами научной фантастики. Во многих играх вымышленная голографическая технология использовалась для отражения реальных искажений потенциального военного использования голограмм, таких как «танки-миражи» в Command & Conquer: Red Alert 2 , которые могут маскироваться под деревья. Персонажи игроков могут использовать голографические приманки в таких играх, как Halo: Reach и Crysis 2, чтобы сбить с толку и отвлечь врага. Агент-призрак Starcraft Нова имеет доступ к «голографической приманке» как к одной из трех своих основных способностей в Heroes of the Storm .

Однако вымышленные изображения голограмм вдохновили технологические достижения в других областях, таких как дополненная реальность , которые обещают реализовать вымышленные изображения голограмм другими средствами.

См. также

• 3D file formats
• Компьютерная голография
• Голографический дисплей
• Дополненная реальность
• Австралийская голография
• Аутостереоскопия
• Цифровая голография
• Цифровая голографическая микроскопия
• Цифровая планарная голография
• Туманный дисплей
• Голографический принцип
• Голономная теория мозга
• Процессорный блок Хогеля
• Интегральная визуализация
• Список новых технологий
• Фазово-когерентная голография
• Плазмон – возможные применения (полноцветная голография)
• Томография
• Объемный дисплей
• Объемная печать

Библиография

• Харихаран П., 1996, Оптическая голография, издательство Кембриджского университета, ISBN   0-521-43965-5
• Харихаран П., 2002, Основы голографии, издательство Кембриджского университета, ISBN   0-521-00200-1
• Липсон А., Липсон С.Г., Липсон Х., Оптическая физика, 2011, издательство Кембриджского университета, ISBN   978-0-521-49345-1

Дальнейшее чтение

• Лазеры и голография: введение в когерентную оптику В.Е. Кок, Dover Publications (1981), ISBN   978-0-486-24041-1
• Принципы голографии Х. М. Смит, Уайли (1976), ISBN   978-0-471-80341-6
• Г. Бергер и др., Хранение цифровых данных в системе голографической памяти с фазовым кодированием: качество и безопасность данных , Proceedings of SPIE, Vol. 4988, стр. 104–111 (2003).
• Голографические видения: история новой науки Шон Ф. Джонстон, Oxford University Press (2006), ISBN   0-19-857122-4
• Саксби, Грэм (2003). Практическая голография, третье издание . Тейлор и Фрэнсис. ISBN  978-0-7503-0912-7 .
• Методы трехмерного изображения Таканори Окоши, Atara Press (2011), ISBN   978-0-9822251-4-1
• Голографическая микроскопия фазовых микроскопических объектов: теория и практика Татьяна Тишко, Тишко Дмитрий, Титар Владимир, World Scientific (2010), ISBN   978-981-4289-54-2
• Ричардсон, Мартин Дж.; Уилтшир, Джон Д. (2017). Ричардсон, Мартин Дж.; Уилтшир, Джон Д. (ред.). Голограмма: принципы и методы . Уайли. Бибкод : 2017hpt..книга.....R . дои : 10.1002/9781119088929 . ISBN  9781119088905 . OCLC   1000385946 .

Внешние ссылки

• « Деннис Габор - Автобиография », 30 сентября 2004 г., Nobelprize.org.
  • « Голография, Нобелевская лекция 1948–1971 гг. », Деннис Габор, 11 декабря 1971 г.
• « Как работают голограммы », «Как работают вещи», Трейси В. Уилсон, 30 августа 2023 г.
• « Голография » «Странной теории света», QED
• « Создание настоящих голограмм! » на YouTube от The Thought Emporium, 19 ноября 2020 г.