Holografi

Holografi  er en metode til registrering af information baseret på interferens fra bølger [1] . Optisk holografi er en type holografi, hvor lysfeltet skabt af optisk stråling  registreres . Billedet produceret ved holografi kaldes et hologram og betragtes som den mest nøjagtige autostereoskopiske gengivelse af det visuelle indtryk produceret af de fangede objekter. Samtidig bevares en fornemmelse af rummets dybde og multi-vinkel , og billedet ligner et billede af det filmede objekt gennem vinduet, som er et hologram [2] .

Den grundlæggende forskel mellem holografi og alle andre metoder til billedregistrering er distributionen af ​​information over alle opfangede objekter på hele overfladen af ​​en sensor, såsom for eksempel en fotografisk plade . Derfor fører beskadigelse af hologrammet, der fører til et fald i dets areal, ikke til tab af en del af billedet [3] [4] . Hvert fragment af en fotografisk plade med et hologram opdelt i flere dele indeholder fortsat et billede af alle de optagne objekter [5] . Kun antallet af tilgængelige vinkler falder , og billedet på for små fragmenter mister stereoskopicitet og klarhed.

På trods af perfektionen af ​​det resulterende billede kunne holografi ikke erstatte traditionel stereofotografering . På grund af teknologiens ejendommeligheder er skydning meget vanskelig og er kun mulig under laboratorieforhold med laserbelysning [6] . Holografi har fundet anvendelser inden for spektroskopi , fotogrammetri , mikroskopi og holografisk interferometri , såvel som i informationsregistrering og dokumentsikkerhed . Optiske elementer (såsom diffraktive linser ) genereret af computerholografi er meget udbredt i moderne optiske instrumenter [7] [8] .

Historie

Den matematiske teori om holografi dukkede op meget tidligere end dens praktiske implementering og blev et uventet resultat af arbejdet fra den britiske fysiker af ungarsk oprindelse Denes Gabor for at forbedre røntgenmikroskopi. Disse undersøgelser, påbegyndt længe før Gabor af Mieczysław Wolfke og William Bragg , havde til formål at forbedre transmissionselektronmikroskopet [9] . Gabors teknologi , patenteret af britiske Thomson-Houston i 1947 , blev kaldt "elektronholografi", og bruges stadig i elektronmikroskopi. "For opfindelsen og udviklingen af ​​det holografiske princip" modtog Denesh Gabor Nobelprisen i fysik i 1971 . Hans første hologrammer, lavet ved hjælp af en kviksølvbuelampe , var af ekstrem dårlig kvalitet på grund af utilstrækkelig strålingssammenhæng [4] . Udviklingen af ​​optisk holografi blev først mulig efter opfindelsen af ​​laseren i 1960 [1] .

Ordet "holografi" blev opfundet af opfinderen selv og er sammensat af de græske ord ὅλος  (alt) og γράφω  (tegne, skrive) for at understrege den fuldstændige registrering af et objekts optiske egenskaber [10] . I 1962, næsten umiddelbart efter fremkomsten af ​​lasere, begyndte forskningen samtidig i USSR og USA om muligheden for at optage et billede ved hjælp af den holografiske metode. I Sovjetunionen blev arbejdet udført på Vavilov State Optical Institute af Yuri Denisyuk , og i USA blev Gabors teori legemliggjort af Emmett Leith og Juris Upatnieks fra University of Michigan . Det første laserhologram nogensinde, der afbilder et legetøjstog og en fugl, blev skabt i 1964 af Leith og Upatnieks [11] . Sovjetiske og amerikanske videnskabsmænd forskede uafhængigt af hinanden, og deres hologrammer blev opnået på fundamentalt forskellige måder. I USA blev der brugt en teknologi til at optage billedet, senere kaldet "Leith-Upatnieks-metoden" [12] . På denne måde optages de såkaldte "transmitterende" hologrammer, når billedet under afspilning skabes af lys, der passerer gennem den fotografiske plade [* 1] .

Sovjetisk forskning blev udført i den indiske regering i en anden retning. I stedet for tynde lag blev der her brugt tykke fotografiske emulsioner , som gjorde det muligt at registrere, udover interferensen af ​​reference- og objektstrålerne, også lysets farvekomponent ved hjælp af Lippmann farvefotograferingsmetoden [14] . I 1968 opnåede Gennady Sobolev de første hologrammer lavet ved Denisyuk-metoden, og som ikke krævede sammenhængende stråling til deres reproduktion [10] . Sådanne hologrammer blev senere kaldt "reflekterende": Billedet blev gendannet i naturlige farver af det hvide lys fra almindelige kilder reflekteret fra den fotografiske plade [* 2] . Teknologien udviklet i USSR blev kendt over hele verden under navnet "Denisyuks skema", og hologrammerne opnået med dens hjælp kaldes "volumetriske", da information er registreret i hele volumen af ​​en tyk fotografisk emulsion [14] .

Fremkomsten af ​​pulserende lasere med en ultrakort glødetid gjorde det muligt at lave hologrammer af objekter i bevægelse. I samme 1968 optog amerikaneren Siebert det første holografiske portræt [16] . Et år senere foreslog amerikaneren Stephen Benton fra Polaroid Research Laboratories en anden metode til holografi, senere kaldet "regnbue" [17] . Farvehologrammer lavet ved hjælp af denne teknologi på plastik med et metalsubstrat er synlige under normal belysning [18] . En af de vigtigste fordele ved Benton-metoden var tilgængeligheden af ​​replikering af hologrammer, som ikke desto mindre kræver højteknologisk udstyr og kun er tilgængelig under industrielle forhold. Dette har ført til udbredt brug af sikkerhedshologrammer som et middel til autentificering [19] . I 1976 blev verdens første 47-sekunders holografiske film lavet på NIKFI under ledelse af Viktor Komar [11] [20] demonstreret på UNIATEC International Congress .

I 1977 opfandt Lloyd Cross det såkaldte "composite" eller "multiplex" hologram. Det adskiller sig fundamentalt fra alle andre hologrammer ved, at det består af mange separate flade visninger skabt af metoden med almindelig fotografering [17] . I første omgang involverede teknologien at filme et objekt, der roteres foran linsen på et fungerende filmkamera , og derefter optages individuelle billeder af den fremkaldte film på smalle strimler af et fælles hologram [21] . Et sådant hologram, i modsætning til det klassiske, indeholder ikke fuldstændig information om objektets lysfelt og har kun en multi-view i det vandrette plan, men optagelse er tilgængelig uden for laboratoriet, som for almindelig fotografering. Ydermere, hvis objektet bevæger sig under optagelsen, så gengives denne bevægelse, når den vinkel, som observatøren ser hologrammet under, ændres [16] . Multiplex holografi anses for at være den enkleste og mest effektive måde at konvertere konventionelle stereogrammer til holografisk form.

Fysiske principper

Lyset spredt af et objekt er karakteriseret ved bølgeparametre: amplitude og fase samt retning i rummet. Ved almindelig fotografering registreres kun amplituden af ​​lysbølger og dens fordeling inden for en todimensionel lysdetektor. Til dette bruges en linse , der opbygger et rigtigt billede af optageobjektet. Det resulterende flade billede kan kun skabe en illusion af volumen på grund af perspektiv , chiaroscuro og objekter, der overlapper hinanden [22] . Stereofotografering gør det muligt at bruge to eller flere linser til mere pålideligt at simulere volumen på grund af egenskaberne ved binokulært syn , men gør det muligt at observere optagede objekter fra et begrænset antal vinkler , oftest fra en enkelt.

En fuldgyldig gengivelse af volumen og evnen til at "se sig omkring" de fotograferede objekter blev opnået i integral fotografering , opfundet af Gabriel Lippmann i 1908 [23] . Disse muligheder realiseres ved at optage gennem en todimensional række af mikroskopiske linser presset mod det lysfølsomme lag. Som et resultat heraf viser hver af linserne de optagne objekter fra sin egen vinkel , hvilket giver autostereoskopisk og multi-vinkel afspilning under afspilning . I teorien, hvad angår dets muligheder, er integreret fotografering næsten lige så godt som holografi, idet man forventer det i flere årtier. Derfor kaldes denne teknologi nogle gange for inkohærent holografi [24] .

I holografi registreres udover amplituden også lysbølgernes fase og retning ved hjælp af interferens , som omdanner faseforholdet til de tilsvarende amplitude. I dette tilfælde er en linse ikke påkrævet, og det resulterende hologram har, ligesom et integreret billede, en multi-view, så du kan ændre observationspunktet vilkårligt, endda "se" bag objektet [25] . Når der optages et hologram, tilføjes to bølger: en af ​​dem kommer direkte fra kilden (referencebølge), og den anden reflekteres fra optageobjektet (objektbølge) [13] . En fotografisk plade eller andet optagemateriale placeres på det sted, hvor disse bølger tilføjes. Som et resultat af tilføjelsen af ​​objekt- og referencebølgerne opstår et stationært interferensmønster, som optages af en fotografisk plade i form af mikroskopiske mørkningsbånd [1] .

Det registrerede interferensmønster på den fremkaldte fotografiske plade kan tjene som et diffraktionsgitter [26] . Derfor, hvis den belyses med lys med en bølgelængde, der falder sammen med referencen, omdanner dette gitter på grund af diffraktion lyset til en bølge tæt på objektet en [27] . Når et hologram gengives, dannes der således et lysfelt, der nøjagtigt svarer til det optagne i amplitude, fase og retning. Som et resultat heraf ser beskueren sit imaginære billede på motivets placering i forhold til den fotografiske plade [* 3] . Den anden bølge, der dannes, når hologrammet belyses, danner et rigtigt billede [13] . En fotografisk plade behandlet på sædvanlig måde gemmer amplitudeinformation om lysfeltet, optaget i form af et sort-hvidt diffraktionsgitter lavet af fremkaldt metallisk sølv . En anden teknologi sørger for blegning af det udviklede sølv, som et resultat af hvilket, på de passende steder, tykkelsen af ​​gelatinen falder i forhold til den opnåede eksponering og danner et fasegitter. Ved afkodning af sådanne hologrammer ændres fasen af ​​den sammenhængende rekonstruktionsstråle på grund af forskellen i strålernes vej i gelatinelaget, men ikke dens intensitet. Sådan et bleget hologram kaldes "fase" [29] .

Uanset de forskellige hologrammer er teknologien til at optage dem forbundet med meget strenge begrænsninger. Det registrerede interferensmønster består af detaljer, hvis størrelse er sammenlignelig med bølgelængden af ​​det anvendte lys. Det kan kun optages med fotografiske emulsioner med en meget høj opløsning, der når flere tusinde linjer pr. millimeter [30] . Fotomaterialer med en sådan emulsion har ekstremt lav lysfølsomhed , hvilket kræver lange eksponeringer . Samtidig er en klar optagelse af små detaljer i interferensmønsteret kun mulig, hvis objektets position og alle elementer i optagelsesopsætningen holdes konstant, som under eksponeringen ikke bør bevæge sig i forhold til hinanden med mere end en kvart bølgelængde. Til installation af alle elementer i registreringsinstallationen bruges der derfor multitons granit-, beton- eller stålplader for at forhindre vibrationer og termisk ustabilitet [31] . Derudover tillader grænserne for rumlig sammenhæng ikke optagelse af billedet af udvidede objekter og begrænser dybden af ​​det viste rum til flere meter.

I dag kendes flere dusin varianter af hologrammer, der adskiller sig i belysningsskema, lyskilde og optagemedie: Fresnel, Fraunhofer, Fourier, fase, "kinoform", "regnbue", off-axis, cylindrisk, termoplastisk og andre [32] . Men de er alle afledte af de to mest kendte skemaer til optagelse på en fotografisk plade.

Leith-Upatnieks notationsskema

Leith og Upatnieks opgav den aksiale hologramoptagelsesteknologi, der blev brugt af Gabor i 1948 på grund af en række af dens mangler. De udviklede det såkaldte "off-axis-skema", der dirigerer referencebølgen i en vinkel og deler lyset i to dele, der falder på den fotografiske plade på forskellige måder [33] . Laserstrålen 1 er opdelt af et prisme 3 med en semi-transparent flade i to strømme: reference og objekt [34] . De modtagne stråler udvides ved hjælp af divergerende linser 4 og rettes mod objektet og optagemediet (for eksempel en fotografisk plade). Lyset 6 af objektbølgen, der reflekteres fra det registrerede objekt, falder på pladen 7 fra samme side som referencebølgen 5 [35] . Som et resultat dannes et fast interferensmønster af lyset, der reflekteres fra objektet med referencebølgen, på overfladen af ​​den fotografiske emulsion [36] .

Efter fremkaldelse dannes mikroskopiske striber på den fotografiske plade, svarende til interferensmønsterets antinoder . For det blotte øje under normal belysning ligner det resulterende hologram en ensartet belyst fotografisk plade. Afkodningen af ​​optagelsen sker, når den belyses af en laser med samme bølgelængde, som blev brugt på optagelsestidspunktet. Som et resultat af diffraktion på hologrammets små detaljer afbøjes lyset og danner to billeder fra forskellige sider af den fotografiske plade [37] . Fra siden af ​​lyskilden dannes et virtuelt billede af de fangede objekter, som er autostereoskopisk og flervinklet. På den modsatte side dannes et rigtigt billede , som kan observeres på skærmen eller optages med en flad lysdetektor, som ved almindelig fotografering [38] [2] . På denne måde kan der kun opnås et monokromt billede af samme farve som strålingen fra den brugte laser. Brugen af ​​tre lasere med forskellige bølgelængder til optagelse under afkodning giver et billede af lav kvalitet på grund af dannelsen af ​​flere falske billeder overlejret på det primære [39] .

Denisyuks skriveskema

I 1962 foreslog den sovjetiske fysiker Yuri Denisyuk en holografisk teknologi, der kombinerer Gabor -princippet med Lippmanns farvefotograferingsmetode [35] . Til dette skulle man bruge specielle tyktlags fotografiske emulsioner [40] . Med denne teknologi bliver laserstrålen 1 spredt af linsen 4 og rettet mod den fotografiske plade 7 . En del af strålen 6 , der passerer gennem den, belyser objektet. Lys reflekteret fra et objekt danner en objektbølge. Som det kan ses på figuren, falder referencen 5 og objektbølgerne ind på pladen fra forskellige retninger. Den største fordel ved metoden er muligheden for at optage farvehologrammer ved hjælp af tre monokromatiske lasere af primærfarver , hvis stråler kombineres til en fælles, før de kommer ind i kollimatoren . I modsætning til Leith-Upatnieks-metoden dannes der ikke falske billeder i dette tilfælde [39] .

Gennem brug af højopløselige tykke fotografiske emulsioner optages og gengives farveinformation på samme måde som i Lippmann-fotografering. De mikroskopiske strukturer, der dannes af det udviklede sølv, reflekterer på grund af interferens frit de bølgelængder af hvidt lys, der svarer til objektets farve, og slukker alle de andre [41] . Derfor kræver gengivelsen af ​​Denisyuks hologrammer ikke en laser, og et tredimensionelt farvebillede er synligt i normalt dagslys, næsten som på et normalt fotografi [15] . Metoden er forholdsvis enkel og bruges mest i billedholografi.

Registreringsmiljøer

De mest udbredte som optagemedie i holografi er gelatine -sølv fotografiske materialer , som er kendetegnet ved god vedholdenhed og alsidighed [42] . Holografi er ekstremt krævende for opløsning, da afstanden mellem de to maksima af interferensmønsteret er af samme størrelsesorden som lysets bølgelængde. For den helium-neon-laser, der oftest bruges i holografi, er den 632,8 nanometer . For den anden harmoniske af en neodymlaser er den samme værdi 532 nanometer, og for en argonlaser 514 eller 488 nanometer generelt, svarende til 5 ti tusindedele af en millimeter . For at opnå et klart billede af interferensmønsteret kræver Denisyuks reflekterende hologrammer optagemedier med en opløsning på op til 5000 linjer pr. millimeter [43] . Transmissionshologgrammer giver mindre klarhed [44] .

Optagemedier er opdelt i flade (todimensionelle) og volumetriske (tredimensionelle eller tykke). Til klassificering bruges en parameter, som nogle gange kaldes Klein- kriteriet i litteraturen :

,

hvor  er bølgelængden,  er lagtykkelsen,  er lagets gennemsnitlige brydningsindeks ,  er afstanden mellem interferensplanerne. Volumetriske (tykke) hologrammer er dem, hvor . Omvendt betragtes et hologram som tyndt (fladt), når .

Fotografiske materialer i halogensølv

Det vigtigste fotografiske materiale til optagelse af hologrammer er specielle fotografiske plader baseret på traditionelt sølvbromid . På grund af specielle tilsætningsstoffer og en særlig udviklingsmekanisme var det muligt at opnå en opløsning på mere end 5000 linjer pr. millimeter, men det kommer på bekostning af en ekstremt lav følsomhed af pladen og et snævert spektralområde (nøjagtigt tilpasset til laseren) stråling). Pladernes følsomhed er så lav, at de kan udsættes for direkte sollys i et par sekunder uden risiko for blus.

Derudover bruges fotografiske plader baseret på bikromatiseret gelatine nogle gange , som har endnu højere opløsning, som tillader optagelse af meget lyse hologrammer (op til 90 % af det indfaldende lys konverteres til et billede), men de er endnu mindre følsomme, og de er kun følsom i kortbølgeområdet (blå og i mindre grad de grønne dele af spektret ).

I Rusland udføres storstilet industriel (bortset fra et vist antal små) produktion af fotografiske plader til holografi af det russiske Slavich Company.

Nogle optagelsesskemaer giver dig mulighed for at skrive på plader med en lavere opløsning, selv på almindelige fotografiske film med en opløsning på omkring 100 linjer pr. millimeter, men disse skemaer har mange begrænsninger og giver ikke høj billedkvalitet.

Fotokromatiske krystaller

Sammen med fotografiske finkornede sølvhalogenider anvendes såkaldte fotokrome medier , som ændrer absorptionsspektret under påvirkning af optagelse af lys.

Kaliumchlorid

Alkaliske halogenidkrystaller er blandt de mest effektive blandt fotokrome krystaller, hvoraf de bedste resultater blev opnået på additivt farvede kaliumchloridkrystaller ( ). Hologrammer optaget på sådanne krystaller opnår 40% relativ diffraktionseffektivitet, mens 60% er teoretisk muligt i dette medium. Samtidig er hologrammerne i dette materiale meget tykke (op til flere millimeter tykke og kan i princippet nå nogle få centimeter). Holografisk optagelse i additivt farvede krystaller er baseret på fototermisk FX-transformation af farvecentre , det vil sige den faktiske sammensmeltning af ledige enkeltanioner til større klyngeformationer, som er titusinder af nanometer i størrelse . I dette tilfælde er den holografiske optagelse i sådanne krystaller reversibel (reversibel) og meget stabil i tid [45] .

Holografisk optagelse er også mulig ved at dope krystallerne med en passende urenhed. Det er muligt til dette formål at bruge effekten af ​​den kompenserende indflydelse, der er indført i AO[ klargør ] kationiske (ioner ) og anioniske (ioner ) urenheder på processen med fototermisk omdannelse af F-centre. Det er vist, at blegning i dette tilfælde ved maksimum af F-center-absorptionsbåndet når 90% og ikke ledsages af dannelsen af ​​centre, der forårsager absorption i det synlige område af spektret. En mekanisme for en sådan effekt er blevet udviklet, baseret på fotokemiske reaktioner, hvis slutprodukter absorberes i UV-området. Det er underbygget, at nøglerollen i det undersøgte fænomen spilles af divacances og komplekser  - kation-vacancen. Baseret på de opnåede resultater er der udviklet et nyt fotokromt system til dannelse af hologrammer, baseret på effekten af ​​at kompensere påvirkningen af ​​kationiske og anioniske urenheder [46] .

Ferroelektriske krystaller

I holografisk optagelse bruges ferroelektriske krystaller også i vid udstrækning som et optagemedie . Grundlæggende er det lithiumniobat - . Fænomenet med at ændre brydningsindekset under påvirkning af lys er forårsaget af den elektro-optiske effekt. Ved optagelse af hologrammer har ferroelektriske krystaller de samme fordele som fotokrome materialer. Efter mange skrive-sletningscyklusser observeres der desuden ingen træthedseffekt. Da de resulterende hologrammer er fasehologrammer, kan deres diffraktionseffektivitet være en størrelsesorden højere end hologrammer baseret på fotokrome materialer.

Disse krystaller har imidlertid de ulemper, der er forbundet med fotokrome materialer. Hovedproblemet i dette tilfælde er hologrammets ustabilitet, som ikke er fikset i modsætning til konventionelle fotolag. En anden vanskelighed ligger i den lave værdi af den holografiske følsomhed [47] .

Holografiske fotopolymermaterialer

I de senere år er optagemedier baseret på holografiske fotopolymermaterialer, som er en multikomponent blanding af organiske stoffer aflejret i form af en amorf film 10-150 μm tyk på et glas- eller filmsubstrat, blevet intensivt udviklet. Fotopolymerfilm er billigere end lithiumniobatkrystaller, mindre omfangsrige og har en iboende større ændring i brydningsindeks, hvilket resulterer i højere diffraktionseffektivitet og højere hologramlysstyrke. På den anden side er lithiumniobat på grund af sin tykkelse i stand til at lagre større mængder information end fotopolymerfilm, hvis tykkelse er begrænset.

Da fotopolymerer ikke har en granulær struktur, er opløsningen af ​​et sådant materiale tilstrækkelig til ultratæt informationsoptagelse. Følsomheden af ​​en fotopolymer er sammenlignelig med den af ​​fotokrome krystaller. De optagne hologrammer er fasehologrammer, hvilket gør det muligt at opnå høj diffraktionseffektivitet. Sådanne materialer gør det muligt at lagre information i lang tid, er modstandsdygtige over for temperatur og har også forbedrede optiske egenskaber [48] .

Akustisk holografi

Holografi er ikke kun anvendelig til registrering af elektromagnetisk stråling , men også til lydbølger . Det er sværere at fikse billedet af akustisk interferens end optisk interferens, men der kendes adskillige teknologier, herunder fotografering af væskeoverfladen med en synlig bølgerelief [49] . Akustisk holografi er næsten ikke begrænset af rumlig sammenhæng, og giver dig mulighed for at få billeder af udvidede objekter. Derudover er ultralydsvibrationer i stand til at trænge igennem optisk uigennemsigtige medier, hvilket gør det muligt at opnå tredimensionelle mønstre af tæthed og stoffordeling. Akustiske holografimetoder er anvendelige i ikke-destruktiv fejldetektion, geofysik, arkæologi og i mange andre områder af videnskab og teknologi [49] .

Praktiske anvendelser af holografi

Som en måde at optage et billede på, kunne optisk holografi ikke for alvor konkurrere med konventionel fotografi og biograf , inklusive deres 3D-versioner. Teknologien har fundet anvendelse på andre områder og er blevet en integreret del af moderne videnskab og teknologi.

Kunst

Klassisk holografi tillader ikke optagelse af billedet af landskaber og udvidede scener på grund af den rumlige begrænsning af sammenhæng. Optagelse uden for laboratorieopsætningen med laserbelysning er heller ikke mulig. Imidlertid er teknologi tilgængelig til at skabe holografiske portrætter og motivfotografering , for eksempel i stillebengenren . Multiplex-hologrammet, som er velegnet til at opnå autostereogrammer af alle objekter , har bredere muligheder .

Troværdigheden af ​​det holografiske billede har tiltrukket nutidige kunstnere siden de tidlige år af dets eksistens, og tvunget dem til at trænge ind i laboratorierne for at optage tredimensionelle malerier med krog eller skurk. Ofte blev arbejdet udført i samarbejde med videnskabsmænd, og nogle repræsentanter for kunsten mestrede selv den videnskabelige teori om holografi. En af de første kunstnere, der skabte volumetriske malerier ved hjælp af den nyeste teknologi, var Salvador Dali . Den mest berømte udstilling af hologrammer, afholdt i 1972 i New York , var den anden efter hans udstilling i 1968 på Michigan Chanbrook Academy [50] . I Storbritannien blev holografiteknikken brugt af kunstneren Margaret Benyon, som havde en soloudstilling med hologrammer på Nottingham University Gallery i 1969. Et år senere åbnede hendes udstilling i Londons Lisson Gallery, omtalt som "Londons første udstilling af hologrammer og stereofotografier" [51] .

Et reelt gennembrud for populariseringen af ​​holografi var skabelsen af ​​en forenklet teknologi af opfinderen af ​​multiplex-hologrammet, Lloyd Cross, og den canadiske billedhugger Gerry Petik, som gjorde det muligt at optage hologrammer uden dyrt laboratorieudstyr. I stedet for et multi-ton granitbord brugte de en kasse med sand, hvor polymerrør med faste optiske elementer af installationen sidder fast [11] . Derefter begyndte holografiske kunststudier at dukke op i forskellige lande, blandt hvilke "School of Holography" blev åbnet, etableret af Lloyd Cross i San Francisco . Verdens første museum for holografi dukkede op i New York. Ingen af ​​disse organisationer har overlevet den dag i dag, deres plads blev overtaget af Center for Holographic Arts i New York og Holocenter i Seoul , hvor kunstnere får mulighed for at skabe værker ved hjælp af holografi.

Datalagring

Med udviklingen af ​​teknologien viste det sig, at ud over at optage et billede er holografi egnet til at gemme alle data. Det første IBM 1360-system med dette formål, baseret på holografisk optagelse på fotografisk film , blev udgivet allerede i 1966 . Men den lave dataadgangshastighed tillod den ikke at konkurrere med andre digitale hukommelsesteknologier. Senere var Unicon, Holoscan og Megafetch holografiske hukommelsessystemer meget mere avancerede og gav højhastighedsadgang ved store mængder [52] . Ved hjælp af holografi er en meget høj tæthed af informationsregistrering i krystaller eller fotopolymerer mulig, da optagelsen ikke sker på overfladen, men i hele volumen. Eksisterende lagringsteknologier såsom Blu-ray-diske gemmer data på overfladen og begrænser optagetætheden til diffraktionsgrænsen for det anvendte lys. Sammenlignet med dem betragtes holografisk hukommelse som den mest lovende teknologi, der giver dig mulighed for at optage og hente information ikke i individuelle bits , men i blokke eller sider [53] . En af disse udviklinger, implementeret i 2005 af Optware og Maxell under navnet Holographic Versatile Disc , giver dig mulighed for at optage 3,9 terabyte information på en disk med en diameter på 12 centimeter . Teknologien kom dog aldrig ind på massemarkedet, og det samme gjorde en lignende udvikling af InPhase Technologies, som et år senere annoncerede skabelsen af ​​en holografisk disk med en kapacitet på 500 gigabyte [54] .

Holografisk interferometri

Holografi har fundet bredere anvendelse inden for nogle områder af videnskab og teknologi til nøjagtig registrering og ikke-destruktiv kontrol af produktionen [18] . Holografisk interferometri gør det muligt at synliggøre processer og defekter, der er usynlige for øjet og ikke kan detekteres på andre måder. For eksempel afslører holografiske metoder mikroskopiske afvigelser af overflader, herunder vibrerende, samt inhomogenitet af gas og flydende medier [55] . I dette tilfælde registreres overfladeafvigelser, som i størrelsesorden er sammenlignelige med bølgelængden af ​​den anvendte stråling. Alle disse teknologier er meget udbredt i fejldetektion og teknisk forskning.

Dokumentsikkerhed

Bentons "regnbue"-hologrammer er meget brugt til at mærke varer og autentificere dokumenter. Hologrammer kan findes på moderne pengesedler af forskellige valutaer: brasilianske rial, britiske pund, sydkoreanske won, japanske yens, indiske rupees, canadiske dollars, danske kroner og euro. Standardbeskyttelsesgraden i form af et hologram findes også på bankkort . MasterCard Corporation var den første til at bruge denne grad af sikkerhed , og tilføjede et hologram til sine kreditkort i 1983. Sådanne hologrammer med mikro- og nanotekster og komplekse billeder, når de først er fastgjort på kortet, er næsten umulige at fjerne. Teknologien til at printe sådanne hologrammer, udviklet i 1974 af Michael Foster, gør det muligt at kopiere dem i ubegrænsede mængder [11] . Processens teknologiske kompleksitet er dog stadig en næsten uoverstigelig barriere for forfalskning.

Mikroskopi

En af de vigtige egenskaber ved holografi er at ændre størrelsen af ​​billedet, når hologrammet belyses af en laser med en bølgelængde, der er forskellig fra referencen. Når et hologram afkodes af lys med en bølgelængde, der overstiger referencestrålingens bølgelængde under optagelse, ser billedet af objekter forstørret ud i forhold til størrelsen af ​​det originale objekt [56] . Koefficienten for en sådan stigning er lig med forholdet mellem bølgelængderne af gendannelses- og optagelseslyset. For eksempel, i tilfælde af at optage et hologram med en ultraviolet laser med en bølgelængde på 310 nanometer og derefter læse det med en synlig lyslaser, for eksempel rød med en bølgelængde på 635 nanometer, ser observatøren et fordoblet billede af det opfangede genstande. Denne effekt bruges dog sjældent i mikroskopi, herunder på grund af de uundgåelige holografiske aberrationer, der opstår, når bølgelængderne af reference- og gendannelsesstrålerne er forskellige [57] .

Holografiens muligheder gør det muligt at overvinde mikroskopers hovedbegrænsning , som er pålagt af opløsningens afhængighed af blænde . Derudover kan holografiske metoder øge dybden af ​​det skarpt afbildede rum betydeligt . For at gøre dette, ved hjælp af et konventionelt mikroskop, undersøges ikke selve objektet, men dets faktiske billede, dannet af et hologram optaget fra objektet [58] . Holografiske teknologier har muliggjort imponerende fremskridt inden for elektronmikroskopi. Metoder til at opnå tredimensionelle billeder af subatomære strukturer er blevet udviklet.

Kunstige hologrammer

Moderne computere gør det muligt at generere hologrammer af ikke-eksisterende objekter. For at gøre dette, baseret på dataene om formen og karakteristika for det ønskede objekt, beregnes objektbølgen, der er skabt af den. Objektbølgens data summeres med referencebølgens data, hvilket giver et interferensmønster med dens efterfølgende visualisering ved hjælp af et fotooutput [59] . Hologrammer af virtuelle objekter er anvendelige i videnskab og teknologi: for eksempel kan computergenererede hologrammer af optiske elementer bruges i rigtige optiske systemer til at korrigere komplekse aberrationer . Muligheden for at skabe en vilkårlig form af holografiske optiske overflader gør det muligt at opnå højkvalitetsoptik [7] .

Se også

Noter

Kommentarer
  1. ↑ I praksis reflekteres noget af lyset og skaber et ægte billede fra den modsatte side af den fotografiske plade [13]
  2. ↑ Kildens placering og lysretningen fra den skal så tæt som muligt matche de samme parametre, der bruges til optagelsen af ​​referencebølgen [15]
  3. ↑ På trods af at den fremkaldte fotografiske plade indeholder et negativt billede af interferensmønsteret, ser billedet af objekter dannet af det altid positivt ud [28]
Kilder
  1. ↑ 1 2 3 Photokinotechnics, 1981 , s. 66.
  2. ↑ 1 2 Science and Life, 1965 , s. 27.
  3. ↑ Volumetrisk fotografiteknik, 1978 , s. 80.
  4. ↑ 1 2 Science and Life, 1965 , s. 22.
  5. ↑ Holography, 1972 , s. 72.
  6. ↑ Volumetrisk fotografiteknik, 1978 , s. 97.
  7. ↑ 1 2 Optisk holografi, bind 2, 1982 , s. 645.
  8. ↑ Korolenko P.V. Metoder til computeroptik . Laboratory of Coherent Optics, Det Fysiske Fakultet, Moscow State University (1997). Hentet 18. august 2019. Arkiveret fra originalen 1. december 2019.
  9. ↑ Optisk holografi, bind 1, 1982 , s. 13.
  10. ↑ 1 2 Billedholografi og holografisk kinematografi, 1987 , s. 5.
  11. ↑ 1 2 3 4 Holografiens historie og udvikling  . Holophile, Inc. Hentet 20. august 2019. Arkiveret fra originalen 9. februar 2011.
  12. ↑ Leith EN og Upatnieks J. Bølgefrontrekonstruktion med diffus belysning og tredimensionelle objekter // J. Opt. soc. Am.—1964.—V. 54.—P.1295.
  13. ↑ 1 2 3 Sovjetisk foto, 1966 , s. 42.
  14. ↑ 1 2 Optisk holografi, bind 1, 1982 , s. 21.
  15. ↑ 1 2 Optisk holografi, bind 1, 1982 , s. 196.
  16. ↑ 1 2 Billedholografi og holografisk kinematografi, 1987 , s. 6.
  17. ↑ 1 2 Optisk holografi, bind 1, 1982 , s. 23.
  18. ↑ 1 2 Svar på ofte stillede spørgsmål . Virtuelt galleri "Holography". Hentet 13. august 2019. Arkiveret fra originalen 16. juli 2019.
  19. ↑ Typer af hologrammer . "Sikkerhedshologrammer". Hentet 11. august 2019. Arkiveret fra originalen 25. juni 2017.
  20. ↑ Holografiske teknologier . NIKFI . Hentet 20. august 2019. Arkiveret fra originalen 16. juni 2019.
  21. ↑ Optisk holografi, bind 2, 1982 , s. 492.
  22. ↑ Photokinotechnics, 1981 , s. 235.
  23. ↑ Volumetrisk fotografiteknik, 1978 , s. 36.
  24. ↑ Stereoskopi i film, foto, videoteknologi, 2003 , s. 45.
  25. ↑ Science and Life, 1965 , s. 23.
  26. ↑ Science and Life, 1965 , s. 25.
  27. ↑ Holography, 1972 , s. 56.
  28. ↑ Optisk holografi, bind 1, 1982 , s. 19.
  29. ↑ Holography, 1972 , s. 87.
  30. ↑ Holography, 1972 , s. 68.
  31. ↑ Volumetrisk fotografiteknik, 1978 , s. 89.
  32. ↑ Optisk holografi, bind 1, 1982 , s. 150.
  33. ↑ Holography, 1972 , s. 57.
  34. ↑ Leith E., Upatnieks Y. FOTOGRAFERING MED HJÆLP AF EN LASER // Uspekhi Fizicheskikh Nauk.-1965.-Vol. 11.-S.521-538 . Hentet 7. maj 2007. Arkiveret fra originalen 27. september 2007.
  35. ↑ 1 2 Volume photography technique, 1978 , s. 75.
  36. ↑ Om holografi  . Holophile, Inc. Hentet 20. august 2019. Arkiveret fra originalen 5. november 2019.
  37. ↑ Holography, 1972 , s. 66.
  38. ↑ Volumetrisk fotografiteknik, 1978 , s. 72.
  39. ↑ 1 2 Volume photography technique, 1978 , s. 84.
  40. ↑ Yu. nr. 6. . Hentet 7. maj 2007. Arkiveret fra originalen 27. september 2007.
  41. ↑ Optisk holografi, bind 1, 1982 , s. 219.
  42. ↑ Optisk holografi, bind 1, 1982 , s. 96.
  43. ↑ Volumetrisk fotografiteknik, 1978 , s. 90.
  44. ↑ Billedholografi og holografisk kinematografi, 1987 , s. fjorten.
  45. ↑ D. A. Vladimirov et al. Optimering af optagelse af hologrammer på additivt farvede KCl-krystaller // Optik og spektroskopi.-2005.-T.99, nr. 1.-S.147-150.  (utilgængeligt link)
  46. ↑ Vladimirov DA, Mandel' VE, Popov A. Yu., Tyurin AV Fototermisk konvertering af F-centre i additivt farvede kaliumchloridkrystaller med kationiske og anioniske urenheder  // Ukrainian Journal of Physical Optics : journal. - Lviv, 2004. - Vol . 5 , nr. 4 . - S. 131-135 .
  47. ↑ R. Collier, C. Burkhard, L. Lin "Optical holography" Ed. "Mir", Moskva, 1973, 450 s.
  48. ↑ TJ Trout, JJ Schmieg, WJ Gambogi, AM Weber "Optical photopolymers: design and applications" //Adv. Mater., 1998, v.10, nr. 15, s. 1219-1224.
  49. ↑ 1 2 Holography, 1972 , s. 105.
  50. ↑ Alexander Akilov. Salvador Dali og holografi . "FotoKto" (16. marts 2015). Hentet 18. august 2019. Arkiveret fra originalen 18. august 2019.
  51. ↑ Margaret Benyon : Hologrammer og stereoskopiske malerier  . Lisson Gallery (2. februar 1970). Hentet 20. august 2019. Arkiveret fra originalen 20. august 2019.
  52. ↑ Optisk holografi, bind 2, 1982 , s. 445.
  53. ↑ Maxim Len. To retninger til at skabe fremtidens hukommelse . iXBT.com (19. januar 2001). Hentet 23. august 2019. Arkiveret fra originalen 23. august 2019.
  54. ↑ Holografisk disk når 500 GB kapacitet (utilgængeligt link) . iXBT.com (27. marts 2006). Hentet 23. august 2019. Arkiveret fra originalen 19. oktober 2017. 
  55. ↑ Holography, 1972 , s. 93,97.
  56. ↑ Holography, 1972 , s. 104.
  57. ↑ Optisk holografi, bind 2, 1982 , s. 621.
  58. ↑ Optisk holografi, bind 2, 1982 , s. 623.
  59. ↑ Optisk holografi, bind 1, 1982 , s. 141.

Litteratur

  • V. I. Vlasenko. Kapitel IV. Fin holografi // Teknik til volumetrisk fotografering / A. B. Doletskaya. - M . : "Kunst", 1978. - S. 67-95. - 102 s. — 50.000 eksemplarer.
  • E. A. Iofis . Fotocinema teknologi . - M . : "Sovjetisk Encyklopædi", 1981. - S.  65 -67. — 449 s. — 100.000 eksemplarer.
  • G. Caulfield. Optisk holografi = Handbook of Optical Holography  (engelsk) / S. B. Gurevich. - M . : "Mir", 1982. - Vol. 1. - 376 s.
  • G. Caulfield. 10. 8. Hologram optiske elementer // Optisk holografi = Handbook of Optical Holography  (engelsk) / S. B. Gurevich. - M . : "Mir", 1982. - Vol. 2. - 736 s.
  • V. G. Komar, O. B. Serov. Fin holografi og holografisk kinematografi / O. F. Grebennikov. - M . : "Kunst", 1987. - 286 s.
  • Emmet Leith, Juris Upatniek. Fotografering med laser  // " Videnskab og liv ": tidsskrift. - 1965. - Nr. 11 . - S. 22-31 . — ISSN 0028-1263 .
  • S. N. Rozhkov, N. A. Ovsyannikova. Stereoskopi i film-, foto- og videoudstyr / V. I. Semichastnaya. - M . : "Paradise", 2003. - S. 44-45. — 136 s. - 1000 eksemplarer.  — ISBN 5-98547-003-2 .
  • M. Tveretinov. Volumetrisk fotografering. En ny "specialitet" af laseren  // " Sovjetisk foto ": magasin. - 1966. - Nr. 4 . - S. 42 . — ISSN 0371-4284 .
  • M. Francon. Holografi = Holografi  (fr.) / Yu. I. Ostrovsky. - M . : "Mir", 1972. - 246 s.

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
 stereobillede
Teknologi
Opfattelse
Anvendelse, produkter