Вполном объеме: иллюзия существования

Вполном объеме: иллюзия существования

Во второй половине 40-ых годов двадцатого века английский физик Дэнис Габор трудился над усовершенствованием электронного микроскопа. Но создал он что-то совсем иное. В частности — восстановления и оригинальный метод записи волнового фронта, что он назвал голографией, от греческих слов «холос» (целый) и «грамма» (сообщение).

За это в первой половине 70-ых годов двадцатого века Габор взял Нобелевскую премию.

Первые 15 лет способ оставался забавной экзотикой. Источники света, владеющие высокой когерентностью, фактически отсутствовали. Но в первой половине 60-ых годов двадцатого века советские физики Николай Александр и Басов американский учёный и Прохоров Чарльз Таунс создали оптический квантовый генератор — лазер (за что также взяли Нобелевскую премию).

В 1962—1964 годах физики Мичиганского университета Эммет Лейт и Юрис Упатниекс (разрабатывавшие, по большому счету говоря, радар бокового обзора), решили для интереса применить способ Габора, применяя газовый гелий-неоновый лазер.

Итог превзошел ожидания: они взяли первые четкие и объемные голограммы высокого качества. Как раз Лейт и Упатниекс заложили те базы, на которых базируется работа современных голографических студий. Но их способ имел значительный недочёт — дабы заметить такую голограмму, нужен был лазер.

Это очень сильно затрудняло использование голографии в прикладных целях.

И вот в первой половине 60-ых годов двадцатого века коммунистический ученый Юрий Денисюк решил опробовать в голографии способ, использованный лауреатом Нобелевской премии 1908 года Габриэлем Липпманом для цветной фотографии. Результатом стал способ записи голограмм на толстослойной фотоэмульсии. Они владели возможностью восстанавливать трехмерное изображение не посредством лазера, а в простом белом свете — другими словами объемную картину возможно было заметить в лучах несложной лампы накаливания!

Сейчас голография активно используется в научных изучениях и в производственных процессах. Голограммы незаменимы при изготовлении отличных репродукций музейных экспонатов, скульптур, активно применяются в сувенирной продукции и в качестве украшений. Перспективное направление — изготовление пленочных голограмм как средства для защиты промышленных документов и изделий от подделок.

Правила голографии

Голография основана на двух дифракции и — физических явлениях интерференции. Интерференцию легко иллюстрировать расходящимися по воде кругами. В то время, когда круговые волны от двух точечных источников (кинутых в воду камней) видятся, образуется сложная интерференционная картина.

Зная форму данной картины и положение одного из источников, возможно выяснить положение второго. То же происходит при освещении объекта лазерным светом при записи голограммы. Объект возможно представить как совокупность солидного числа точечных источников, каковые, рассеивая свет, создают в пространстве сложную световую интерференционную картину. Она несет данные об объекте, и как раз ее записывают на фотопластинку.

Но чтобы по данной сложной интерференционной картине возможно было вернуть изображение объекта, фотопластинку дополнительно освещают направленным световым пучком от того же лазера. Данный пучок именуется опорным. Фотопластинка регистрирует сложнейшую картину интерференции между светом, отраженным от объекта, и опорным пучком. По окончании проявления фотопластинки мы приобретаем голограмму.

Период интерференционных полос на голограмме сравним с длиной волны лазерного излучения (около 0,6 мкм), исходя из этого интерференционную картину на голограмме возможно заметить лишь в микроскоп.

В хорошей оптике считается, что свет распространяется прямолинейно. Но в конечном итоге это не верно. В случае если на пути строго параллельного светового пучка поставить светонепроницаемый экран с мелким отверстием, за отверстием свет уже не будет распространяться параллельно, а будет расходиться в виде узкого конуса. Чем меньше размер отверстия, тем больше угол расходимости.

Явление отклонения направления пучка света на отверстиях малых размеров от собственного начального направления именуется дифракцией. Дифракция света происходит не только на отверстиях, но и на полупрозрачных либо фазовых транспарантах с произвольной структурой. К примеру, на дифракционных решетках — транспарантах в виде строго параллельных прозрачных полос, чередующихся с непрозрачными.

Дифракционная решетка падающий пучок на определенные углы, зависящие от периода волны полосок и длины света — чем полосы уже, тем больше угол дифракции. Голограмму также можно считать дифракционной решеткой, но с весьма небольшой и нерегулярной структурой, средний период полос которой сравним с длиной волны лазера (а также меньше).

В случае если осветить голограмму восстанавливающим лазерным пучком под углом, равным углу падения опорного пучка при записи голограммы, в следствии дифракции на голограмме он преобразуется в восстановленный пучок, подобный пучку, идущему от объекта на протяжении записи голограммы. В следствии мы возьмём правильное, объемное изображение объекта.

Типографским методом

броские, переливающиеся всеми цветами радуги наклейки на упаковке товаров и на банковских картах — это тисненые радужные голограммы, каковые употребляются для защиты документов от подделок. Эти голограммы записываются не на фотопластинках, а на поверхности лавсановой пленки и не методом экспонирования фотоматериала, а несложным тиснением поверхностного голографического рельефа (подобно штамповке компакт-дисков).

Процесс изготовления радужной голограммы весьма сложен. Сперва делают так именуемую мастер-голограмму, подобную радужной. Посредством светло синий лазера ее записывают на узком слое фоторезиста.

Из-за чего синим лазером? По причине того, что фоторезист чувствителен лишь к ультрафиолету и синему свету. В местах, где интерференционные полосы яркие, фоторезист дубится и твердеет. По окончании экспонирования фоторезист погружают в ванну с растворителем (бензин).

Незадубленные места растворяются, получается поверхностный рельеф, повторяющий исходную голографическую интерференционную картину.

После этого с взятой мастер-голограммы делают матрицу. Применяя гальванический процесс, на слой фоторезиста осаждают никель и приобретают прочную копию. Никелевую матрицу закрепляют на железном валике и прокатывают по ней лавсановую пленку, на которую переносится поверхностный голографический рельеф. На нем белый свет дифрагирует, и изображение восстанавливается — в виде цветной радуги.

Для увеличения яркости тисненых голограмм их покрывают узким слоем алюминия и приобретают броские рельефно-фазовые тисненые голограммы.

Блеск металла

В большинстве случаев, регистрирующей средой для голограмм помогают фотопластинки. В светочувствительном узком желатиновом слое распределены микрокристаллы бромистого серебра. При попадании на них света в них образуются «зародыши» серебряных зерен, видимые по окончании проявления как тёмные точки (неэкспонированные микрокристаллы бромистого серебра удаляются из эмульсионного слоя в растворе фиксажа).

В бихромированной желатине (БХЖ) нет бромистого серебра. На стадии изготовления в нее вводится определенное количество бихромата аммония (из этого и случилось наименование желатины). При попадании лазерного света на таковой слой в местах большой интенсивности интерференционной картины происходит сшивка молекул желатины ионами хрома, входящими в бихромат аммония, желатина в этих местах задубливается и изменяет показатель преломления.

По окончании экспонирования записанную голограмму погружают в воду, вымывают остатки бихромата аммония и сушат в изопропиловом спирте. В следствии получается очень броская фазовая голограмма, прозрачная как стекло. Теоретически дифракционная эффективность (ДЭ) голограммы на БХЖ может быть около 100%. Реально полученный итог — 99%!

Голограммы на бихромированной желатине используются для изготовления отличных голографических дифракционных решеток и голографических оптических элементов. БХЖ применяют кроме этого для того чтобы изготовить сувениры и украшения — голографических кулонов либо медалей.

На просвет

Пропускающие голограммы (Лейта-Упатниекса)

В случае если применять импульсный лазер, возможно записывать на голограмму, к примеру, портреты людей. По окончании фотохимической обработки фотопластинки получается пропускающая голограмма. Пропускающая голограмма есть как бы окном, через которое видно объемное изображение объекта. Таким методом возможно записать объекты, размер которых больше размера фотопластинки.

Ограничение тут не в размере — дело в том, что мощности лазера (и степени когерентности его излучения) должно хватать для освещения объекта. К примеру, возможно записать фрагмент громадной помещения, а вдруг применять импульсный лазер, — то и сидящих в данной комнате людей. Благодаря применению лазера для восстановления голограммы резкость изображения будет очень высокой по всему количеству изображения.

Потому, что это изображение видно за голограммой, оно именуется мнимым.

Все цвета радуги

Радужные голограммы

Применение лазера для восстановления пропускающих голограмм очень некомфортно для прикладных направлений голографии, к примеру при показе голограмм на выставках либо дома. Исходя из этого американский ученый Стив Бэнтон создал в исследовательской лаборатории компании Polaroid во второй половине 70-ых годов двадцатого века уникальный способ записи пропускающих голограмм с возможностью их наблюдения в белом свете. Но все равно, дабы возможно было вернуть изображение в белом свете без утраты параллакса в любом направлении, требуется его копирование на отражающую голограмму.

Верные отражения

Отражающие голограммы Денисюка

Принципиальный момент при записи отражающих голограмм пребывает в том, что употребляются не два лазерных пучка, а один, что освещает объект и расположенную перед ним фотопластинку. Записывающие пучки падают на пластинку с различных сторон, исходя из этого она должна быть прозрачной для излучения лазера и иметь весьма громадную разрешающую свойство: период интерференционной картины образовывает около половины длины волны (0,3 мкм).

Помимо этого, требуется фотопластинки и полная неподвижность объекта на протяжении экспонирования. Исходя из этого живые объекты и мягкие предметы в схеме с лазером постоянного действия записать запрещено.

Экспонированную пластинку проявляют, в следствии получается отражающая голограмма, видимая в простом белом свете. Свойства отражающей голограммы таковы, что она сама вырезает из всего спектра белого света нужную длину волны, другими словами есть узкополосным спектральным фильтром. Голограммы возможно записывать не только на фотопластинки, но и на особую голографическую фотопленку и делать голографические открытки.

На отражающую голограмму также возможно записать громадные предметы, но в отличие от пропускающих голограмм, каковые восстанавливаются лазерным излучением, резкость изображения, восстановленного отражающей голограммой, будет заметно падать для удаленных от плоскости голограммы областей изображения. Уровень качества изображения возможно улучшить, снизив размер восстанавливающего источника — к примеру, применив театральный прожектор с дуговой лампой.

Голография за четверть часа

До недавнего времени данный процесс ассоциировался со сложным и дорогим оборудованием. на данный момент чтобы получить голограмму дома достаточно приобрести комплект за $50.

Массовое производство недорогих лазерных указок сделало голографию не сложнее, чем любительская фотография. Мелкие полупроводниковые лазеры мощностью 2−5 мВт, входящие в лазерные указки, подходят для записи отражающих голограмм (по схеме Денисюка) размером до 6х6 см. Действительно, из указки нужно удалить линзу, дабы перевоплотить пучок в расходящийся, и сделать твёрдое основание для пластинки и крепления лазера.

А возможно приобрести готовый комплект (именно он обрисован тут) в сети.

Статья размещена в издании «Популярная механика» (№42, апрель 2006).

Хронологическая иллюзия


Темы которые будут Вам интересны:

Читайте также: