Holographie ist ... Konzept, Prinzip der Aktion, Anwendung

Holografisches Bild findet heute allegrößere Nutzung. Manche glauben sogar, dass es die bekannten Kommunikationsmittel ersetzen kann. So oder so, aber schon jetzt wird es aktiv in den unterschiedlichsten Branchen eingesetzt. Zum Beispiel kennen wir alle holografische Aufkleber. Viele Hersteller verwenden sie als Mittel zum Schutz vor Fälschung. Das Foto unten zeigt einige holographische Aufkleber. Ihre Verwendung ist eine sehr effektive Möglichkeit, Waren oder Dokumente vor Fälschung zu schützen.

Geschichte des Studiums der Holographie

Das 3D-Bild, das als Ergebnis vonRefraktion der Strahlen, begann relativ neu zu studieren. Wir können jedoch bereits über die Existenz einer Geschichte seines Studiums sprechen. Dennis Gabor, ein englischer Wissenschaftler, bestimmte 1948 zum ersten Mal, was Holographie ist. Diese Entdeckung war sehr wichtig, aber ihre große Bedeutung zu dieser Zeit war noch nicht offensichtlich. Die Forscher, die in den 1950er Jahren arbeiteten, litten unter dem Fehlen einer Lichtquelle mit Kohärenz, eine sehr wichtige Eigenschaft für die Entwicklung der Holographie. Der erste Laser wurde 1960 hergestellt. Mit dieser Vorrichtung ist es möglich, Licht mit ausreichender Kohärenz zu erhalten. Juris Upatnieks und Immet Leith, US-Wissenschaftler, verwendeten es, um die ersten Hologramme zu erstellen. Mit ihrer Hilfe wurden dreidimensionale Bilder von Objekten erhalten.

In den folgenden Jahren wurde die Forschung fortgesetzt. Hunderte von wissenschaftlichen Artikeln, in denen das Konzept der Holographie untersucht wurde, wurden seitdem veröffentlicht, und viele Bücher, die dieser Methode gewidmet sind, wurden veröffentlicht. Diese Arbeiten richten sich jedoch an Fachleute und nicht an den allgemeinen Leser. In diesem Artikel werden wir versuchen, über alles zu sprechen, was in der Sprache verfügbar ist.

Was ist Holographie?

Wir können folgende Definition vorschlagen: Holographie ist eine volumetrische Fotografie, die mittels eines Lasers erhalten wird. Diese Definition ist jedoch nicht vollständig zufriedenstellend, da es viele andere Arten von dreidimensionaler Fotografie gibt. Nichtsdestoweniger spiegelt es das bedeutendste wider: Die Holographie ist eine technische Methode, mit der man das Aussehen eines Objekts "aufzeichnen" kann; mit seiner Hilfe erscheint ein dreidimensionales Bild, das wie ein reales Objekt aussieht; Der Einsatz von Lasern spielte bei seiner Entwicklung eine entscheidende Rolle.

Holographie und ihre Anwendung

Das Studium der Holographie ermöglicht eine Klärungviele Fragen zur normalen Fotografie. Als visuelle Kunst kann ein 3D-Bild sogar Letzteres herausfordern, weil es Ihnen ermöglicht, die umgebende Welt genauer und korrekter zu reflektieren.

Wissenschaftler unterscheiden manchmal Epochen in der GeschichteMenschlichkeit durch Kommunikationsmittel, die in diesen oder anderen Jahrhunderten bekannt waren. Sie können zum Beispiel über die Hieroglyphen, die im alten Ägypten existierten, über die Erfindung einer Druckerpresse im Jahr 1450 sprechen. In Verbindung mit dem in unserer Zeit beobachteten technischen Fortschritt haben neue Kommunikationsmittel wie Fernsehen und Telefon eine beherrschende Stellung eingenommen. Obwohl das holographische Prinzip noch in den Kinderschuhen steckt, gibt es Gründe für die Annahme, dass die darauf basierenden Geräte die bekannten Kommunikationsmittel in Zukunft ersetzen oder zumindest erweitern können.

Science Fiction und MassenliteraturDie Presse wird oft mit Holographie in einem falschen, verzerrten Licht dargestellt. Sie erzeugen oft ein Missverständnis über diese Methode. Das volumetrische Bild, das man zum ersten Mal sieht, verzaubert. Die physikalische Erklärung des Strukturprinzips ist jedoch nicht weniger beeindruckend.

Interferenzmuster

Die Fähigkeit, Objekte zu sehen, basiert auf der Tatsache, dassLichtwellen, gebrochen von ihnen oder reflektiert von ihnen, fallen in unsere Augen. Die von einem Objekt reflektierten Lichtwellen sind durch die Form der Wellenfront gekennzeichnet, die der Form dieses Objekts entspricht. Ein Bild aus dunklen und hellen Bändern (oder Linien) erzeugt zwei Gruppen von kohärenten Lichtwellen, die interferieren. So entsteht Volumen-Holographie. In diesem Fall stellen diese Bänder in jedem speziellen Fall eine Kombination dar, die nur von der Form der Wellenfronten der Wellen abhängt, die miteinander wechselwirken. Dieses Bild wird als Interferenz bezeichnet. Es kann zum Beispiel auf einer fotografischen Platte befestigt werden, wenn Sie es an einem Ort platzieren, an dem Interferenzen von Wellen beobachtet werden.

Die Vielfalt der Hologramme

Eine Methode, mit der Sie aufnehmen (registrieren) könnenreflektiert von der Objektwellenfront, dann stelle es wieder her, so dass der Beobachter zu sehen scheint, dass er das reale Objekt sieht und Holographie ist. Dies ist ein Effekt, der dadurch erklärt wird, dass das resultierende Bild im gleichen Ausmaß dreidimensional ist wie das reale Objekt.

Es gibt viele verschiedene Arten von Hologrammen, indie leicht zu verwirren sind. Um eine bestimmte Spezies eindeutig zu identifizieren, müssen Sie vier oder sogar fünf Adjektive verwenden. Von all ihren vielen werden wir nur die Hauptklassen betrachten, die die moderne Holographie verwendet. Zunächst müssen wir jedoch etwas über ein solches Wellenphänomen wie Beugung sagen. Es erlaubt uns, die Wellenfront zu konstruieren (oder besser zu rekonstruieren).

Beugung

Wenn ein Gegenstand unterwegs istLicht wirft er einen Schatten. Das Licht geht um dieses Objekt und geht teilweise in den Schattenbereich. Dieser Effekt wird Beugung genannt. Es wird durch die Wellennatur des Lichts erklärt, aber es ist streng schwierig, es streng zu erklären.

Nur in einem sehr kleinen Winkel dringt Licht einder Schattenbereich, so dass wir es fast nicht bemerken. Wenn jedoch auf seinem Weg viele kleine Hindernisse vorhanden sind, deren Abstände nur wenige Wellenlängen der Lichtwelle ausmachen, wird dieser Effekt ziemlich deutlich.

Wenn die Wellenfront auffälltein großes einzelnes Hindernis "fällt" den entsprechenden Teil davon ab, was praktisch den verbleibenden Bereich der gegebenen Wellenfront nicht beeinflusst. Wenn viele kleine Hindernisse auf seinem Weg sind, ändert es sich als Ergebnis der Beugung, so dass das Licht, das sich über das Hindernis hinaus ausbreitet, eine qualitativ unterschiedliche Wellenfront hat.

Die Transformation ist so stark, dass das Licht beginntsich sogar in eine andere Richtung ausbreiten. Es stellt sich heraus, dass die Beugung es uns ermöglicht, die ursprüngliche Wellenfront in eine völlig andere zu verwandeln. Beugung ist also der Mechanismus, durch den wir eine neue Wellenfront erhalten. Die Vorrichtung, die sie in der oben beschriebenen Weise bildet, wird Beugungsgitter genannt. Lassen Sie uns darüber ausführlicher sprechen.

Beugungsgitter

Dies ist ein kleiner Teller mit der Inschrift daraufdünne gerade parallele Striche (Linien). Sie sind um einen Hundertstel oder sogar einen Tausendstel Millimeter voneinander beabstandet. Was passiert, wenn der Laserstrahl auf seinem Weg auf ein Gitter trifft, das aus mehreren verschwommenen dunklen und hellen Bändern besteht? Sein Teil wird gerade durch den Rost gehen und sich teilweise biegen. Somit werden zwei neue Strahlen gebildet, die das Gitter in einem bestimmten Winkel zum ursprünglichen Strahl verlassen und sich auf jeder Seite davon befinden. Für den Fall, dass ein Laserstrahl beispielsweise eine ebene Wellenfront aufweist, werden auch zwei seitlich davon neu gebildete Strahlen ebene Wellenfronten aufweisen. Indem wir einen Laserstrahl durch das Beugungsgitter führen, bilden wir also zwei neue Wellenfronten (flach). Offensichtlich kann das Beugungsgitter als das einfachste Beispiel eines Hologramms betrachtet werden.

Registrierung des Hologramms

Einführung in die Grundprinzipien der Holographiesollte mit dem Studium von zwei ebenen Wellenfronten beginnen. In Wechselwirkung bilden sie ein Interferenzmuster, das auf einer photographischen Platte aufgezeichnet wird, die an der gleichen Stelle wie der Bildschirm angeordnet ist. Diese Stufe des Prozesses (zuerst) in der Holographie wird als Aufzeichnung (oder Aufzeichnung) des Hologramms bezeichnet.

Bildwiederherstellung

Wir nehmen an, dass eine der ebenen Wellen A ist, undder zweite ist B. Die Welle A wird die Referenzwelle genannt, und B ist die Subjektwelle, das heißt, reflektiert von dem Objekt, dessen Bild fixiert ist. Es kann nichts von der Referenzwelle unterscheiden. Wenn jedoch ein Hologramm eines dreidimensionalen realen Objekts erzeugt wird, wird eine viel komplexere Wellenfront des von dem Objekt reflektierten Lichts gebildet.

Das Interferenzmuster infotografischen Film (das heißt, das Bild des Gitters), - das ist das Hologramm. Es kann in dem Pfad des primären Referenzstrahls (Laserstrahl mit einer ebenen Wellenfront) platziert werden. In diesem Fall werden zwei neue Wellenfronten auf beiden Seiten gebildet. Die erste von ihnen ist eine exakte Kopie der Objektwellenfront, die in der gleichen Richtung ausbreitet wie die Welle W. Der obige Schritt das rekonstruierte Bild genannt wird.

Holographischer Prozess

Das Interferenzmuster, das von zwei erzeugt wirdebene kohärente Wellen, nachdem sie auf einer photographischen Platte aufgezeichnet wurden, ist eine Vorrichtung, die es ermöglicht, eine andere ebene Welle im Fall der Beleuchtung einer dieser Wellen zu rekonstruieren. Der holographische Prozess weist somit folgende Stufen auf: Registrierung und anschließende "Speicherung" der Wellenfront in Form eines Hologramms (Interferenzmuster) und deren Wiederherstellung nach jedem beliebigen Zeitpunkt während des Durchlaufens der Referenzwelle durch das Hologramm.

Die Subjektwellenfront ist tatsächlichkann alles sein. Zum Beispiel kann es von einem realen Objekt reflektiert werden, wenn es eine kohärente Referenzwelle ist. Das Interferenzmuster, das von zwei beliebigen Wellenfronten mit Kohärenz gebildet wird, ist das Gerät, mit dem eine dieser Fronten durch Beugung in eine andere umgewandelt werden kann. Hier ist der Schlüssel zum Phänomen wie die Holographie verborgen. Dennis Gabor entdeckte als Erster dieses Anwesen.

Beobachtung des durch das Hologramm gebildeten Bildes

In unserer Zeit beginnt das Lesen von HologrammenVerwenden Sie ein spezielles Gerät - einen holografischen Projektor. Es ermöglicht Ihnen, ein Bild von zwei zu dreidimensional zu konvertieren. Um einfache Hologramme zu sehen, ist ein holografischer Projektor jedoch überhaupt nicht erforderlich. Lassen Sie uns kurz beschreiben, wie man solche Bilder sieht.

Um das Formierteste zu beobachtenHologrammbild, Sie müssen es etwa 1 Meter vom Auge entfernt platzieren. Durch das Beugungsgitter muss man in die Richtung schauen, in der die ebenen Wellen (rekonstruiert) daraus entstehen. Da die ebenen Wellen in das Auge des Beobachters fallen, ist auch das holographische Bild flach. Es erscheint vor uns wie eine "leere Wand", die gleichmäßig von Licht mit der gleichen Farbe wie die entsprechende Laserstrahlung beleuchtet wird. Da diese "Wand" keine spezifischen Merkmale aufweist, ist es unmöglich festzustellen, wie weit sie sich befindet. Es sieht so aus, als ob Sie eine ausgedehnte Wand im Unendlichen betrachten, aber Sie sehen nur einen Teil davon, den Sie durch ein kleines "Fenster" sehen können, also ein Hologramm. Folglich ist ein Hologramm eine gleichmäßig leuchtende Oberfläche, auf der wir nichts Bemerkenswertes bemerken.

Das Beugungsgitter (Hologramm) erlaubt unsbeobachte mehrere einfache Effekte. Sie können auch mit Hologrammen eines anderen Typs demonstriert werden. Beim Durchgang durch das Beugungsgitter teilt sich der Lichtstrahl, zwei neue Strahlen werden gebildet. Mit Hilfe von Laserstrahlen ist es möglich, jedes Beugungsgitter zu beleuchten. In diesem Fall sollte sich die Strahlung von der Farbe unterscheiden, die bei der Aufzeichnung verwendet wurde. Der Biegewinkel des Farbstrahls hängt davon ab, welche Farbe er hat. Wenn es rot ist (die längste Welle), biegt sich ein solcher Strahl in einem größeren Winkel als ein blauer Strahl mit der kürzesten Wellenlänge.

Durch das Beugungsgitter kann übersprungen werdeneine Mischung aus allen Farben, also weiß. In diesem Fall ist jede Farbkomponente dieses Hologramms unter ihrem eigenen Winkel gekrümmt. Am Ausgang wird ein Spektrum ähnlich dem des Prismas erzeugt.

Platzieren der Gitterstriche

Beugungsgitter sollten sehr angefertigt werdennahe beieinander, so dass die Krümmung der Strahlen bemerkbar ist. Um beispielsweise einen roten Strahl um 20 ° einzurollen, ist es notwendig, dass der Abstand zwischen den Strichen 0,002 mm nicht überschreitet. Wenn sie näher platziert werden, beginnt der Lichtstrahl sich noch mehr zu biegen. Um dieses Gitter "aufzunehmen", benötigen Sie eine fotografische Platte, die so dünne Details aufnehmen kann. Darüber hinaus ist es notwendig, dass die Platte während der Belichtung sowie während der Registrierung vollkommen ruhig bleibt.

Das Gemälde kann deutlich verschmiert werden, auch wenndie geringste Bewegung, und so viel, dass es völlig ununterscheidbar sein wird. In diesem Fall werden wir kein Interferenzmuster sehen, sondern eine Glasplatte, die auf ihrer Oberfläche einheitlich schwarz oder grau ist. Natürlich werden in diesem Fall die durch das Beugungsgitter erzeugten Beugungseffekte nicht reproduziert.

Durchgelassene und reflektierende Hologramme

Das von uns betrachtete Beugungsgitterwird als vorübergehen bezeichnet, weil es im Licht wirkt, das durch es hindurchgeht. Wenn wir die Gitterlinien nicht auf die transparente Platte, sondern auf die Oberfläche des Spiegels anwenden, erhalten wir ein reflektierendes Beugungsgitter. Es reflektiert das Licht der verschiedenen Farben aus verschiedenen Blickwinkeln. Dementsprechend gibt es zwei große Klassen von Hologrammen - reflektierend und durchlässig. Die ersteren werden im reflektierten Licht und die letzteren im transmittierten Licht beobachtet.