Holografický obraz je dnes stále více používán. Někteří se dokonce domnívají, že může časem nahradit nám známé komunikační prostředky. Líbí se nebo ne, ale nyní se aktivně používá v různých průmyslových odvětvích. Všichni například známe holografické nálepky. Mnoho výrobců je používá jako prostředek ochrany proti padělání. Níže uvedená fotografie ukazuje některé z holografických nálepek. Jejich použití je velmi účinným způsobem ochrany zboží nebo dokumentů před paděláním.
Historie studia holografie
Trojrozměrný obraz vznikající lomem paprsků začal být studován relativně nedávno. Již nyní však můžeme hovořit o existenci historie jejího studia. Dennis Gabor, anglický vědec, poprvé definoval holografii v roce 1948. Tento objev byl velmi důležitý, ale jeho velký význam v té době ještě nebyl zřejmý. Výzkumníci pracující v 50. letech 20. století trpěli nedostatkem koherentního zdroje světla, což je velmi důležitá vlastnost pro rozvoj holografie. První laserbyla vyrobena v roce 1960. S tímto zařízením je možné získat světlo s dostatečnou koherencí. Juris Upatnieks a Immet Leith, američtí vědci, jej použili k vytvoření prvních hologramů. S jejich pomocí byly získány trojrozměrné obrázky objektů.
V následujících letech výzkum pokračoval. Od té doby byly publikovány stovky vědeckých prací zkoumajících koncept holografie a o této metodě bylo publikováno mnoho knih. Tyto práce jsou však určeny odborníkům, nikoli běžnému čtenáři. V tomto článku se pokusíme vyprávět o všem v přístupném jazyce.
Co je holografie
Lze navrhnout následující definici: holografie je trojrozměrná fotografie získaná pomocí laseru. Tato definice však není zcela vyhovující, protože existuje mnoho dalších druhů trojrozměrné fotografie. Přesto odráží to nejpodstatnější: holografie je technická metoda, která umožňuje „zaznamenat“vzhled předmětu; s jeho pomocí se získá trojrozměrný obraz, který vypadá jako skutečný předmět; použití laserů hrálo rozhodující roli v jeho vývoji.
Holografie a její aplikace
Studium holografie nám umožňuje objasnit mnoho problémů souvisejících s konvenční fotografií. Jako vizuální umění může trojrozměrné zobrazování dokonce napadnout druhé, protože vám umožňuje přesněji a správněji odrážet svět kolem vás.
Vědci někdy pomocí prostředků vyčleňují epochy v historii lidstvaspojení, která byla známa v určitých staletích. Můžeme mluvit například o hieroglyfech, které existovaly ve starověkém Egyptě, o vynálezu knihtisku v roce 1450. V souvislosti s technologickým pokrokem pozorovaným v naší době zaujaly dominantní postavení nové komunikační prostředky, jako je televize a telefon. Přestože je holografický princip z hlediska využití v médiích stále v plenkách, existují důvody se domnívat, že zařízení na něm založená budou v budoucnu schopna nahradit nám známé komunikační prostředky nebo alespoň rozšířit jejich rozsah.
Sci-fi literatura a mainstreamový tisk často zobrazují holografii ve špatném, zkresleném světle. Často o této metodě vytvářejí mylnou představu. Objemový obraz, viděný poprvé, fascinuje. Neméně působivé je však fyzické vysvětlení principu jeho zařízení.
Vzor rušení
Schopnost vidět předměty je založena na skutečnosti, že světelné vlny, jimi lomené nebo odražené, vstupují do našeho oka. Světelné vlny odražené od nějakého předmětu se vyznačují tvarem čela vlny odpovídajícím tvaru tohoto předmětu. Vzor tmavých a světlých pásů (nebo čar) je vytvořen dvěma skupinami koherentních světelných vln, které interferují. Tak vzniká objemová holografie. V tomto případě tyto pásy v každém konkrétním případě tvoří kombinaci, která závisí pouze na tvaru vlnových čel vln, které se vzájemně ovlivňují. Takovýobraz se nazývá interference. Může být upevněn například na fotografickou desku, pokud je umístěn v místě, kde je pozorována interference vln.
Různé hologramy
Metoda, která vám umožňuje zaznamenat (zaregistrovat) vlnoplochu odraženou od objektu a poté ji obnovit tak, aby se pozorovateli zdálo, že vidí skutečný objekt, a je to holografie. Jde o efekt způsobený tím, že výsledný obrázek je trojrozměrný stejně jako skutečný objekt.
Existuje mnoho různých typů hologramů, které lze snadno splést. Pro jednoznačnou definici konkrétního druhu je třeba použít čtyři nebo dokonce pět přídavných jmen. Ze všech jejich souborů budeme zvažovat pouze hlavní třídy, které používá moderní holografie. Nejprve si však musíte trochu promluvit o takovém vlnovém jevu, jako je difrakce. Je to ona, kdo nám umožňuje konstruovat (nebo spíše rekonstruovat) vlnoplochu.
Dfrakce
Pokud je v cestě světla nějaký předmět, vrhá stín. Světlo se ohýbá kolem tohoto objektu a částečně vstupuje do oblasti stínu. Tento efekt se nazývá difrakce. Vysvětluje se to vlnovou povahou světla, ale je poměrně obtížné to vysvětlit striktně.
Světlo proniká do oblasti stínu pouze ve velmi malém úhlu, takže si ho téměř nevšimneme. Je-li však v jeho cestě mnoho malých překážek, mezi nimiž je vzdálenost pouze několik vlnových délek světla, tento efekt se stává docela patrným.
Pokud pád čela vlny dopadne na velkou jednotlivou překážku, její odpovídající část „vypadne“, což prakticky neovlivňuje zbývající plochu této čela vlny. Pokud je v jeho cestě mnoho malých překážek, změní se v důsledku difrakce tak, že světlo šířící se za překážkou bude mít kvalitativně jinou vlnovou frontu.
Proměna je tak silná, že se světlo dokonce začíná šířit opačným směrem. Ukazuje se, že difrakce nám umožňuje přeměnit původní vlnoplochu na úplně jinou. Difrakce je tedy mechanismus, kterým získáme nové čelo vlny. Zařízení, které ji tvoří výše uvedeným způsobem, se nazývá difrakční mřížka. Promluvme si o tom podrobněji.
Difrakční mřížka
Toto je malá destička s tenkými rovnými rovnoběžnými tahy (čarami). Dělí je od sebe setina nebo dokonce tisícina milimetru. Co se stane, když se laserový paprsek na své cestě setká s mřížkou, která se skládá z několika rozmazaných tmavých a jasných pruhů? Část projde roštem rovně a část se ohne. Vzniknou tak dva nové trámy, které vystupují z roštu pod určitým úhlem k původnímu trámu a jsou umístěny na jeho obou stranách. Pokud má jeden laserový paprsek například ploché čelo vlny, dva nové paprsky vytvořené po jeho stranách budou mít také čelo ploché vlny. Tedy procházenídifrakční mřížkový laserový paprsek tvoříme dvě nové vlnoplochy (ploché). Zdá se, že za nejjednodušší příklad hologramu lze považovat difrakční mřížku.
Hologramová registrace
Úvod do základních principů holografie by měl začít studiem dvou rovinných vln. Při vzájemném působení vytvářejí interferenční obrazec, který je zaznamenán na fotografickou desku umístěnou na stejném místě jako obrazovka. Tato fáze procesu (první) v holografii se nazývá záznam (nebo registrace) hologramu.
Obnovení obrázku
Budeme předpokládat, že jedna z rovinných vln je A a druhá je B. Vlna A se nazývá referenční vlna a B se nazývá objektová vlna, tedy odražená od objektu, jehož obraz je pevný. Od referenční vlny se nesmí nijak lišit. Při vytváření hologramu trojrozměrného reálného objektu se však vytvoří mnohem složitější vlnoplocha světla odraženého od objektu.
Interferenční obrazec prezentovaný na fotografickém filmu (tj. obraz difrakční mřížky) je hologram. Může být umístěn v dráze referenčního primárního paprsku (paprsku laserového světla s plochým čelem vlny). V tomto případě se na obou stranách vytvoří 2 nová vlnoplocha. První z nich je přesná kopie čela vlny objektu, která se šíří stejným směrem jako vlna B. Výše uvedená fáze se nazývá rekonstrukce obrazu.
Holografický proces
Interferenční vzor vytvořený dvěmarovinné koherentní vlny, po jejím zaznamenání na fotografickou desku, jde o zařízení, které umožňuje v případě osvětlení jedné z těchto vln obnovit další rovinnou vlnu. Holografický proces má proto následující fáze: registrace a následné „uložení“čela vlnového objektu ve formě hologramu (interferenčního vzoru) a jeho obnovení po každém okamžiku, kdy referenční vlna projde hologramem.
Objektivní vlnoplocha může být ve skutečnosti cokoli. Může se například odrazit od nějakého reálného objektu, pokud je zároveň koherentní s referenční vlnou. Interferenční obrazec, tvořený libovolnými dvěma vlnovými frontami s koherencí, je zařízení, které v důsledku difrakce umožňuje transformovat jednu z těchto front na jinou. Právě zde se skrývá klíč k takovému fenoménu, jakým je holografie. Dennis Gabor byl první, kdo tuto nemovitost objevil.
Pozorování obrazu tvořeného hologramem
V naší době se ke čtení hologramů začíná používat speciální zařízení, holografický projektor. Umožňuje převést obraz z 2D do 3D. K prohlížení jednoduchých hologramů však není holografický projektor vůbec potřeba. Pojďme si krátce promluvit o tom, jak si takové obrázky prohlížet.
Abyste mohli pozorovat obraz tvořený nejjednodušším hologramem, musíte jej umístit do vzdálenosti asi 1 metru od oka. Je třeba se dívat přes difrakční mřížku ve směru, kterým z ní vycházejí rovinné vlny (rekonstruované). Protože jsou to rovinné vlny, které vstupují do oka pozorovatele, je holografický obraz také plochý. Jeví se nám jako "slepá stěna", která je rovnoměrně osvětlena světlem, které má stejnou barvu jako odpovídající laserové záření. Vzhledem k tomu, že tato "zeď" postrádá specifické rysy, není možné určit, jak daleko je. Zdá se, jako byste se dívali na vysunutou zeď umístěnou v nekonečnu, ale zároveň vidíte jen její část, na kterou vidíte malé „okénko“, tedy hologram. Hologram je tedy rovnoměrně svítící povrch, na kterém si nevšimneme ničeho, co by stálo za pozornost.
Difrakční mřížka (hologram) nám umožňuje pozorovat několik jednoduchých efektů. Mohou být také demonstrovány pomocí jiných typů hologramů. Při průchodu difrakční mřížkou se světelný paprsek rozdělí, vytvoří se dva nové paprsky. Laserové paprsky lze použít k osvětlení jakékoli difrakční mřížky. V tomto případě by se záření mělo barevně lišit od barvy použité při jeho záznamu. Úhel ohybu barevného paprsku závisí na tom, jakou barvu má. Pokud je červený (nejdelší vlnová délka), pak je takový paprsek ohnut pod větším úhlem než modrý paprsek, který má nejkratší vlnovou délku.
Prostřednictvím difrakční mřížky můžete přeskočit směs všech barev, tedy bílou. V tomto případě je každá barevná složka tohoto hologramu ohnuta pod svým vlastním úhlem. Výstupem je spektrumpodobný tomu vytvořenému hranolem.
Umístění tahu difrakční mřížky
Tahy difrakční mřížky by měly být provedeny velmi blízko u sebe, aby byl ohyb paprsků patrný. Například pro ohnutí červeného paprsku o 20° je nutné, aby vzdálenost mezi zdvihy nepřesáhla 0,002 mm. Pokud jsou umístěny blíže, světelný paprsek se začne ještě více ohýbat. K „záznamu“této mřížky je potřeba fotografická deska, která je schopná zaznamenat tak jemné detaily. Kromě toho je nutné, aby deska zůstala během expozice i během registrace zcela nehybná.
Obraz může být i při sebemenším pohybu výrazně rozmazaný, a to natolik, že bude zcela k nerozeznání. V tomto případě neuvidíme interferenční obrazec, ale jednoduše skleněnou desku, rovnoměrně černou nebo šedou po celém svém povrchu. V tomto případě se samozřejmě difrakční efekty generované difrakční mřížkou nebudou reprodukovat.
Propustné a reflexní hologramy
Difrakční mřížka, kterou jsme uvažovali, se nazývá transmisivní, protože působí ve světle, které jí prochází. Pokud naneseme čáry mřížky ne na průhlednou desku, ale na plochu zrcadla, získáme reflexní difrakční mřížku. Odráží různé barvy světla z různých úhlů. V souladu s tím existují dvě velké třídy hologramů - reflexní a propustné. První jsou pozorovány v odraženém světle, zatímco druhé jsou pozorovány v procházejícím světle.
