Как работает голограмма? Визуализация человека, который по каким-либо причинам не смог приехать на мероприятие. Что такое голография

Ни один научно-фантастический фильм, в котором действие происходит как в ближайшем, так и в очень отдаленном будущем, не может обойтись без голографических устройств. Голограмма - это объемное трехмерное изображение, которое, собственно, и помогает героям футуристических миров общаться друг с другом. С другой стороны, все элементы научной фантастики рано или поздно становятся частью повседневной жизни - чего только стоят роботы и полеты в космос, о которых еще сто лет назад человечество только мечтало. Но насколько далеки от нас голограммы и можно ли сделать объемное изображение в домашних условиях без использования специального оборудования?

Будущее у порога

До настоящего времени это слово могло ассоциироваться с научно-фантастическими фильмами или книгами, но наука, как известно, развивается очень быстро, и голографические изображения в скором времени могут стать неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Каким прорывом для связи было создание телефона, сколько изменений привнесла технология сообщения при помощи онлайн-трансляции с веб-камеры! Трудно даже представить, что может дать будущим поколениям развитие голографических технологий. К примеру, почему бы и не пройтись вместе с другом, который живет за несколько тысяч километров от вас, по парку, используя такие устройства?

Механизм в действии

Конечно, все эти фантазии пока еще находятся в достаточно далекой перспективе. На сегодня в более узком, научном смысле голограмма - это особый вид фотографий, которые создаются при специальном освещении, подобие трехмерных изображений. Голографическую фотографию можно даже без особого труда создать на практике. Главное - это механизм создания многомерного, на первый взгляд, изображения. Обеспечивается голографический эффект при помощи полупрозрачного зеркала, разделяющего пучки лазерных излучений на два четких луча. Последние также называются учеными предметной и опорной волной. Первая волна отражает фотографируемый объект и попадает на пленку, а вторая встречает ее на самой пленке, обходя при этом предмет с других ракурсов. Вот так, в принципе, и создается 3D-голограмма. Если во время освещения полученной пленки направить на нее лазерное излучение с такими же по длине волнами, то оно будет преломляться в правильных конфигурациях. Ученые сейчас разрабатывают механизмы, способные передать голографические изображения при обычном свете, без особых преломлений лучей.

Многомерная Вселенная?

Голограмма - это уникальное изобретение человека. Фактически это трехмерное пространство, которое закодировано в плоском изображении. Угол и форма зрительного представления предмета будут изменяться относительно вашей точки зрения. Подобная идея наталкивает писателей-фантастов и некоторых совсем оригинальных ученых на то, что в нашем трехмерном мире также может содержаться бесконечное количество других измерений. Такая идея получила название «теория многомерного мира», и она активно разрабатывается и популяризируется в научно-фантастических произведениях уже много лет. Непосредственным истоком идеи о многомерности была теория струн, также очень популярная в современной физике. Если верить доводам ученых, поддерживающих теорию о многомерности, то сама наша Вселенная - голограмма, поскольку наш трехмерный мир - проекция многомерного пространства. Если возможно кодирование трехмерного изображения в двухмерном, то почему нельзя допустить, что трехмерное пространство, в котором мы воспринимаем реальность, в свою очередь, является проекцией чего-то большего?

Человеческий глаз и многомерность мира

С обычными фотографиями всегда все предельно просто. Глаз воспринимает изображение таким, какое оно есть только на плоскости. Фактически функцией глаза и является «фотографирование» реальности и передача этой информации в мозг, в то время как понятие трехмерности достигается за счет перемещения глаза или самого объекта. В свою очередь, лазерный свет голограммы воспроизводит все необходимые категории изображения - плотность, цвет, освещение - и дает полноценное изображение с любой точки, с которой можно на него смотреть.

До чего дошли современные технологии?

И все-таки, голограмма - это что? Лучше всего представить особенности инноваций в сфере передачи многомерного изображения позволят данные о современной стадии разработок голографических технологий.

Особенно отличаются в этой сфере, как и везде в футуристических технологиях, японцы. Отдельно следует отметить разработки компании Aerial Burton. Результатами исследований стало устройство, позволяющее создавать голограмму при помощи ионизации молекул воздуха. Обычно для создания трехмерной проекции необходима специальная среда, за счет которой лазер формирует изображение. Такой средой может быть и водяной пар, и брызги - вода прекрасно отражает изображение лучей. Японские ученые же смогли создать совершенно иной тип лазера, который добивается переноса изображения на молекулы воздуха, благодаря чему и расположена голограмма в воздухе. Долго, правда, этот лазер пока работать не может, вновь и вновь нужно повторять процедуру ионизирования молекул воздуха. Конечно, пока даже японская компания Aerial Burton смогла достичь только переноса в пространство нескольких светящихся точек, но сами технологии подают большие надежды. В скором времени трехмерные изображения могут появиться и в сфере развлечений, а наиболее далеко идущие предположения - это замена дорожных указателей на голограммы.

Голографический проектор - своими руками!

Но пока трехмерные изображения прямо в воздухе еще нам недоступны, голограмма на телефоне - вполне обыденная вещь. Все, что для этого требуется, несколько часов на создание специального голографического проектора при помощи подручных средств.

Голограмма, своими руками созданная, не потребует от вас большого количества сложных деталей и операций. В принципе, кроме смартфона с выходом в интернет и прозрачной коробочки от CD, ничего больше и не понадобится. От такого способа воссоздания голографических изображений без ума дети, так что, если вам нечем удивить ребенка, возьмите на заметку этот метод.

Алгоритм действий

Итак, берем прозрачную пластиковую коробочку от компакт-дисков, канцелярский нож или нож для стекла, обычные ножницы, линейку, небольшой рулон скотча и, конечно же, смартфон. При помощи линейки чертим на обычном листе бумаги очертание трапеции, придерживаясь следующих пропорций: нижняя основа - шесть сантиметров, верхняя - один. Высота при этом будет равна трем с половиной сантиметрам. Прикладывая такой трафарет к стенкам коробочки, вырезаем четыре фигуры. Скрепив их между собой при помощи обычного скотча или же суперклея, получите необходимую для проекции трапецию.

Невероятное зрелище

Ну вот, теперь и настал момент истины. Проектор готов, осталось только проиграть специально обработанное изображение или видеоряд, рассчитанный на трехмерное проектирование.

Огромным плюсом создания голограмм является то, что сделать это "чудо" может практически каждый в домашних условиях, даже если нет в наличии специального оборудования. Голограммы своими руками создать может каждый, это очень легко и просто!

«Давным-давно в далёкой-предалёкой галактике…» Иными словами, все мы когда-то впервые смотрели «Звёздные войны», восхищаясь их техническими чудесами - космическими кораблями, гоночными карами, дроидами и, конечно, появляющимися прямо в воздухе голограммами. Потом режиссёры стали нас баловать: объёмные изображения появлялись в кино всё чаще, а сегодня без них не обходится ни один уважающий себя фильм – ибо мы уже не мыслим себе иного будущего.

Но многие всё ещё не до конца отдают себе отчёт в том, что это будущее, в общем-то, давно наступило – при чём не где-нибудь в «Аватаре», «Троне» или «Прометее», а в нашей с вами реальности. Знаете ли вы, что в скором времени исполняется 70 (!) лет с момента изобретения первой голограммы? Итак, ближе к делу… что вообще представляет собой эта технология?

Основной принцип

Голография (от древнегреческого бЅ…О»ОїП‚ ОіПЃО¬П†П‰, то есть «полное описание») – это особый метод фотографирования, при котором с помощью лазера регистрируется оптическое электромагнитное излучение объектов, после чего восстанавливаются в высшей степени реалистичные изображения трехмерных объектов.

Когда записывают голограмму, в определённой области пространства складывают две волны, полученные разделением одного и того же лазерного луча. При этом так называемая опорная волна идёт непосредственно от источника, а объектная волна отражается от предмета записи. В этой же области размещают фотопластинку, на которой возникает сложная картина полос потемнения, соответствующих распределению электромагнитной энергии (картине интерференции) в этой области пространства.

Проще говоря, то же самое происходит с обычной фотоплёнкой. Но если изображения с последней необходимо распечатывать на бумаге, то с голограммой всё проще и быстрее. Достаточно снова осветить фотопластинку волной, близкой к опорной, и она преобразует её в волну, близкую к объектной. Таким образом, мы будем видеть (с той или иной степенью точности) такой же свет, какой отражался бы от объекта записи – хотя самого объекта в пространстве нет.

Открытие

Первая голограмма была получена в 1947 году Деннисом Габором в ходе экспериментов по повышению разрешающей способности электронного микроскопа. Он же придумал само слово «голография», которым хотел подчеркнуть полную запись оптических свойств объекта. К сожалению, его голограммы отличались низким качеством, поскольку в качестве когерентного источника света Габор использовал единственно доступные ему газоразрядные лампы с очень узкими линиями в спектре испускания. Но это ни коим образом не умаляет значения его работы, за которую автор получил Нобелевскую премию по физике в 1971 году.

После революционного изобретения в 1960 году рубиново-красного (длина волны 694 нм) и гелий-неонового (длина волны 633 нм) лазеров, голография начала интенсивно развиваться. Уже через пару лет известный российский учёный Юрий Денисюк разработал метод записи отражающих 2-D голограмм на прозрачных фотопластинках, позволяющих записывать голограммы самого высокого качества.

Эволюция

В 1977 году Ллойд Кросс создал так называемую мультиплексную голограмму – или, как мы говорим сегодня, изображение в 3-D формате. Оно принципиально отличается от всех остальных голограмм тем, что состоит из десятков или даже сотен отдельных плоских ракурсов, видимых под разными углами. Такая голограмма, естественно, не имеет вертикального параллакса (иными словами, нельзя посмотреть на объект сверху и снизу), но зато размеры записываемого объекта не ограничены длиной когерентности лазера (которая редко превышает несколько метров, а чаще всего составляет всего несколько десятков сантиметров) или размерами фотопластинки.

Кроме того, это новшество позволяет оторваться от скучной реальности и с головой окунуться в мир фантазий, создавая голограммы несуществующих объектов. Достаточно нарисовать или смоделировать на компьютере придуманный объект с множества различных ракурсов. Мультиплексная голография превосходит по качеству все остальные способы создания объёмных изображений на основе отдельных ракурсов, однако по состоянию на сегодняшний день она всё ещё уступает в плане реалистичности традиционным методам голографии.

Носители информации

Основным фотоматериалом для записи голограмм являются специальные фотопластинки на основе традиционного бромида серебра, позволяющих достичь разрешающей способности более 5000 линий на миллиметр. Иногда применяются фотопластинки на основе бихромированной желатины, которые обладают ещё большей разрешающей способностью, позволяя записывать очень яркие голограммы (до 90 % падающего света преобразуется в изображение).

Существует метод записи с помощью щёлочно-галоидных кристаллов (хлорид калия и другие). В последние годы также интенсивно разрабатываются регистрирующие среды на базе голографических фотополимерных материалов. Эту многокомпонентную смесь органических веществ наносят в виде тончайшей плёнки на стеклянную или плёночную подложку. Такие носители менее дорогостоящие и громоздкие, однако вмещают меньшее количество информации с сравнении с кристаллическими аналогами.

Голограмма в домашних условиях

Сегодня любой желающий может записывать голограммы среднего качества в домашних условиях без использования специального оборудования. Для этого достаточно создать некий каркас, на котором будут неподвижно установлены лазер, фотопластинка (как правило, ПФГ-03М) и выбранный объект записи.

Самым простым в использовании и доступным источником когерентного света являются лазерные указки. После откручивания или отпиливания фокусирующей луч линзы указка начинает светить подобно фонарику. Это позволяет осветить фотопластинку и объект, расположенный за ней. Необходимо только зафиксировать каким-либо образом (например, бельевой прищепкой) кнопку указки во включённом состоянии.

Но, с другой стороны, в подобных ухищрениях уже нет необходимости – ведь первая версия голографических смартфонов «Takee 1» был официально представлен миру ещё в 2014 году компанией «Estar Technology». Устройство отслеживает положение глаз пользователя при помощи фронтальной камеры и 4 дополнительных фронтальных модулей, и создаёт голографические 3D-изображения, для просмотра которых не нужны очки.

Физические принципы

Рассеянные объектом волны характеризуются амплитудой и фазой. Регистрация амплитуды волн не представляет затруднений; обычная фотографическая пленка регистрирует амплитуду, преобразуя ее значения в соответствующее почернение фотографической эмульсии. Фазовые соотношения становятся доступными для регистрации с помощью интерференции, преобразующей фазовые соотношения в соответствующие амплитудные. Интерференция возникает, когда в некоторой области пространства складываются несколько электромагнитных волн, частоты которых с очень высокой степенью точности совпадают. Когда записывают голограмму, в определённой области пространства складывают две волны: одна из них идёт непосредственно от источника (опорная волна), а другая отражается от объекта записи (объектная волна). В этой же области размещают фотопластинку (или иной регистрирующий материал), в результате на этой пластинке возникает сложная картина полос потемнения, которые соответствуют распределению электромагнитной энергии (картине интерференции) в этой области пространства. Если теперь эту пластинку осветить волной, близкой к опорной, то она преобразует эту волну в волну, близкую к объектной. Таким образом, мы будем видеть (с той или иной степенью точности) такой же свет, какой отражался бы от объекта записи.

Источники света

Голограмма является записью интерференционной картины, поэтому важно, чтобы длины волн (частоты) объектного и опорного лучей с максимальной точностью совпадали друг с другом, и разность их фаз не менялась в течение всего времени записи (иначе на пластинке не запишется чёткой картины интерференции). Поэтому источники света должны испускать электромагнитное излучение с очень стабильной длиной волны в достаточном для записи временном диапазоне.

Крайне удобным источником света является лазер . До изобретения лазеров голография практически не развивалась (вместо лазера использовали очень узкие линии в спектре испускания газоразрядных ламп , что очень затрудняет эксперимент). На сегодняшний день голография предъявляет одни из самых жёстких требований к когерентности лазеров.

Чаще всего когерентность принято характеризовать длиной когерентности - той разности оптических путей двух волн, при которой контраст интерференционной картины уменьшается в два раза по сравнению с интерференционной картиной, которую дают волны, прошедшие от источника одинаковое расстояние. Для различных лазеров длина когерентности может составлять от долей миллиметра (мощные лазеры, предназначенные для сварки, резки и других применений, нетребовательных к этому параметру) до сотен и более метров (специальные, так называемые одночастотные лазеры).

История голографии

Первая голограмма была получена в 1947 году (задолго до изобретения лазеров) Деннисом Габором в ходе экспериментов по повышению разрешающей способности электронного микроскопа . Он же придумал само слово «голография», которым он подчеркнул полную запись оптических свойств объекта. К сожалению, его голограммы отличались низким качеством. Получить качественную голограмму без когерентного источника света невозможно.

Схема записи Денисюка

где λ - длина волны; d - толщина слоя; n - средний коэффициент преломления слоя; Λ - расстояние между интерференционными плоскостями.

Объёмными (толстыми) голограммами считаются такие, у которых Q > 10. И наоборот, голограмма считается тонкой (плоской), когда Q < 1.

Галогенсеребряные фотоматериалы

Основным фотоматериалом для записи голограмм являются специальные фотопластинки на основе традиционного бромида серебра. За счёт специальных присадок и специального механизма проявления удалось достичь разрешающей способности более 5000 линий на миллиметр, однако за это приходится платить крайне низкой чувствительностью пластинки и узким спектральным диапазоном (точно подобранным под излучение лазера). Чувствительность пластинок настолько низкая, что их можно выставить на несколько секунд под прямой солнечный свет без риска засветки.

Кроме того, иногда применяются фотопластинки на основе бихромированной желатины , которые обладают ещё большей разрешающей способностью, позволяют записывать очень яркие голограммы (до 90 % падающего света преобразуется в изображение), однако они ещё менее чувствительны, причём они чувствительны только в области коротких волн (синий и, в меньшей степени, зелёный участки спектра).

В России крупное промышленное (кроме некоторого количества мелких) производство фотопластинок для голографии осуществляет российская «Компания Славич ».

Некоторые схемы записи позволяют писать и на пластинках с меньшей разрешающей способностью, даже на обычных фотоплёнках с разрешением порядка 100 линий на миллиметр, однако эти схемы имеют массу ограничений и не обеспечивают высокого качества изображения.

Фотохромные кристаллы

Наряду с фотографическими мелкозернистыми галогенсеребряными средами, применяются так называемые фотохромные среды , изменяющие спектр поглощения под действием записывающего света.

KCl

Одними из эффективнейших среди фотохромных кристаллов являются щёлочно-галоидные кристаллы, из которых наилучшие результаты были получены на аддитивно окрашенных кристаллах хлорида калия (KCl). Голограммы, записанные на таких кристаллах, достигают 40 % относительной дифракционной эффективности при теоретически возможной в данной среде 60 %. При этом голограммы в данном материале весьма толстые (толщиной до нескольких миллиметров, и могут в принципе достигать единиц сантиметров). Голографическая запись в аддитивно окрашенных кристаллах KCl базируется на фототермическом F-X преобразовании центров окраски, то есть фактической коалесценции одиночных анионных вакансий в более крупные кластерные образования размером десятки нанометров . При этом голографическая запись в таких кристаллах реверсивна (обратима) и очень устойчива по времени .

Также возможна голографическая запись с помощью легирования кристаллов соответствующей примесью. Возможно использовать для этой цели эффект компенсационного влияния введенных в АО KCl катионных (ионы Са ++) и анионных (ионы ОН −) примесей на процесс фототермического преобразования F-центров. Показано, что просветление при этом в максимуме полосы поглощения F-центров достигает 90 % и не сопровождается образованием центров, обуславливающих поглощение в видимой области спектра. Разработан механизм такого влияния, основанный на фотохимических реакциях, конечные продукты которых поглощают в УФ-диапазоне. Обосновано, что ключевую роль в рассматриваемом явлении играют бивакансии и комплексы Са ++ (ОН −) 2 - катионная вакансия. На основе полученных результатов разработана новая фотохромная система для формирования голограмм, основанная на эффекте компенсации влияния катионных и анионных примесей .

Сегнетоэлектрические кристаллы

При голографической записи, в качестве регистрирующей среды, так же широко используются сегнетоэлектрические кристаллы. В основном это ниобат лития - LiNbO 3 . Явление изменения показателя преломления под действием света вызвано электрооптическим эффектом. При записи голограмм сегнетоэлектрические кристаллы обладают теми же преимуществами, что и фотохромные материалы. Кроме того, после множества циклов «запись - стирание» не наблюдается эффекта усталости. Поскольку получаемые голограммы являются фазовыми, их дифракционная эффективность может быть на порядок выше, чем у голограмм на фотохромных материалах.

Однако, эти кристаллы обладают недостатками присущими фотохромным материалам. Основной проблемой в данном случае является нестабильность голограммы, которая не фиксируется в отличие от обычных фотослоев. Другая трудность состоит в низкой величине голографической чувствительности.

Голографические фотополимерные материалы

В последние годы интенсивно разрабатываются регистрирующие среды на базе голографических фотополимерных материалов, представляющих собой многокомпонентную смесь органических веществ, нанесенную в виде аморфной пленки толщиной 10-150 мкм на стеклянную или пленочную подложку. Фотополимерные пленки менее дорогостоящие чем кристаллы ниобата лития, менее громоздки и имеют по сути большую величину изменения коэффициента преломления, что приводит к большим значениям дифракционной эффективности и большей яркости голограммы. Однако, с другой стороны ниобат лития, из-за его толщин, способен сохранять большие объемы информации, чем фотополимерные пленки толщины которых ограничены.

Поскольку фотополимеры не обладают зернистым строением, то разрешающая способность такого материала достаточна для сверхплотной записи информации. Чувствительность фотополимера сравнима с чувствительностью фотохромных кристаллов. Записанные голограммы являются фазовыми, что позволяет получать высокую дифракционную эффективность. Такие материалы позволяют хранить информацию длительное время, устойчивы к воздействию температур, а также отличаются улучшенными оптическими характеристиками.

См. также

Примечания

Ссылки

• Голография - Виртуальная Галерея - крупнейший в СНГ сайт, посвященный голографии
• Игорь Осколков Анимированная голография . Компьютерра (15 сентября 2009 года). Проверено 24 сентября 2009.

Литература

Фотография
Жанры	Автопортрет Архитектурная Документальная Ломография Макросъёмка Микрофотография Мобилография Натюрморт Ночная съёмка Обнажённая натура Панорамная съёмка Пейзаж Подводная съёмка Портрет Посмертная Рекламная Репродукция Свадебная Уличная Фотоохота Фоторепортаж
Типы фотоаппаратов	Однообъективный зеркальный Двухобъективный зеркальный Дальномерный Шкальный Простейший Крупноформатный Среднеформатный Малоформатный Полуформатный Компактный Панорамный Стереоскопический Цифровой Цифровой зеркальный Псевдозеркальный цифровой Беззеркальный цифровой со сменными объективами
Термины	Баланс белого Боке Виньетирование Главный фокус Глубина резкости Диафрагмирование Дисторсия Кадрирование Кроп-фактор Освещённость Относительное отверстие Пятно рассеяния Рабочий отрезок Светосила Синхронизация фотовспышки Фокальная плоскость Фокусное расстояние Фотографическая широта Экспозиция
Производители

ГОЛОГРАФИЯ
особый фотографический метод, при котором с помощью лазера регистрируются, а затем восстанавливаются изображения трехмерных объектов, в высшей степени похожие на реальные. Такая фотографическая запись называется голограммой. При освещении лазером голограмма формирует изображение, которое представляет собой точную копию исходного трехмерного объекта и обнаруживает все свойства таких объектов, например изменение перспективы при перемещении наблюдателя. Метод голографии, применяемый в основном для регистрации информации, которую несет свет, отражающийся от некоего объекта или проходящий сквозь него, пригоден отнюдь не только для видимого света. Теоретически этот метод приложим ко всем другим волновым явлениям - звуковым волнам, сверхвысокочастотному, инфракрасному, рентгеновскому и электронному излучению. Этим и объясняется тот интерес, который вызывает голография; однако из-за практических трудностей ее пока не удалось применить к электронам и в рентгеновской области спектра.
См. также ЛАЗЕР .
Суть метода голографии. Пучок света, создаваемый лазером, отличается от света, испускаемого обычными источниками, например электролампой, в двух отношениях. Во-первых, он монохроматичен, т.е. характеризуется только одной длиной волны. Во-вторых, он когерентен, т.е. гребни и впадины каждой его волны согласуются с гребнями и впадинами каждой другой волны. Если рассматривать пучок света как последовательность волновых фронтов, лазерный луч представляет собой такой луч, в котором все точки волнового фронта согласованы по фазе. При взаимном наложении двух когерентных волновых фронтов (в месте пересечения двух когерентных пучков) происходит т.н. интерференция: волновые фронты усиливают друг друга, если совпадают по фазе, и ослабляют, если не согласуются по фазе. На интерференции и основана голография. Одна из возможных схем регистрации голограмм трехмерных объектов представлена на рисунке. Здесь когерентный свет лазера разделяется на два пучка. Одним пучком освещается объект, который необходимо зарегистрировать; свет, отражающийся от объекта, падает на фотографическую пластинку или другую фоточувствительную регистрирующую среду. Другой пучок, называемый опорным, направляется зеркалом под некоторым углом на ту же фотографическую пластинку, где его волновой фронт налагается на волновой фронт, пришедший от объекта. В результате взаимного наложения двух когерентных волновых фронтов возникает интерференционная картина, которая и регистрируется на фотографической пластинке как изменения плотности почернения - увеличение плотности почернения в тех местах, где волновые фронты совпадают по фазе, и уменьшение плотности почернения там, где они пришли не в фазе. Эта запись интерференционной картины и называется голограммой.

Обычно голограмма не обнаруживает никакого сходства с зарегистрированным объектом; это просто какой-то набор темных и светлых пятен, в которых не угадывается никакого смысла. Но, будучи интерференционной картиной, голограмма содержит информацию весьма особого свойства: это запись не только амплитудных, но и фазовых характеристик волнового фронта, отразившегося от объекта. (Амплитуда равна половине разности высот гребня и впадины волны. Чем больше амплитуда, тем интенсивнее свет.) Если теперь объект удалить, а на голограмму направить опорный пучок (т.е. такой же пучок света, как и тот, которым она была записана), то она сформирует волновой фронт, несущий всю ту информацию, которую нес первоначальный волновой фронт. Таким образом, голограмма воссоздает волновые фронты, исходившие от объекта, хотя самого объекта в этом месте уже нет.
Применение голографии. Основные особенности голографии, отличающие ее от фотографии, таковы: 1) это запись интерференционной картины, содержащая не только амплитудную, но и фазовую информацию, тогда как обычная фотография - это запись только интенсивностей света, не содержащая фазовой информации; 2) при регистрации голограммы нет необходимости в фокусировке, голограмма чаще всего не имеет сходства с объектом; 3) голограмма способна восстанавливать точную копию волнового фронта, идущего от объекта (если объект трехмерный, она восстанавливает трехмерное изображение); 4) изменяя угол между опорным пучком и волновым фронтом, идущим от объекта, можно на одном участке фотографической пластинки записать более одной голограммы; 5) в большинстве случаев для восстановления изображения достаточно любой малой части голограммы; если голограмма повреждена или частично уничтожена, она все равно восстановит изображение. Эти и некоторые другие важные особенности голограмм привлекли внимание многих исследователей, стремившихся довести голографию до практического применения. На "объемных голограммах", полученных с регистрацией интерференционной картины по толщине фотоэмульсионного слоя на фотопластинке, была продемонстрирована возможность восстановления многоцветных трехмерных изображений при освещении белым светом. Весьма перспективным представляется применение голографии в микроскопии. Благодаря возможности спокойно исследовать трехмерный объект, после того как записана его голограмма, устраняются некоторые трудности, связанные с визуальным исследованием объектов при большом увеличении. То, что вместо самого объекта рассматривается его восстановленное голографическое изображение, не мешает исследователю использовать метод фазового контраста и другие методы микроскопии. Более того, этим могут быть существенно уменьшены трудности, связанные с подготовкой образца, в ходе которой объект может оказаться деформированным. В данной области ведутся интенсивные разработки. Голография привнесла много нового в интерферометрию - область прецизионной измерительной техники, основанной на применении интерференции. Был создан ряд голографических методов, позволяющих получать восстановленное изображение объекта вместе с волновым фронтом от того же самого объекта после какой-либо его деформации, столь малой, что ее невозможно обнаружить другими методами. На интерференционной картине, возникающей при взаимном наложении двух волновых фронтов, выявляются деформационные искажения порядка длины волны света. Голографическими методами можно исследовать с интерферометрической точностью любые объекты; не требуется, чтобы их поверхности были оптического или близкого к оптическому качества. Поиски возможностей применения голографии продолжаются. В области т.н. оптической фильтрации и оптической обработки данных удалось достичь некоторого успеха при использовании специальных голограмм для распознавания особенностей рельефа на аэрофотоснимках. Голографические методы облегчают обработку радиолокационной информации; они нашли применение при расшифровке данных бортовых самолетных РЛС. Ряд научных организаций работает над устранением еще имеющихся трудностей. Методами, аналогичными оптическим, были получены акустические голограммы - записи картин интерференции звуковых волн. Были сделаны голограммы объектов, находящихся под водой; в ряде лабораторий ведутся исследования возможностей применения голографических методов при ультразвуковом просвечивании человеческого тела. Результаты такого просвечивания можно представить в виде оптического изображения. Методами, аналогичными методам оптической и акустической голографии, можно получать голограммы в сверхвысокочастотном излучении. Специальные СВЧ-голограммы, зарегистрированные с борта самолета, позволяют получать изображения местности с высоким разрешением рельефа.
Историческая справка. Основные принципы голографии сформулировал в 1947 Д. Габор из Королевского научно-технического колледжа в Лондоне. Однако метод не находил практического применения до начала 1960-х годов, когда появился лазер. Применив лазер и усовершенствовав первоначальный голографический метод, Э.Лейт и Ю.Упатниекс из университета штата Мичиган получили голограммы, которые давали необычайно похожие на реальность трехмерные изображения. В 1962 Лейт и Упаниекс представили свой метод лазерной голографии. После этого метод голографии начал быстро развиваться. Были разработаны голограммы, позволяющие восстанавливать изображение в белом свете; активно ведутся исследования в направлении применения голографии для обработки данных.
ЛИТЕРАТУРА
Вьено Ж.-Ш., Смигильский П., Руайе А. Оптическая голография. М., 1973 Применения голографии. М., 1973 Физические основы голографии. Л., 1981 Клименко И.С. Голография сфокусированных изображений и спекл-интерферометрия. М., 1985

Энциклопедия Кольера. - Открытое общество . 2000 .

Синонимы :

Смотреть что такое "ГОЛОГРАФИЯ" в других словарях:

Голография … Орфографический словарь-справочник

- (от греч. holos весь полный и...графия), метод записи, воспроизведения и преобразования волновых полей, основанный на интерференции волн. Предложен Д. Габором в 1948. Голография позволяет получать изображение объектов. На фоточувствительный слой … Большой Энциклопедический словарь

ГОЛОГРАФИЯ, процесс создания голограммы. Одна или несколько фотографий накладываются на одну пленку или пластину с использованием интерференции между двумя частями расщепленного луча ЛАЗЕРА. На первый взгляд сформированная модель бессмысленна, но … Научно-технический энциклопедический словарь

- (от греч. holos весь, полный и grapho пишу), способ записи и восстановления волн. поля, основанный на регистрации интерференц. картины, к рая образована волной, отражённой предметом, освещаемым источником света (п р е д м е т н а я волна), и… … Физическая энциклопедия

- [Словарь иностранных слов русского языка

Голография - см. Криминалистическая голография … Энциклопедия права

ГОЛОГРАФИЯ, и, жен. (спец.). Получение объёмного изображения, основанное на взаимном действии (наложении друг на друга) световых волн. | прил. голографический, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

November 23rd, 2012

Компания NICE Interactive

Продолжаю выполнять заявки своих френдов из Месяц уже близиться к концу, а я еще далек от завершения очереди ваших вопросов. Сегодня мы разбираем, обсуждаем и дополняем задание trudnopisaka :

Технологии создания трехмерных голограмм. Бывают ли они непрозрачными? С чем можно сравнить энергетические затраты на их создание? Какие есть перспективы развития?

Голография основывается на двух физических явлениях - дифракции и интереференции световых волн.

Физическая идея состоит в том, что при наложении двух световых пучков, при определенных условиях возникает интерференционная картина, то есть, в пространстве возникают максимумы и минимумы интенсивности света (это подобно тому, как две системы волн на воде при пересечении образуют чередующиеся максимумы и минимумы амплитуды волн). Для того, чтобы этаинтерференционная картина была устойчивой в течение времени, необходимого для наблюдения, и ее можно было записать, эти две световых волны должны быть согласованы в пространстве и во времени. Такие согласованные волны называются когерентными.

Если волны встречаются в фазе, то они складываются друг с другом и дают результирующую волну с амплитудой, равной сумме их амплитуд. Если же они встречаются в противофазе, то будут гасить одна другую. Между двумя этими крайними положениями наблюдаются различные ситуации сложения волн. Результирующая сложения двух когерентных волн будет всегда стоячей волной. То есть интерференционная картина будет устойчива во времени. Это явление лежит в основе получения и восстановления голограмм.

Обычные источники света не обладают достаточной степенью когерентности для использования в голографии. Поэтому решающее значение для ее развития имело изобретение в 1960 г. оптического квантового генератора или лазера - удивительного источника излучения, обладающего необходимой степенью когерентности и могущего излучать строго одну длину волны.

Деннис Габор, изучая проблему записи изображения, выдвинул замечательную идею. Сущность ее реализации заключается в следующем. Если пучок когерентного света разделить на два и осветить регистрируемый объект только одной частью пучка, направив вторую часть на фотографическую пластинку, то лучи, отраженные от объекта, будут интерферировать с лучами, попадающими непосредственно на пластину от источника света. Пучок света, падающий на пластину, назвали опорным, а пучок, отраженный или прошедший через объект, предметным. Учитывая, что эти пучки получены из одного источника излучения, можно быть уверенным в том, что они когерентны. В данном случае интерференционная картина, образующаяся на пластинке, будет устойчива во времени, т.е. образуется изображение стоячей волны.

Полученная интерференционная картина является кодированным изображением, описывающим объект таким, каким он виден из всех точек фотопластинки. В этом изображении сохранена информация как об амплитуде, так и о фазе отраженных от объекта волн и, следовательно, заложена информация о трехмерном (объемном) объекте.
Фотографическая запись картины интерференции предметной волны и опорной волны обладает свойством восстанавливать изображение объекта, если на такую запись снова направить опорную волну. Т.е. при освещении записанной на пластине картины опорным пучком восстановится изображение объекта, которое зрительно невозможно отличить от реального. Если смотреть через пластинку под разными углами, можно наблюдать изображение объекта в перспективе с разных сторон. Конечно, полученную таким чудесным способом фотопластинку нельзя назвать фотографией. Это - голограмма.

В 1962 г. И. Лейт и Ю. Упатниекс получили первые пропускающие голограммы объемных объектов, выполненные с помощью лазера. Схема, предложенная ими, используется в изобразительной голографии повсеместно:
Пучок когерентного излучения лазера направляется на полупрозрачное зеркало, с помощью которого получают два пучка - предметный и опорный. Опорный пучок направляют непосредственно на фотопластинку. Предметный пучок освещает объект, голограмму которого регистрируют. Отраженный от объекта световой пучок - объектный попадает на фотопластинку. В плоскости пластинки два пучка - объектный и опорный образуют сложную интерференционную картину, которая вследствие когерентности двух пучков света остается неизменной во времени и представляет собой изображение стоячей волны. Остается только зарегистрировать ее обычным фотографическим путем.

Японский концерт с 3D голограммой Hatsune Miku

Если голограмму записать в некоторой объемной среде, то полученная модель стоячей волны однозначно воспроизводит не только амплитуду и фазу, но и спектральный состав записанного на ней излучения. Это обстоятельство было положено в основу создания трехмерных (объемных) голограмм.
В основу работы объемных голограмм положен дифракционный эффект Брэгга. B результате интерференции волн, распространяющихся в толстослойной эмульсии, образуются плоскости, засвеченные светом большей интенсивности. После проявления голограммы на засвеченных плоскостях образуются слои почернения. В результате этого создаются так называемые брэгговские плоскости, которые обладают свойством частично отражать свет. Т.е. в эмульсии создается трехмерная интерференционная картина.

Такая толстослойная голограмма обеспечивает эффективное восстановление объектной волны при условии, что угол падения опорного пучка при записи и восстановлении останется неизменным. Не допускается также изменение длины волны света при восстановлении. Такая избирательность объемной пропускающей голограммы позволяет записать на пластинке до нескольких десятков изображений, изменяя угол падения опорного пучка соответственно при записи и восстановлении.

Схема записи пропускающих объемных голограмм аналогична схеме Лейта-Упатниекса для двумерных голограмм.

При восстановлении объемной голограммы, в отличие от плоских пропускающих голограмм, образуется только одно изображение вследствие отражения от голограммы восстанавливающего пучка только в одном направлении, определяемом углом Брэгга.

Отражательные объемные голограммы записываются по иной схеме. Идея создания данных голограмм принадлежит Ю.Н.Денисюку. Поэтому голограммы этого типа известны под именем их создателя.

Опорный и предметный световые пучки образуются с помощью делителя и посредством зеркала направляются на пластину с двух сторон. Предметная волна освещает фотографическую пластину со стороны эмульсионного слоя, опорный - со стороны стеклянной подложки. Плоскости Брэгга в таких условиях записи располагаются почти параллельно плоскости фотопластины. Таким образом, толщина фотослоя может быть сравнительно небольшой.
На приведенной схеме объектная волна образуется с пропускающей голограммы. Т.е. вначале изготавливаются обычные пропускающие голограммы по описанной выше технологии, а потом уже с этих голограмм (которые называются мастер-голограммами) изготавливают в режиме копирования голограммы Денисюка.

Основное свойство отражательных голограмм - это возможность восстановления записанного изображения с помощью источника белого света, например, лампы накаливания или солнца. Не менее важным свойством является цветовая избирательность голограммы. Это значит, что при восстановлении изображения белым светом, оно восстановится в том цвете, в каком было записано. Если для записи был использован, например, рубиновый лазер, то восстановленное изображение объекта будет красным.

Уникальная 3D-голограмма в ГУМе!

В соответствии со свойством цветовой избирательности можно получить цветную голограмму объекта, в точности передающую его естественный цвет. Для этого необходимо при записи голограммы смешать три цвета: красный, зеленый и синий либо провести последовательное экспонирование фотопластинки этими цветами. Правда, технология записи цветных голограмм находится еще в экспериментальной стадии и потребует еще значительных усилий и экспериментов. Примечательно при этом, что многие, посетившие выставки голограмм, уходили оттуда в полной уверенности, что видели цветные объемные изображения!

Технология связи при помощи объемных голограмм, описанная впервые в "Звездных войнах" еще 30 лет назад, судя по всему, становится реальностью. Еще в 2010 году команда физиков из Университета Аризоны смогла разработать технологию передачи и просмотра движущихся трехмерных изображений в реальном времени. Разработчики из Аризоны называют свою работу прототипом "голографического трехмерного телеприсутствия". В реальности показанная сегодня технология представляет собой первую в мире практическую трехмерную систему передачи подлинно трехмерных изображений без необходимости использования стереоскопических очков.

"Голографическое телеприсутствие означает, что мы можем записать трехмерное изображение в одном местоположении и показать его в трехмерном режиме при помощи голограммы в другом, которое будет удалено на многие тысячи километров. Показ может проводиться в реальном времени", - говорит руководитель исследований Нассер Пейгамбарьян.

Для создания эффекта виртуальной инсталляции (3D голограммы) объекта в месте инсталляции натягивается специальная проекционная сетка. На сетку осуществляется проекция с помощью видеопроектора, который располагается за этой сеткой на расстоянии 2-3 метра. В идеале проекционная сетка натягивается на ферменную конструкцию, которая полностью обшивается темной тканью для затемнения и усиления эффекта. Создается подобие некого темного куба, на переднем плане которого разворачивается 3D изображение. Лучше чтобы действие происходило в полной темноте, тогда не будет виден темный куб и сетка, а только 3D голограмма!

Существующие системы 3D-проекций способны производить либо статические голограммы с превосходной глубиной и разрешением, либо динамические, но смотреть на них можно только под определенным углом и в основном через стереоскопические очки. Новая технология объединяет в себе преимущества обеих технологий, но лишена их многих недостатков.

В сердце новой системы находится новой фотографический полимер, разработанный калифорнийской исследовательской лабораторией Nitto Denko, работающей с электронными материалами.

В новой системе трехмерное изображение записывается на несколько камер, захватывающих объект с разных позиций и затем кодирует в цифровой сверхбыстрый лазерный поток данных, который создает на полимере голографические пиксели (хогели). Само по себе изображение - это результат оптического преломления лазеров между двумя слоями полимера.

Прототип устройства имеет 10-дюймовый монохромный экран, где картинка обновляется каждые две секунды - слишком медленно, чтобы создать иллюзию плавного движения, но все же динамика тут есть. Кроме того, ученые говорят, что показанный сегодня прототип - это лишь концепция и в будущем ученые обязательно создадут полноцветный и быстро обновляющийся поток, создающих натуральные трехмерные и плавно двигующиеся голограммы.

Профессор Пейгамбарьян прогнозирует, что примерно через 7-10 лет в домах у обычных потребителей могут появиться первые голографические системы видеосвязи. "Созданная технология абсолютно устойчива ко внешним факторам, таким как шумы и вибрация, поэтому она подходит и для промышленного внедрения", - говорит разработчик.

Голографическая 3D-установка AGP

Авторы разработки говорят, что одним из наиболее реальных и перспективных направлений разработки является именно телемедицина. "Хирурги из разных стран по всему миру смогут использовать технологию для трехмерного наблюдения за проведением операций в реальном времени и принимать участие в операции", - говорят исследователи. "Вся система полностью автоматизирована и контролируется компьютером. Лазерные сигналы сами кодируются и передаются, а приемник способен самостоятельно проводить рендеринг изображения".

И последние новости 2012 года по этой теме:

Технологии создания трехмерных изображений, которые "растут как грибы" в последнее время, воплощаясь в виде трехмерных телевизионных экранов и дисплеев компьютеров, фактически не создают полноценного трехмерного изображения. Вместо этого с помощью стереоскопических очков или других ухищрений в каждый глаз человека посылаются немного разнящиеся изображения, а уже головной мозг зрителя соединяет все это воедино прямо в голове в виде трехмерного образа. Такое "насилие" над органами чувств человека и повышенная нагрузка на мозг вызывает напряжение зрения и головные боли у некоторых людей. Поэтому, для того, что бы сделать настоящее трехмерное телевидение требуются технологии, способные создавать реальные трехмерные изображения, другими словами, голографические проекторы . Люди уже давно научились создавать высококачественные статические голограммы, но когда дело заходит о движущихся голографических изображениях, тут возникают большие проблемы.

Исследователи из бельгийского нанотехнологического исследовательского центра Imec, разработали и продемонстрировали работающий опытный образец голографического проектора нового поколения, в основе которого лежат технологии микроэлектромеханических систем (microelectromechanical system, MEMS). Использование технологий, лежащих на грани между нано- и микро-, позволит в ближайшем времени создать новый дисплей, способный демонстрировать движущиеся голографические изображения.

В основе нового голографического проектора лежит пластина, на которой находятся крошечные, в половину микрона размером, отражающие свет подвижные площадки. Эта пластина освещается светом от нескольких лазеров, направленных на нее под различными углами. Регулируя положение по вертикальной оси светоотражающих площадок можно добиться того, что волны отраженного света начинают интерферировать между собой, создавая трехмерное голографическое изображение. Это все звучит невероятно и кажется очень сложным, но, тем не менее, на одном из снимков можно увидеть статическое цветное голографическое изображение, сформированное с помощью этих крошечных светоотражающих площадок.

Пока еще исследователи Imec не создали дисплей, способный работать с движущимися изображениями. Но, согласно заявлению Франческо Пессолано (Francesco Pessolano), ведущего исследователя проекта Imec NVision: "Главное для нас было понять основной принцип, пути его реализации и проверить работоспособность опытного образца. Все остальное - это всего лишь дело техники и реализуется достаточно легко". Согласно планам Imec, первый опытный голографический проектор и система его управления должны появиться не позже середины 2012 года, вероятно что это не будет громоздкой вещью, ведь 400 миллиардов светоотражающих площадок, требующихся для создания качественного изображения, можно разместить на пластине, размером с пуговицу. Так что ждать осталось уже совсем не долго, а попозже люди смогут забыть про обычные экраны и дисплеи и полностью погрузиться в виртуальный трехмерный мир.

А какие же перспективы этого направления? Мне кажется вот они...

Голограмма Цоя на Сцене

Голограмма Тупака Шакура

Вот это тоже мне понравилось - http://kseniya.do100verno.com/blog/555/12 012 - посмотрите...

Кто еще знает современные методы воспроизведения голографиеского изображения?