Das holografische Bild wird heute immer häufiger verwendet. Einige glauben sogar, dass es irgendwann die uns bekannten Kommunikationsmittel ersetzen könnte. Ob Sie es mögen oder nicht, aber jetzt wird es in einer Vielzahl von Branchen aktiv eingesetzt. Holografische Aufkleber sind uns allen beispielsweise bekannt. Viele Hersteller nutzen sie als Schutz vor Fälschungen. Das Foto unten zeigt einige der holografischen Aufkleber. Ihre Verwendung ist eine sehr effektive Möglichkeit, Waren oder Dokumente vor Fälschung zu schützen.
Geschichte der Erforschung der Holographie
Das dreidimensionale Bild, das aus der Brechung von Strahlen resultiert, wurde erst vor relativ kurzer Zeit untersucht. Wir können jedoch bereits über die Existenz einer Geschichte seines Studiums sprechen. Dennis Gabor, ein englischer Wissenschaftler, definierte erstmals 1948 die Holographie. Diese Entdeckung war sehr wichtig, aber ihre große Bedeutung war damals noch nicht offensichtlich. Forscher, die in den 1950er Jahren arbeiteten, litten unter dem Fehlen einer kohärenten Lichtquelle, einer sehr wichtigen Eigenschaft für die Entwicklung der Holographie. Erster Laserwurde 1960 hergestellt. Mit dieser Vorrichtung ist es möglich, Licht mit ausreichender Kohärenz zu erh alten. Juris Upatnieks und Immet Leith, amerikanische Wissenschaftler, verwendeten es, um die ersten Hologramme zu erstellen. Mit ihrer Hilfe wurden dreidimensionale Bilder von Objekten erh alten.
In den folgenden Jahren wurde die Forschung fortgesetzt. Seitdem wurden Hunderte von wissenschaftlichen Arbeiten veröffentlicht, die sich mit dem Konzept der Holographie befassen, und viele Bücher wurden über die Methode veröffentlicht. Diese Werke richten sich jedoch an Spezialisten, nicht an den allgemeinen Leser. In diesem Artikel werden wir versuchen, alles in einer zugänglichen Sprache zu erzählen.
Was ist Holographie
Folgende Definition kann vorgeschlagen werden: Holografie ist eine dreidimensionale Fotografie, die mit einem Laser erh alten wird. Diese Definition ist jedoch nicht ganz zufriedenstellend, da es viele andere Arten der dreidimensionalen Fotografie gibt. Dennoch spiegelt es das Wichtigste wider: Holographie ist eine technische Methode, mit der Sie das Aussehen eines Objekts "aufzeichnen" können; mit seiner Hilfe wird ein dreidimensionales Bild erh alten, das wie ein reales Objekt aussieht; bei seiner entwicklung spielte der einsatz von lasern eine entscheidende rolle.
Holographie und ihre Anwendungen
Das Studium der Holographie ermöglicht es uns, viele Fragen im Zusammenhang mit der konventionellen Fotografie zu klären. Als bildende Kunst kann die dreidimensionale Bildgebung letzteres sogar herausfordern, da es Ihnen ermöglicht, die Welt um Sie herum genauer und korrekter wiederzugeben.
Wissenschaftler heben manchmal Epochen in der Geschichte der Menschheit hervorVerbindungen, die in bestimmten Jahrhunderten bekannt waren. Wir können zum Beispiel über die Hieroglyphen sprechen, die es im alten Ägypten gab, über die Erfindung des Buchdrucks im Jahr 1450. Im Zusammenhang mit dem technologischen Fortschritt unserer Zeit haben neue Kommunikationsmittel wie Fernsehen und Telefon eine dominierende Stellung eingenommen. Obwohl das holografische Prinzip in der medialen Anwendung noch in den Kinderschuhen steckt, gibt es Grund zur Annahme, dass darauf basierende Geräte in Zukunft die uns bekannten Kommunikationsmittel ersetzen oder zumindest erweitern können Geltungsbereich.
Sci-Fi-Literatur und Mainstream-Print stellen die Holographie oft im falschen, verzerrten Licht dar. Sie schaffen oft ein Missverständnis über diese Methode. Das erstmals gesehene volumetrische Bild fasziniert. Nicht weniger beeindruckend ist jedoch die physikalische Erklärung des Prinzips seines Geräts.
Interferenzmuster
Die Fähigkeit, Objekte zu sehen, beruht darauf, dass Lichtwellen, die von ihnen gebrochen oder von ihnen reflektiert werden, in unser Auge eindringen. Von einem Objekt reflektierte Lichtwellen sind durch die Form der Wellenfront gekennzeichnet, die der Form dieses Objekts entspricht. Das Muster aus dunklen und hellen Bändern (oder Linien) wird durch zwei Gruppen kohärenter Lichtwellen erzeugt, die sich überlagern. So entsteht eine volumetrische Holographie. Dabei stellen diese Banden jeweils eine Kombination dar, die nur von der Form der Wellenfronten der miteinander wechselwirkenden Wellen abhängt. Solchdas Bild wird Interferenz genannt. Es kann beispielsweise auf einer Fotoplatte befestigt werden, wenn diese an einer Stelle platziert wird, an der Welleninterferenzen beobachtet werden.
Vielzahl von Hologrammen
Die Methode, mit der Sie die vom Objekt reflektierte Wellenfront aufzeichnen (registrieren) und dann wiederherstellen können, sodass es für den Betrachter so aussieht, als ob er ein reales Objekt sieht, und Holographie ist. Dies ist ein Effekt, der darauf zurückzuführen ist, dass das resultierende Bild genauso dreidimensional ist wie das reale Objekt.
Es gibt viele verschiedene Arten von Hologrammen, die leicht zu verwechseln sind. Um eine bestimmte Art eindeutig zu definieren, sollten vier oder sogar fünf Adjektive verwendet werden. Von all ihrem Satz werden wir nur die Hauptklassen betrachten, die von der modernen Holographie verwendet werden. Zunächst müssen Sie jedoch ein wenig über ein solches Wellenphänomen wie Beugung sprechen. Sie ist es, die es uns erlaubt, die Wellenfront zu konstruieren (oder vielmehr zu rekonstruieren).
Beugung
Befindet sich irgendein Objekt im Lichtweg, wirft es einen Schatten. Licht biegt sich um dieses Objekt und tritt teilweise in den Schattenbereich ein. Dieser Effekt wird Beugung genannt. Es wird durch die Wellennatur des Lichts erklärt, aber es ist ziemlich schwierig, es genau zu erklären.
Licht dringt nur in einem sehr kleinen Winkel in den Schattenbereich ein, sodass wir es kaum wahrnehmen. Liegen jedoch viele kleine Hindernisse im Weg, die nur wenige Lichtwellenlängen voneinander entfernt sind, macht sich dieser Effekt deutlich bemerkbar.
Trifft der Fall der Wellenfront auf ein großes Einzelhindernis, „fällt“der entsprechende Teil davon „heraus“, was die restliche Fläche dieser Wellenfront praktisch nicht beeinflusst. Liegen viele kleine Hindernisse auf seinem Weg, verändert er sich durch Beugung, sodass das Licht, das sich hinter dem Hindernis ausbreitet, eine qualitativ andere Wellenfront hat.
Die Verwandlung ist so stark, dass sich das Licht sogar in die andere Richtung ausbreitet. Es stellt sich heraus, dass uns die Beugung ermöglicht, die ursprüngliche Wellenfront in eine völlig andere umzuwandeln. Somit ist Beugung der Mechanismus, durch den wir eine neue Wellenfront erh alten. Die Vorrichtung, die es auf die obige Weise bildet, wird Beugungsgitter genannt. Lassen Sie uns ausführlicher darüber sprechen.
Beugungsgitter
Dies ist eine kleine Platte mit dünnen, geraden, parallelen Strichen (Linien) darauf. Sie sind um einen hundertstel oder gar tausendstel Millimeter voneinander getrennt. Was passiert, wenn ein Laserstrahl auf seinem Weg auf ein Gitter trifft, das aus mehreren verschwommenen dunklen und hellen Streifen besteht? Ein Teil davon wird direkt durch den Rost gehen und ein Teil wird sich biegen. Dadurch entstehen zwei neue Strahlen, die in einem bestimmten Winkel zum ursprünglichen Strahl aus dem Gitter austreten und sich zu beiden Seiten von ihm befinden. Wenn ein Laserstrahl beispielsweise eine flache Wellenfront hat, werden zwei neue Strahlen, die an den Seiten davon gebildet werden, ebenfalls flache Wellenfronten haben. Also durchfahrenBeugungsgitter Laserstrahl bilden wir zwei neue Wellenfronten (flach). Anscheinend kann ein Beugungsgitter als einfachstes Beispiel für ein Hologramm angesehen werden.
Hologrammregistrierung
Die Einführung in die Grundprinzipien der Holographie sollte mit dem Studium zweier ebener Wellenfronten beginnen. In Wechselwirkung bilden sie ein Interferenzmuster, das auf einer Fotoplatte aufgezeichnet wird, die an der gleichen Stelle wie der Bildschirm platziert wird. Diese Phase des Prozesses (die erste) in der Holographie wird als Aufzeichnung (oder Registrierung) des Hologramms bezeichnet.
Bildwiederherstellung
Wir nehmen an, dass eine der ebenen Wellen A und die zweite B ist. Welle A wird als Referenzwelle bezeichnet und B wird als Objektwelle bezeichnet, dh von dem Objekt reflektiert, dessen Bild fixiert ist. Sie darf sich in keiner Weise von der Referenzwelle unterscheiden. Beim Erstellen eines Hologramms eines dreidimensionalen realen Objekts wird jedoch eine viel komplexere Wellenfront aus Licht gebildet, die von dem Objekt reflektiert wird.
Das auf einem fotografischen Film dargestellte Interferenzmuster (dh das Bild eines Beugungsgitters) ist ein Hologramm. Es kann in den Pfad des primären Referenzstrahls (ein Laserlichtstrahl mit einer flachen Wellenfront) platziert werden. In diesem Fall werden auf beiden Seiten 2 neue Wellenfronten gebildet. Die erste davon ist eine exakte Kopie der Wellenfront des Objekts, die sich in die gleiche Richtung ausbreitet wie Welle B. Die obige Stufe wird Bildrekonstruktion genannt.
Holographischer Prozess
Das von zwei erzeugte Interferenzmusterebene kohärente Wellen, nach ihrer Aufzeichnung auf einer fotografischen Platte, ist es ein Gerät, das es ermöglicht, im Falle der Beleuchtung einer dieser Wellen eine andere ebene Welle wiederherzustellen. Der holographische Prozess hat also folgende Stufen: Registrierung und anschließende „Speicherung“der Wellenobjektfront in Form eines Hologramms (Interferenzmuster) und deren Wiederherstellung nach einem beliebigen Zeitpunkt, wenn die Referenzwelle das Hologramm passiert.
Die objektive Wellenfront kann eigentlich alles sein. Beispielsweise kann sie von einem realen Objekt reflektiert werden, wenn sie gleichzeitig kohärent zur Referenzwelle ist. Das Interferenzmuster, das von zwei beliebigen Wellenfronten mit Kohärenz gebildet wird, ist ein Gerät, das es ermöglicht, aufgrund der Beugung eine dieser Fronten in eine andere umzuwandeln. Hier verbirgt sich der Schlüssel zu einem Phänomen wie der Holographie. Dennis Gabor war der erste, der diese Eigenschaft entdeckte.
Betrachtung des durch das Hologramm gebildeten Bildes
In unserer Zeit beginnt ein spezielles Gerät, ein holografischer Projektor, zum Lesen von Hologrammen verwendet zu werden. Damit können Sie ein Bild von 2D in 3D konvertieren. Um jedoch einfache Hologramme zu betrachten, ist überhaupt kein holografischer Projektor erforderlich. Lassen Sie uns kurz darüber sprechen, wie Sie solche Bilder anzeigen können.
Um das Bild zu sehen, das durch das einfachste Hologramm gebildet wird, müssen Sie es in einem Abstand von etwa 1 Meter vom Auge platzieren. Sie müssen durch das Beugungsgitter in die Richtung schauen, in der die ebenen Wellen (rekonstruiert) aus ihm herauskommen. Da es die ebenen Wellen sind, die in das Auge des Betrachters eintreten, ist auch das holografische Bild flach. Es erscheint uns wie eine „blinde Wand“, die gleichmäßig von Licht angestrahlt wird, das die gleiche Farbe wie die entsprechende Laserstrahlung hat. Da diese "Mauer" keine spezifischen Merkmale aufweist, ist es unmöglich zu bestimmen, wie weit sie ist. Es scheint, als ob Sie auf eine ausgedehnte Wand schauen, die sich im Unendlichen befindet, aber gleichzeitig sehen Sie nur einen Teil davon, den Sie durch ein kleines "Fenster", dh ein Hologramm, sehen können. Ein Hologramm ist also eine gleichmäßig leuchtende Fläche, auf der wir nichts Bemerkenswertes bemerken.
Beugungsgitter (Hologramm) ermöglicht es uns, mehrere einfache Effekte zu beobachten. Sie können auch unter Verwendung anderer Arten von Hologrammen demonstriert werden. Beim Passieren des Beugungsgitters wird der Lichtstrahl geteilt, zwei neue Strahlen werden gebildet. Laserstrahlen können verwendet werden, um jedes beliebige Beugungsgitter zu beleuchten. Dabei sollte sich die Strahlung farblich von der bei ihrer Aufnahme verwendeten unterscheiden. Der Biegewinkel eines Farbstrahls hängt davon ab, welche Farbe er hat. Wenn es rot ist (die längste Wellenlänge), dann wird ein solcher Strahl in einem größeren Winkel gebogen als der blaue Strahl, der die kürzeste Wellenlänge hat.
Durch das Beugungsgitter können Sie eine Mischung aller Farben, also Weiß, überspringen. In diesem Fall wird jede Farbkomponente dieses Hologramms in einem eigenen Winkel gebogen. Die Ausgabe ist ein Spektrumähnlich wie bei einem Prisma.
Beugungsgitter Strichplatzierung
Die Striche des Beugungsgitters sollten sehr nah beieinander liegen, damit die Krümmung der Strahlen auffällt. Um beispielsweise den roten Strahl um 20° zu biegen, darf der Abstand zwischen den Strichen 0,002 mm nicht überschreiten. Wenn sie näher platziert werden, beginnt sich der Lichtstrahl noch stärker zu biegen. Um dieses Gitter „aufzuzeichnen“, wird eine Fotoplatte benötigt, die in der Lage ist, solch feine Details zu registrieren. Außerdem ist es erforderlich, dass die Platte sowohl während der Belichtung als auch während der Registrierung absolut ruhig bleibt.
Das Bild kann selbst bei der kleinsten Bewegung deutlich unscharf werden, und zwar so sehr, dass es völlig ununterscheidbar ist. In diesem Fall sehen wir kein Interferenzmuster, sondern einfach eine Glasplatte, die über ihre gesamte Oberfläche gleichmäßig schwarz oder grau ist. In diesem Fall werden die vom Beugungsgitter erzeugten Beugungseffekte natürlich nicht reproduziert.
Transmissions- und Reflexionshologramme
Das betrachtete Beugungsgitter heißt transmissiv, da es auf das durchtretende Licht wirkt. Wenn wir die Gitterlinien nicht auf eine transparente Platte, sondern auf die Oberfläche eines Spiegels auftragen, erh alten wir ein reflektierendes Beugungsgitter. Es reflektiert verschiedene Lichtfarben aus verschiedenen Winkeln. Dementsprechend gibt es zwei große Klassen von Hologrammen – reflektierend und durchlässig. Erstere werden im Auflicht, letztere im Durchlicht beobachtet.
