Что такое голограмма

Что такое голограмма и как ее сделать?

Свет – это удивительная форма энергии, которая проносится через наш мир с невероятной скоростью: 300 000 километров в секунду — этого достаточно, чтобы пролететь от Солнца до Земли всего за 8 минут. Мы видим мир вокруг, потому что наши глаза являются сложными детекторами света: они постоянно улавливают световые лучи, отражающиеся от близлежащих объектов, в результате чего мозг может создавать постоянно меняющуюся картину об окружающем мире. Единственная проблема заключается в том, что мозг не способен вести постоянную запись того, что видят глаза. Мы можем вспомнить то, что, как нам казалось, мы видели, и распознать образы, которые мы видели в прошлом, но мы не можем легко воссоздать образы неповрежденными, как только они исчезли из поля зрения.

Существует гипотеза, согласно которой наша Вселенная – самая настоящая голограмма

Можно ли сохранить луч света?

Сколько голограмм в вашем кошельке? Если у вас есть какие-то деньги, ответ, вероятно, будет: «довольно много.» Голограммы – это блестящие металлические узоры с призрачными изображениями внутри банкнот, которые помогают бороться с фальшивомонетчиками, так как их очень трудно воспроизвести. На кредитных картах тоже есть голограммы. Но для чего еще можно использовать голограммы?

Еще в 19 веке гениальные изобретатели помогли решить эту проблему, открыв способ захвата и хранения изображений на химически обработанной бумаге. Фотография, как известно, произвела революцию в том, как мы видим мир и взаимодействуют с ним – и она дала нам фантастические формы развлечений в 20-м веке в виде фильмов и телевидения. Но как бы реалистично или художественно ни выглядела фотография, о ее реальности не может быть и речи. Мы смотрим на фотографию и мгновенно видим, что изображение – это застывшая история: свет, который захватил объекты на фотографии, исчез давным-давно и никогда не может быть восстановлен.

Еще больше увлекательных статей на самые разные темы ищите на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там выходят статьи, которых нет на сайте.

Голограмма безопасности на банкноте помогает остановить фальшивомонетчиков – их труднее воспроизвести, чем другие устройства безопасности.

Что такое голограмма?

Голограммы немного похожи на вечные фотографии. Это своего рода «фотографические призраки»: они выглядят как трехмерные фотографии, которые каким-то образом попали в ловушку внутри стекла, пластика или металла. Когда вы наклоняете голограмму кредитной карты, то видите изображение чего-то вроде птицы, движущейся «внутри» карты. Как она туда попадает и что заставляет голограмму двигаться? Чем она отличается от обычной фотографии?

Предположим, вы хотите сфотографировать яблоко. Вы держите камеру перед собой, и когда вы нажимаете кнопку спуска затвора, чтобы сделать снимок, объектив камеры ненадолго открывается и пропускает свет, чтобы попасть на пленку (в старомодной камере) или на светочувствительный чип датчика изображения (чип в цифровой камере). Весь свет, исходящий от яблока, исходит из одного направления и попадает в один объектив, поэтому камера может записывать только двумерную картину света, темноты и цвета.

Голограмма слона выглядит так

Если вы смотрите на яблоко, происходит что-то другое. Свет отражается от поверхности яблока в оба ваших глаза, и мозг сливает их в одно стереоскопическое (трехмерное) изображение. Если вы слегка повернете голову, лучи света, отраженные от яблока, будут двигаться по несколько иным траекториям, чтобы встретиться с вашими глазами, и части яблока теперь могут выглядеть светлее, темнее или и вовсе быть другого цвета. Ваш мозг мгновенно все пересчитывает и вы видите несколько иную картину. Вот почему глаза видят трехмерное изображение.

Голограмма – это нечто среднее между тем, что происходит, когда вы фотографируете, и тем, что происходит, когда вы смотрите на что-то реально. Как и фотография, голограмма – это постоянная запись отраженного от объекта света. Но голограмма также выглядит реальной и трехмерной и движется, когда вы смотрите вокруг нее, точно так же, как реальный объект. Это происходит из-за уникального способа, которым создаются голограммы.

Чтобы всегда быть в курсе последних новостей из мира высоких технологий и популярной науки, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram.

Как сделать голограмму?

Создать голограмму можно отражая лазерный луч от объекта, который вы хотите захватить. На самом деле, вы разделяете лазерный луч на две отдельные половины, просвечивая его через полузеркало (кусок стекла, покрытый тонким слоем серебра, так что половина лазерного света отражается и половина проходит через него). Одна половина луча отражается от зеркала, попадает на объект и отражается на фотопластинке, внутри которой будет создана голограмма. Это называется объектным лучом. Другая половина луча отражается от другого зеркала и попадает на ту же самую фотопластинку. Это – опорный луч. Голограмма образуется там, где два луча в пластине встречаются.

Источник

Что такое голограмма и где она используется

Однако качество первых голограмм было невысоким по причине использования для их создания примитивных газоразрядных ламп. Все изменилось в 60-е годы с изобретением лазеров, что поспособствовало стремительному развитию голографических технологий. Первые высококачественные лазерные голограммы были получены советским физиком Ю. Н. Денисюком в 1968 году, а спустя 11 лет, его американский коллега Ллойд Кросс создал еще более сложную мультиплексную голограмму.

Принцип формирования голограммы

В процессе визуализации голограммы в определенной точке пространства происходит сложение двух волн – опорной и объектной, образовавшихся в результате разделения лазерного луча. Опорную волну формирует непосредственно источник света, а объектная отражается от записываемого объекта. Здесь же размещается фотопластина, на которой «отпечатываются» темные полосы в зависимости от распределения электромагнитной энергии (интерференции) в данном месте.

Аналогичный процесс происходит и на обычной фотопленке. Однако для воспроизведения изображения с нее требуется распечатка на фотобумаге, тогда как с голограммой все происходит несколько иначе. В данном случае для воспроизведения «портрета» объекта достаточно «осветить» фотопластину волной, близкой к опорной, которая преобразует ее в близкую к объектной волну. В результате мы увидим почти что точное отражение самого объекта при отсутствии его в пространстве.

3D-голограмма и ее применение

Как работают голографические проекторы

В ряду новейших технологий передачи информации – видеоконференции и интерактивная голография, формирующая эффект висящей в воздухе прозрачной поверхности.

Возможности голографических проекторов по мере развития современных технологий постоянно расширяются, а качество изображений улучшается. Они становятся доступнее и компактнее. Сегодня на вечеринках и в ночных клубах можно встретить лазерные голографические мини-проекторы, создающие сложные лазерные «рисунки», которые сочетаются с дымовыми эффектами.

Голограмма человека

О том, что с тех пор голография совершила головокружительный технологический рывок, стало ясно 19 мая 2014 года в Лас-Вегасе при вручении премии Billboard Music Awards, когда перед потрясенными зрителями, как в старые добрые времена спел и станцевал… покойный Майкл Джексон. Чудесное «воскресение» стало возможным, благодаря великолепной голограмме, которую сотворила компания Pulse Evolution.

Голография на дисплее смартфона

С появлением мобильных телефонов, а позже смартфонов, стало ясно, что однажды пути этих двух знаковых технологий XXI века пересекутся. Так и случилось. И вот уже YouTube переполнен советами пользователей по превращению смартфона в голографический мини-проектор.

Свежую идею подхватил один из лидеров по производству цифровых фото- и видеокамер компания RED. В июле прошлого года она представила первый в мире смартфон с 5,7 дюймовым голографическим экраном – RED Hydrogen One. Кроме привычных 2D-изображений он воспроизводит трехмерный контент без помощи специальных очков, а также контент для виртуальной и дополненной реальностей.

Голограммы из будущего

Свою лепту внесла Microsoft, разработав технологию голопортации. Она предполагает передачу объемного отсканированного изображения собеседника в режиме онлайн и создания его трехмерной модели.

Специалисты лаборатории Digital Nature Group из Японии научились с помощью фемтосекундных лазеров создавать голограммы, которые к тому же можно потрогать руками, не опасаясь нежелательных последствий. Это стало возможным за счет сокращения длительности лазерных импульсов с нано- до фемтосекунд.

Источник

Цукерберг в твоей гостиной: кто и зачем использует голограммы

Что такое голограмма

Голограмма — это оптический клон объекта. В отличие от фотографии, голограмма трехмерна, так как фиксирует объем объекта и изменение перспективы при взгляде с разных углов.

Голограмму часто путают с 3D–изображением. Но 3D-изображение выглядит объемно только с одной точки обзора, а голограмма — с любой. Голограммы и 3D-изображения создаются принципиально по-разному: для получения 3D-картинки готовят два изображения (для правого и левого глаза) и соединяют их. Благодаря стереоэффекту мозг воспринимает такое изображение как объемное. А голограммы создают, записывая с помощью лазера структуру отраженной от объекта волны (ее амплитуду и фазу). Этот метод называется «голография» (переводится с древнегреческого как «пишу всё»).

В фантастических фильмах вроде «Звездных войн» или «Железного человека» голограммы выглядят как трехмерные изображения человека или предмета, видимые невооруженным глазом, с которыми можно взаимодействовать. Несмотря на то, что в кино мы давно привыкли к ним, в реальности их еще не существует. Но пока ученые активно работают в этом направлении, существуют технологии, «имитирующие» голограммы. С помощью одной из таких оптических иллюзий, называемой «Призрак Пеппера» мир увидел выступления «воскресших» Тупака Шакура, Майкла Джексона и Роя Орбисона. В повседневной жизни голограммы — переливающиеся объемные изображения — можно увидеть на некоторых купюрах, кредитных картах и документах (например, на заграничном паспорте нового образца и трудовой книжке), а также на многих товарах и акцизных марках.

Как создаются голограммы

Принцип голографии сформулировал венгерско-британский ученый Деннис Габор в 1947 году. Но реализовать его в полной мере удалось только в 1960-х, после создания лазера. В 1971 году за это открытие Габор получил Нобелевскую премию по физике.

Сейчас для создания и демонстрации голограмм используется два метода — физический (для оптических дисплеев) и компьютерный (для очков дополненной реальности).

Физический метод

Он основывается на законах оптики и на свойствах световых волн — дифракции и интерференции. Для создания оптической голограммы лазер направляют на объект. При помощи зеркала лазерный луч разделяется на две части, образуя две волны — опорную и объектную. Объектная волна попадает на предмет и отражается на фотопластине, создавая интерференционную картину, а опорная направляется напрямую на фотопластину. Голограмма появляется в месте соединения лучей в одну точку. Для демонстрации голограммы эту фотопластину необходимо осветить световой волной, схожей с опорной. Процесс создания голограмм крайне сложен, что делает их надежным элементом защиты документов и товаров — голограмму почти невозможно подделать. Интересное свойство голограммы — если фотопластинку с записанной на нее голограммой разделить на две или более части, то каждая часть сохранит цельное изображение (с потерей качества).

Компьютерный метод (CGH — Computer-Generated Hologram)

Основное отличие этого метода в том, что для цифровой голограммы не всегда нужен реальный объект. Если для создания оптической голограммы яблока необходимо осветить это яблоко лазерным лучом, для получения интерференционной картины, то в случае с CGH достаточно задать необходимые параметры, и программа сама вычислит волновой фронт и «нарисует» интерференционную картину яблока. В настоящее время к CGH относят также голограммы, записанные физическим путем, но обработанные и хранящиеся на компьютере.

Компьютерную голограмму можно распечатать на фотопластинке, а можно сразу выводить на специальный 3D-дисплей. Именно такие дисплеи устанавливаются в шлемах и очках смешанной реальности.

Microsoft с 2012 года занимается разработкой MR-очков (mixed reality, «смешанная реальность») Hololens. Они выглядят как надеваемый на голову обруч с двумя линзами. Технология выводит проекции перед человеком в очках, интегрирует виртуальные объекты в реальный мир, позволяя не только видеть, но и взаимодействовать с ними. И если изначально Hololens разрабатывались в основном для игр, то впоследствии их стали использовать в образовании, медицине, инженерии, бизнесе и не только. Очки смешанной реальности также есть у компании Magic Leap: они весят меньше, чем аналог от Microsoft, так как компьютер находится отдельно и соединяется с очками через кабель.

Псевдоголограммы

В современной массовой культуре значение термина «голограмма» размылось, и так стали называть практически все объемные проекции и оптические иллюзии. В качестве экранов используются прозрачные пленки обратной проекции, голографические сетки и специальные дисплеи, работающие по принципу «Призрака Пеппера». Как уже упоминалось, именно он позволяет «воскрешать» умерших певцов. Эффект трехмерности достигается за счет диагонального экрана, расположенного между отражаемым объектом и зрителями. А высокие технологии проецирования и грамотно выстроенный свет позволяют создать эффект реального артиста на сцене.

Как и где используют голограммы

Техногиганты, такие как Microsoft, Google и Meta, тратят сотни миллионов долларов на разработку голограмм. И неспроста: голография может стать чрезвычайно полезным инструментом в науке, медицине, коммуникации и других областях.

Коммуникация

В научной фантастике голограммы часто используются как способ связи. До появления парящих в воздухе голограмм как в «Звездных войнах» человечеству еще далеко, но уже сделаны существенные шаги. В 2017 году состоялся первый полноценный голографический звонок при помощи технологии 5G. Американская компания Verizon и Korea Telecom использовали экспериментальные устройства, позволившие собеседникам видеть голограммы друг друга.

Американская компания Portl производит специальную машину для «голопортации» — голографических звонков. Звонящему достаточно встать на белом фоне напротив смартфона. А для принятия звонков используется футуристичный белый короб, похожий на шкаф фокусника, или холодильник — внутри этого короба появляется проекция человека. «Голограмма звонящего» может в реальном времени общаться с собеседниками и видеть их, при помощи установленной в коробе камеры.

У Microsoft система голографической коммуникации построена на базе Hololens. В очках смешанной реальности собеседники предстают друг перед другом не как реальные проекции себя, а как объемные цифровые аватары. Они могут разговаривать и взаимодействовать друг с другом — играть в игры, открывать статьи, демонстрировать графики и 3D-модели, ходить вокруг воображаемого стола.

Компания Google в 2021 анонсировала видеочат Project Starline, который позволит собеседникам видеть друг друга будто на расстоянии вытянутой руки. Человек садится за стол с вертикально расположенным экраном, похожим на зеркало, в котором и отражается объемное изображение собеседника. Основное отличие технологии Google в том, что задний фон дисплея становится прозрачным, создавая эффект присутствия человека в комнате.

Медицина

Операция на сердце, проведенная в Сингапуре в 2022 году, наглядно демонстрирует пользу голографических технологий в медицине. Хирурги оперировали на сердце в очках Hololens 2, а перед ними в центре комнаты парила голограмма сердца пациента, созданная из снимков его компьютерной томографии. Профессор Теодорос Кофидис, проводивший операцию, уверяет, что такая технология позволяет «эффективно прогнозировать» исход операции, особенно для пациентов с анатомическими особенностями.

Проведение операций в очках смешанной реальности позволяет врачам совершать действия в режиме hands-free: рассматривать снимки и результаты анализов пациента, открывать во всплывающем окне его историю болезни, в реальном времени советоваться с коллегами из разных концов света. Голография — один из ключевых инструментов в телемедицине. С помощью очков смешанной реальности Microsoft, врачи из Нагасаки могут консультировать пациентов на самых отдаленных и труднодоступных островах Японии: местный врач проводит осмотр пациента в очках Hololens. Камера на его устройстве «сканирует» пациента и выводит объемную проекцию на дисплей коллеге из университета Нагасаки, который также находится в очках. Врач из Нагасаки, не покидая своего кабинета, помогает вести осмотр и консультирует пациента.

Образование

Использование трехмерных технологий в образовании делает процесс обучения более интерактивным и наглядным. Например, можно рассмотреть парящую в воздухе 3D-модель Земли, чертеж здания или детально воссозданную кровеносную систему человека.Голографические очки также позволяют моделировать опасные ситуации, чтобы люди учились с ними справляться. Этой технологией заинтересовалась армия США и закупила у Microsoft модифицированные Hololens для проведения военных учений в более безопасной обстановке.

Голограммы в музеях делают экскурсии более интерактивными. Например, Египетский музей в Каире в качестве гидов предлагает виртуальных фараона Тутанхамона и царицу Анхесенамон.

Развлечения

Голография в сфере развлечений используется не только для «виртуального воскрешения» артистов. Мадонна выступила на сцене с нарисованными персонажами группы Gorillaz, а популярная японская певица Хацунэ Мику и вовсе существует только в виртуальной реальности, что не мешает ей активно гастролировать.

Российская компания SILA SVETA создает шоу на стыке искусства и высоких технологий с помощью голографических проекций и световых инсталляций для крупных артистов и коммерческих клиентов. Голограмма, помимо практических свойств, выглядит очень эффектно, поэтому часто используется для презентации продуктов.

А можно будет потрогать? Тренды голографии

«В будущем вместо того, чтобы просто общаться по телефону, вы сможете сидеть, как голограмма на моем диване, или я смогу сидеть, как голограмма на вашем диване, даже если мы находимся в разных штатах или на расстоянии сотен миль друг от друга», — именно так миллиардер Марк Цукерберг рисует будущее метавселенной, над которой не первый год трудится его компания Meta.

Другое направление голографии — попытки сделать голограммы осязаемыми. Еще в 2015 году японские ученые Digital Nature Group создали осязаемую голограмму с помощью фемтосекундных лазеров, способных создавать сверхкороткие импульсы. Голограмма выглядит как бабочка, она способна перемещаться в пространстве и даже сесть человеку на палец, создавая ощущение легкого покалывания (за счет лазерных импульсов).

В 2021 году исследователи из Университета Глазго создали голограмму с имитацией тактильных ощущений, посредством подачи струй воздуха через специальные форсунки. Исследователи назвали такую технологию «аэротактильной»: специальные датчики отслеживают движение руки во время взаимодействия и подают воздух соответственно. На презентации технологии, в качестве примера была представлена «аэротактильная» голограмма баскетбольного мяча, которую можно было трогать и крутить. На этом ученые и не думают останавливаться. По словам исследователя Равиндера Даахии, они намерены менять температуру подаваемого воздуха, чтобы создавать ощущение холода или тепла, а также добавлять ароматы. Возможно, скоро мы сможем не только увидеть Марка Цукерберга на своем диване, но и пожать ему руку.

Источник

Как работает голограмма

статьи | Jan 22, 2021 | Технологии и Безопасность | 1739

Голограммы — неотъемлемый атрибут любого фантастического боевика, но насколько эта технология развита в жизни? Давайте разберемся, что же представляют собой голограммы, где они используются и можно ли создать голограмму своими руками.

Что такое голография

С изобретением фотоаппарата у нас появилась возможность запечатлеть момент точнее, чем это может сделать профессиональный художник. В свое время эта технология произвела настоящий фурор, но даже у нее есть существенные ограничения. Насколько бы точной ни была картинка, изображение все равно остается двухмерным.

Голография — это следующая ступень регистрации визуальной информации, позволяющая записывать и воспроизводить уже трехмерные изображения. Голограммы объемны, а потому куда больше похожи на реальные объекты, чем фотографии. Сейчас для их создания используются голографические проекторы… Впрочем, обо всем по порядку.

Голографический принцип

Объемные изображения стали возможны благодаря свойствам света: дифракции и интерференции. Эти термины сводятся к перераспределению интенсивности света и преломлению двух световых волн: предметной и опорной. Опорную волну создает лазер, а предметная, как понятно из названия, формируется, отражаясь от предмета, который мы хотим записать. Попадая на фотопластину, они и создают интерференционную картину, то есть голограмму.

Голограммы не может получиться без линзы — полупрозрачного зеркала, разделяющего пучки света из лазера надвое. Каждый полупучок, отражаясь от зеркал, попадает на объект, который мы хотим снять, и, уже отразившись на него, оказывается на фотопленке. Под воздействием световолны, близкой к опорной, проявляется голограмма.

Эффект голограммы

Создание голограммы очень напоминает фотосъемку, с той разницей, что фотография печатается на бумаге, а для изготовления голограммы нужно «проявлять» ее на пластине. Кроме того, снимки плоские, а голограммы объемные. Почему так происходит?

Каждый объект в мире рассеивает свет. При помощи линзы фотоаппарат фокусирует его на фотопленке, благодаря чему мы получаем фотографию. При просмотре этого снимка наши глаза воспринимают одну и ту же информацию, только под разными углами. Благодаря этому наш мозг понимает, что изображение плоское.

Как же устроена голограмма? Каждая ее точка моделирует все лучи, рассеянные всеми точками предмета, в то время как на снимке оказываются лишь лучи сфокусированные. В этом и причина, почему голограммы дают ощущение объема. Они точно воспроизводят световые волны, рассеянные объектом.

Первая голограмма в мире

Термин «голография» — заслуга английского физика венгерского происхождения Денниса Габора. Это слово происходит от древнегреческого выражения holo graphy, что переводится как «пишу все». Термин был введен обиход в конце 40-х годов предыдущего столетия, когда Габор придумал голографический принцип. А в 1971 году ученый даже получил за это Нобелевскую премию.

Первая голограмма была невысокого качества. Причина тому — ртутные дуговые лампы, использовавшиеся в те годы. Они давали излучение низкого качества, поэтому и изображения были плохими. По-настоящему реалистичными голограммы стали в 60-х годах с появлением лазерных технологий.

Первая лазерная голограмма была создана в 1964 году американскими физиками Эмметтом Лейтом и Юрисом Упатниексом. На ней были изображены игрушечный поезд и птица. В 1968 году в создании лазерных голограмм преуспел советский ученый Ю.Н. Денисюк. А спустя еще 11 лет значительного прогресса в этой области достиг американский исследователь Ллойд Кросс. С тех пор голограммы активно развиваются и используются в самых разных областях.

Голограмма и ее применение

Каждый человек сталкивался с простыми голограммами-наклейками, предназначающимися для борьбы с контрафактом. Но этим сфера применения голограмм отнюдь не ограничивается.

Общение

Расстояние перестает быть препятствием для общения. Доказательство тому — знаменитый видеозвонок между главами американской компании Verizon и корейской Korea Telecom, совершенный в 2017 году. Пообщаться генеральные директора смогли при помощи сети 5G, которая отличается высокой пропускной способностью. Звонок примечателен еще и тем, что собеседники видели голограммы друг друга.

Реклама

Голограммы — отличный инструмент в руках умелых маркетологов. Интерактивные изображения позволяют презентовать продукт и привлечь внимание клиентов. Так, в 2017 году Barbie с помощью голограммы показала роботизированную куклу, реагирующую на голосовые команды. Эта продвинутая игрушка со встроенным будильником способна поддерживать простые беседы с пользователем.

Дистанционное обучение

Дистанционное образование набрало большую популярность в период пандемии, но существенных успехов в этой сфере удалось достичь еще до коронавируса. Так, в 2015 году профессор физики Стэнфордского университета Карл Виман смог выступить в Наньянском технологическом университете в Сингапуре. Примечательно, что для этого нобелевскому лауреату даже не пришлось покидать США. Выступление профессора транслировали при помощи голограммы.

Голография может создать полную иллюзию личного присутствия лектора на занятии, что позитивно скажется на успеваемости. К тому же голограмму можно транслировать сразу в нескольких университетах. Это позволит охватить большую аудиторию и сэкономить время преподавательского состава.

Медицина

В 2013 году в Лондонском университете Святого Георгия наглядно показали, как можно использовать голограммы в медицине. Сотрудникам университета удалось создать полноценные интерактивные модели почек, черепа и других органов. Подобные голограммы органов вполне можно использовать для обучения студентов и в медицинской практике.

Развлечения

У нас уже была новость о немецком цирке, заменившем настоящих животных голограммами. Также с помощью голограмм можно создавать виртуальные копии предметов искусства или даже внедрять в музеи цифровых экскурсоводов. В пример можно привести электронного экскурсовода Нюшу из Музея истории Костромского края.

В последние годы популярность набирают голографические шоу и даже полноценные концерты с участием цифровых звезд.

Голограмма человека — уже не редкость, и людям доступны выступления электронных копий ушедших знаменитостей. Пара видео для ознакомления:

Виды голограмм

Сложные сценические голограммы можно условно разделить на два типа.

Голограммы, работающие на отражении

Такие голограммы работают с помощью светодиодного или проекционного экрана. Устройство располагается на полу, и изображение отражается в прозрачной пленке, натянутой под углом 45%.

За самой пленкой могут располагаться уже артисты и декорации. Таким образом реальность и иллюзия становятся одним целым.

Голограммы-проекции

Этот вид голограмм устроен еще проще. Он предполагает обратную проекцию на прозрачную пленку или стекло. Пример такой голограммы — уже знакомая нам Хацунэ Мику.

Конструкцию для создания такой голограммы куда проще смонтировать, но есть пара нюансов. Если вы хотите, чтобы ваши голограммы буквально парили в воздухе, нужно оборудовать затемненный фон, за которым не должно располагаться никаких объектов.

Как сделать голограмму

Голограммы выглядят завораживающе, поэтому многим кажется, что для их создания нужен дорогостоящий проектор. Так сколько же стоит голограмма? Конечно, с профессиональным оборудованием ваши возможности существенно вырастут, но создать простенькую голограмму можно даже в домашних условиях с минимальными затратами. Вот что для этого потребуется:

Из пластика нужно вырезать 4 трапеции с нижним основанием в 6 см и верхним в 1 см. Высота каждой фигурки должна равняться 3,5 см. Если вы хотите изготовить проектор побольше, можно сделать все стороны трапеции вдвое длиннее. Скрепив фигурки скотчем, мы получаем наш мини-проектор. Теперь осталось положить его на дисплей смартфона, включить видео для голограмм (таких предостаточно на YouTube) и наслаждаться.

Поделитесь этим с друзьями!

Постоянный автор HiTecher с 2017 года, журналист, имеет степень магистра по экономической безопасности. В сфере его интересов: программирование, робототехника, компьютерные игры, финансовые рынки.

Будьте первым, кто оставит комментарий

Пожалуйста, авторизируйтесь для возможности комментировать

Источник

Хотя концепция голограмм была введена в 1940-х годах, она не стала популярной до появления принцессы Леи в качестве плавающего изображения в «Звездных войнах».

В течение многих лет казалось, что эта технология будет навсегда отодвинута в область научной фантастики. Однако сегодня все по-другому, благодаря достижениям в области оптических технологий.

Ниже мы объяснили, что такое именно голограмма, как она работает и каковы возможности ее применения. Мы постарались сделать все как можно проще, чтобы вы не запутались.

Определение голограммы

Проще говоря, голограммы представляют собой трехмерные изображения, генерируемые интерференционными световыми лучами, которые отражают реальные, физические объекты. В отличие от обычных 3D проекций, голограммы можно увидеть невооруженным глазом. Нет необходимости носить 3D-очки.

Наука и практика создания голограмм называется голографией. Эта технология еще не совсем догнала магию кино, но ее можно использовать для создания голограмм, которые сохраняют глубину, параллакс и другие свойства реальной сцены.

Разница между голограммой и обычным фотографическим изображением

В то время как обычное фотографическое изображение фиксирует изменение интенсивности света, голография фиксирует как интенсивность, так и фазу света. Вот почему голограммы создают действительно трехмерные изображения, а не просто создают иллюзию глубины.

Голограмма представляет собой фотографическую запись светового поля, а не изображения, сформированного объективом. Она демонстрирует подсказки визуальной глубины, которые реалистично меняются в зависимости от относительного положения наблюдателя.

Голография также отличается от линзовидной и более ранних технологий автостереоскопического 3D отображения, таких как автостереоскопическое. Несмотря на то, что эти технологии дают схожие результаты, они опираются на традиционную линзовую визуализацию.

Кто изобрел голографию?

В 1947 году венгерско-британский физик Деннис Габор разработал теорию голограммы, работая над повышением разрешения электронного микроскопа. Он придумал термин голограмма, который был взят из двух греческих слов «holos» (что означает «целое») и «gramma» (что означает «сообщение»).

Однако оптическая голография действительно не продвинулась до появления лазера в 1960 году. Лазер излучает очень мощный всплеск света, который длится всего несколько наносекунд. Это позволило получить голограммы высокоскоростных событий, таких как пуля в полете.

В следующем десятилетии многие ученые придумали различные методики создания 3D голограмм с помощью лазера. Первая голограмма человека была создана в 1967 году, что проложило путь для различных применений голографии.

Как работает голограмма?

Голография включает в себя запись светового поля, а затем его реконструкцию в отсутствие оригинальных объектов. Можно представить себе это как нечто подобное звукозаписи, при которой звуковое поле, создаваемое вибрирующим веществом, обрабатывается таким образом, что впоследствии (при отсутствии исходного вибрирующего вещества) оно может быть восстановлено.

Запись звука Ambisonic (трехмерная система пространственного звука), фактически, больше похожа на голографию, где при воспроизведении можно воссоздать определенные углы прослушивания звукового поля.

Чтобы создать голограмму, вам нужны три вещи:

1. Лазерный луч, который будет направлен на объект
2. Носитель записи с соответствующими материалами
3. Чистая среда для пересечения светового луча

Запись голограммы | Изображение предоставлено: Викимедиа

Лазерный луч делится на два одинаковых луча с помощью светоделителя. Один из них отражается от объекта на носителе записи, а другой непосредственно передается на носитель записи. Таким образом, он не конфликтует с изображениями, исходящими от луча объекта.

Восстановление голограммы | Изображение предоставлено: Викимедиа

Когда два луча пересекаются друг с другом, они создают интерференционную картину, которая отпечатывается на носителе записи (в основном из галогенида серебра). Слой этого носителя записи прикреплен к прозрачной подложке, такой как стекло, которая воссоздает виртуальное изображение с гораздо более высоким разрешением, чем фотографическая пленка.

Оптические инструменты, объект и носитель записи должны оставаться неподвижными относительно друг друга во время процесса. В противном случае интерференционная картина и голограмма будут размыты и испорчены.

Применение

3D голограммы имеют широкий спектр применения. Например, они могут быть использованы в:

Безопасность: защитные голограммы являются наиболее распространенным типом голограмм. Они широко используются в паспортах, банковских и кредитных картах, а также в нескольких банкнотах по всему миру.

Хотя это и не голограмма в истинном смысле слова, термин «голограмма» приобрел вторичное значение из-за широкого использования многослойного изображения на водительских удостоверениях и кредитных картах. Некоторые номерные знаки на транспортных средствах содержат зарегистрированные голограммные наклейки, которые указывают на подлинность.

Датчик: голограмма, встроенная в интеллектуальное устройство, создает голографический датчик. Его можно использовать для обнаружения специфических молекул или метаболитов.

Сканеры: голографические сканеры используются в автоматизированных конвейерных системах и крупных транспортных компаниях для определения размеров упаковки.

Одной из последних (коммерчески доступных) реализаций голографических технологий является гарнитура Microsoft HoloLens. Он использует системы оптической проекции и компьютерной обработки для создания объектов, похожих на цифровые голограммы, которые пользователи могут просматривать и взаимодействовать в их реальной среде, но только при использовании гарнитуры.

Кроме того, 3D голограммы прекрасно подходят для представления сложных технических концепций, демонстрации драгоценных камней и подобных визуально привлекательных товаров.

Голография может дополнительно подчеркнуть красоту и совершенство отображаемого предмета, представляя его в чрезвычайно эстетичном виде.

В принципе, голограммы можно создавать из любой волны. Электронная голография, например, является применением методов голографии к электронным волнам (вместо световых волн). В основном она используется для анализа электрических и магнитных полей в тонких пленках.

Аналогичным образом, нейтроннолучевая голография используется для наблюдения за внутренней поверхностью твердых объектов.

Источник

Что такое голограмма?

Что такое голограмма?

Голограммы немного похожи на вечные фотографии. Это своего рода «фотографические призраки»: они выглядят как трехмерные фотографии, которые каким-то образом попали в ловушку внутри стекла, пластика или металла. Когда вы наклоняете голограмму кредитной карты, то видите изображение чего-то вроде птицы, движущейся «внутри» карты. Как она туда попадает и что заставляет голограмму двигаться? Чем она отличается от обычной фотографии?

Предположим, вы хотите сфотографировать яблоко. Вы держите камеру перед собой, и когда вы нажимаете кнопку спуска затвора, чтобы сделать снимок, объектив камеры ненадолго открывается и пропускает свет, чтобы попасть на пленку (в старомодной камере) или на светочувствительный чип датчика изображения (чип в цифровой камере). Весь свет, исходящий от яблока, исходит из одного направления и попадает в один объектив, поэтому камера может записывать только двумерную картину света, темноты и цвета.

Если вы смотрите на яблоко, происходит что-то другое. Свет отражается от поверхности яблока в оба ваших глаза, и мозг сливает их в одно стереоскопическое (трехмерное) изображение. Если вы слегка повернете голову, лучи света, отраженные от яблока, будут двигаться по несколько иным траекториям, чтобы встретиться с вашими глазами, и части яблока теперь могут выглядеть светлее, темнее или и вовсе быть другого цвета. Ваш мозг мгновенно все пересчитывает и вы видите несколько иную картину. Вот почему глаза видят трехмерное изображение.

Голограмма – это нечто среднее между тем, что происходит, когда вы фотографируете, и тем, что происходит, когда вы смотрите на что-то реально. Как и фотография, голограмма – это постоянная запись отраженного от объекта света. Но голограмма также выглядит реальной и трехмерной и движется, когда вы смотрите вокруг нее, точно так же, как реальный объект. Это происходит из-за уникального способа, которым создаются голограммы.

Чтобы всегда быть в курсе последних новостей из мира высоких технологий и популярной науки, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram.

Кто изобрел голографию?

В 1947 году венгерско-британский физик Деннис Габор разработал теорию голограммы, работая над повышением разрешения электронного микроскопа. Он придумал термин голограмма, который был взят из двух греческих слов «holos» (что означает «целое») и «gramma» (что означает «сообщение»).

Однако оптическая голография действительно не продвинулась до появления лазера в 1960 году. Лазер излучает очень мощный всплеск света, который длится всего несколько наносекунд. Это позволило получить голограммы высокоскоростных событий, таких как пуля в полете.

В следующем десятилетии многие ученые придумали различные методики создания 3D голограмм с помощью лазера. Первая голограмма человека была создана в 1967 году, что проложило путь для различных применений голографии.

История изучения голографии

Объемное изображение, получаемое в результате преломления лучей, начало изучаться относительно недавно. Однако мы уже можем говорить о существовании истории его изучения. Деннис Габор, английский ученый, в 1948 году впервые определил, что такое голография. Это открытие было очень важным, но его большое значение в то время не было еще очевидным. Работавшие в 1950-е годы исследователи страдали от отсутствия источника света, обладающего когерентностью, – очень важным свойством для развития голографии. Первый лазер был изготовлен в 1960 году. С помощью этого прибора можно получить свет, имеющий достаточную когерентность. Юрис Упатниекс и Иммет Лейт, американские ученые, использовали его для создания первых голограмм. С их помощью получались трехмерные изображения предметов.

В последующие годы исследования продолжались. Сотни научных статей, в которых изучалось понятие о голографии, с тех пор были опубликованы, а также издано множество книг, посвященных этому методу. Однако эти труды адресованы специалистам, а не широкому читателю. В данной статье мы постараемся рассказать обо всем доступным языком.

Появление первых голограмм

Впервые некоторые «зачатки» голографии появились еще в 47 году прошлого века. За разработку голограмм английский ученый венгерского происхождения Денис Габор получил Нобелевскую премию. Правда с серьезной задержкой – аж в 1971 году. Отчасти это изобретение можно назвать спонтанным, так как основная задача, которую перед собой поставил Габор, — усовершенствование электронного микроскопа, чтобы тот смог регистрировать данные об амплитудах, а также фазах электронных волн. Это стало возможным благодаря наложению электронных волн на предметную волну попутной когерентной опорной волны.

Габор разработал одно-осевую схему, по которой объект фактически расположен в поле опорных волн. Часть светового потока, что рассеивается на прозрачном объекте, создает в свою очередь предметную волну, а прямо прошедший свет выступает в качестве опорной волны. Во время попадания света на поверхность голограммы, формируется мнимое и действительное изображение объекта. Но данная схема имеет и определенный недостаток – распространение лучей света, прошедшие через голограмму, идут в одном направлении, что мешает правильному и точному восприятию.

Несмотря на то, что голография и голограммы уже были не первый год известны производителям, до 60-го года большого распространения они не получили. Именно в этом году создается первый лазер, после чего уже спустя 2 года была создана первая объемная пропускающая голограмма, что восстанавливалась в лазерном свете. Это уже была двулучевая схема, что открыла больше возможностей для создания оригинальных голограмм. Например, можно было выполнять запись на непрозрачных или трехмерных объектах. Единственным недостатком было то, что для восстановления необходимо было использовать именно лазер, что на то время было сложным.

После этого активную работу над исследованиями и улучшениями голографии начинает советский физик Денисюк, которому удалось осуществить запись голограммы в трехмерной среде. Далее. В 69-м году ученый С. Бентон из Соединенных Штатов Америки впервые записал голограмму, которая была видимой при обычном свете. Голограмма переливалась всеми цветами, из-за чего получила название «радужной». Такой тип голографического изображения оказался достаточно недорогим в производстве и эффективным. А самое главное – удобным, так как больше не нужно было использовать какое-либо специфическое оборудование для того, чтобы увидеть изображение. Благодаря труду Бентона голограммы переходят в серийное производство и активно вливаются на производственный рынок того времени. Интерференционные картины просто «штамповались» на пластик. Начинается их активное применение для защиты важных документов и дорогих продуктов. Позже в условиях активного развития технологий голограммы становятся еще более массовыми в силу своей доступности.

Активное производство голограмм в Советском Союзе стартует в 70-х годах. Большую поддержку этому в свое время оказывала организация ЮНЕСКО. В том числе были выпущены голограммы музейных реликвий, что уже свыше сорока лет экспонируются на многих международных выставках.

Разница между голограммой и обычным фотографическим изображением

В то время как обычное фотографическое изображение фиксирует изменение интенсивности света, голография фиксирует как интенсивность, так и фазу света. Вот почему голограммы создают действительно трехмерные изображения, а не просто создают иллюзию глубины.

Голограмма представляет собой фотографическую запись светового поля, а не изображения, сформированного объективом. Она демонстрирует подсказки визуальной глубины, которые реалистично меняются в зависимости от относительного положения наблюдателя.

Голография также отличается от линзовидной и более ранних технологий автостереоскопического 3D отображения, таких как автостереоскопическое. Несмотря на то, что эти технологии дают схожие результаты, они опираются на традиционную линзовую визуализацию.

Свойства голограмм

Голографическое изображение отличается от фотографии не только своей объемностью, но и еще несколькими важными свойствами.

1. В любую точку плоской голограммы «по Габору» попадает свет, отраженный от всех точек предмета. Это означает, что любой, самый маленький ее участок содержит зрительную информацию обо всем предмете. Голограмму можно разбить на несколько кусков, и каждый будет полностью воспроизводить первоначальное изображение. Отпечаток голограммы, где черные полосы стали прозрачными и наоборот, дает то же изображение, что исходная голограмма. Ни фотография, ни голограмма «по Денисюку» таким свойством не обладает.

2. Голографическое изображение можно увеличить на стадии восстановления. Когда голограмму записывают параллельным световым пучком, а восстанавливают расходящимся, изображение увеличивается пропорционально углу расхождения (геометрический коэффициент увеличения kг). Если запись ведется излучением длиной волны l1, а восстановление – кратной ему l2 > l1, изображение станет больше в k = l2/l1 раз (волновой коэффициент увеличения kв). Полное увеличение равно произведению обоих коэффициентов; например, для рентгеновского микроскопа (l1 = 10–2 мкм, l2 = 0,5 мкм) с kг = 200 полное увеличение k = 106.

3. Если на одну пластинку записать несколько голограмм, используя разные, но не кратные, длины волн, все они могут быть считаны независимо при помощи лазеров с соответствующим излучением. Таким же образом можно записать и полноцветное изображение.

4. Голограмму можно рассчитать и нарисовать при помощи компьютера и даже вручную. Так, зонную пластинку Френеля нетрудно начертить, получив простейшую голограмму одной точки, но чем сложнее объект, тем более запутанной становится такая искусственная голограмма.

Принцип формирования голограммы

Голография — это особая технология фотографирования, с помощью которой получаются трехмерные (объемные) изображения объектов. Это стало возможным благодаря двум свойствам световых волн – дифракции (преломление, огибание) и интерференции (перераспределение интенсивности света при наложении нескольких волн).

В процессе визуализации голограммы в определенной точке пространства происходит сложение двух волн – опорной и объектной, образовавшихся в результате разделения лазерного луча. Опорную волну формирует непосредственно источник света, а объектная отражается от записываемого объекта. Здесь же размещается фотопластина, на которой «отпечатываются» темные полосы в зависимости от распределения электромагнитной энергии (интерференции) в данном месте.

Аналогичный процесс происходит и на обычной фотопленке. Однако для воспроизведения изображения с нее требуется распечатка на фотобумаге, тогда как с голограммой все происходит несколько иначе. В данном случае для воспроизведения «портрета» объекта достаточно «осветить» фотопластину волной, близкой к опорной, которая преобразует ее в близкую к объектной волну. В результате мы увидим почти что точное отражение самого объекта при отсутствии его в пространстве.

Можно ли сохранить луч света?

Сколько голограмм в вашем кошельке? Если у вас есть какие-то деньги, ответ, вероятно, будет: «довольно много.» Голограммы – это блестящие металлические узоры с призрачными изображениями внутри банкнот, которые помогают бороться с фальшивомонетчиками, так как их очень трудно воспроизвести. На кредитных картах тоже есть голограммы. Но для чего еще можно использовать голограммы?

Еще в 19 веке гениальные изобретатели помогли решить эту проблему, открыв способ захвата и хранения изображений на химически обработанной бумаге. Фотография, как известно, произвела революцию в том, как мы видим мир и взаимодействуют с ним – и она дала нам фантастические формы развлечений в 20-м веке в виде фильмов и телевидения. Но как бы реалистично или художественно ни выглядела фотография, о ее реальности не может быть и речи. Мы смотрим на фотографию и мгновенно видим, что изображение – это застывшая история: свет, который захватил объекты на фотографии, исчез давным-давно и никогда не может быть восстановлен.

Еще больше увлекательных статей на самые разные темы ищите на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там выходят статьи, которых нет на сайте.

Голограмма безопасности на банкноте помогает остановить фальшивомонетчиков – их труднее воспроизвести, чем другие устройства безопасности.

3D-голограмма и ее применение

Современная голограмма – это по сути трехмерная проекция объемного изображения конкретного предмета. 3D-голограмма уверенно осваивает самые различные сферы человеческой деятельности. Примеров тому множество. Один из них – голограммы в воздухе. Это голографические модели (масштаб 1:1) и 3D-пирамиды. На презентациях, конференциях, выставках и прочих мероприятиях различного уровня все чаще используются пространственные голограммы, которые создаются с помощью голографических проекторов. Простейший 3D-проектор можно сделать своими руками из обычного смартфона.

Как работают голографические проекторы

Современные модели проекторов способны создавать огромное число 3D-эффектов. Среди них голографические видеопроекции, создаваемые благодаря использованию прозрачных пленок обратной видеопроекции. Видеопоток, проходя через них, создает изображение, буквально «парящее» в воздухе.

В ряду новейших технологий передачи информации – видеоконференции и интерактивная голография, формирующая эффект висящей в воздухе прозрачной поверхности.

Возможности голографических проекторов по мере развития современных технологий постоянно расширяются, а качество изображений улучшается. Они становятся доступнее и компактнее. Сегодня на вечеринках и в ночных клубах можно встретить лазерные голографические мини-проекторы, создающие сложные лазерные «рисунки», которые сочетаются с дымовыми эффектами.

Физические принципы

Рассеянный объектом свет характеризуется волновыми параметрами: амплитудой и фазой, а также направлением в пространстве. В обычной фотографии регистрируется только амплитуда световых волн, и её распределение в пределах двумерного светоприёмника. Для этого используется объектив, строящий действительное изображение объекта записи. Полученное плоское изображение может создавать только иллюзию объёма за счёт перспективы, светотени и перекрытия объектами друг друга. Стереофотография позволяет с помощью двух и более объективов более достоверно имитировать объём за счёт свойств бинокулярного зрения, но даёт возможность наблюдать записанные объекты с ограниченного числа ракурсов, чаще всего с единственного.

Микрофотография участка голограммы. Чёрные полосы отмечают места пучностей интерференционной картины

Записанная интерференционная картина на проявленной фотопластинке может выполнять роль дифракционной решётки. Поэтому, если её осветить светом с длиной волны, совпадающей с опорной, эта решётка за счёт дифракции преобразует свет в волну, близкую к объектной. Таким образом, при воспроизведении голограммы образуется световое поле, в точности соответствующее записанному по амплитуде, фазе и направлению. В результате зритель видит в месте расположения объекта съёмки относительно фотопластинки его мнимое изображение. Вторая волна, образованная при освещении голограммы, образует действительное изображение. Обработанная обычным способом фотопластинка хранит амплитудную информацию о световом поле, записанную в виде чёрно-белой дифракционной решётки из проявленного металлического серебра. Другая технология предусматривает отбеливание проявленного серебра, в результате чего в соответствующих местах толщина желатины уменьшается пропорционально полученной экспозиции, образуя фазовую решётку. При дешифровке таких голограмм из-за разницы хода лучей в желатиновом слое, изменяется фаза когерентного восстанавливающего пучка, но не его интенсивность. Такая отбелённая голограмма называется «фазовой».

Независимо от разновидности голограмм, технология их записи сопряжена с очень строгими ограничениями. Регистрируемая интерференционная картина состоит из деталей, размер которых сопоставим с длиной волны используемого света. Она может быть зафиксирована лишь фотоэмульсиями с очень большой разрешающей способностью, достигающей нескольких тысяч линий на миллиметр. Фотоматериалы с такой эмульсией обладают крайне низкой светочувствительностью, требуя длинных выдержек. В то же время, чёткая запись мелких деталей интерференционной картины возможна только при соблюдении постоянства положения объекта и всех элементов регистрирующей установки, которые за время экспозиции не должны смещаться друг относительно друга более, чем на четверть длины волны. Поэтому для монтажа всех элементов записывающей установки используются многотонные гранитные, бетонные или стальные плиты, предотвращающие вибрации и тепловую нестабильность. Кроме того, пределы пространственной когерентности не позволяют регистрировать изображение протяжённых объектов и ограничивают глубину отображаемого пространства несколькими метрами.

В наши дни известны несколько десятков разновидностей голограмм, отличающихся схемой освещения, источником света и регистрирующей средой: Френеля, Фраунгофера, Фурье, фазовая, «киноформ», «радужная», внеосевая, цилиндрическая, термопластическая и другие. Однако, все они являются производными от двух наиболее известных схем записи на фотопластинку.

Схема записи Лейта-Упатниекса

Запись голограммы по методу Лейта-Упатниекса. На схеме: 5 — опорная волна и 6 — объектная волна

Лейт и Упатниекс отказались от осевой технологии записи голограмм, использованной Габором в 1948 году из-за ряда её недостатков. Они разработали так называемую «неосевую схему», направив опорную волну под углом и разделив свет на две части, попадающие на фотопластинку разными путями. Луч лазера 1 делится призмой 3 с полупрозрачной гранью на два потока: опорный и объектный. Полученные лучи с помощью рассеивающих линз 4 расширяются и направляются на объект и регистрирующую среду (например, фотопластинку). Отражённый от регистрируемого объекта свет 6 объектной волны падает на пластинку 7 с той же стороны, что и опорная волна 5. В результате на поверхности фотоэмульсии формируется неподвижная картина интерференции отражённого от объекта света с опорной волной.

После проявления на фотопластинке образуются микроскопические полосы, соответствующие пучностям интерференционной картины. Для невооружённого глаза при обычном освещении полученная голограмма выглядит, как равномерно засвеченная фотопластинка. Дешифровка записи происходит при освещении лазером с той же длиной волны, что была использована в момент съёмки. В результате дифракции на мелких деталях голограммы, свет отклоняется, образуя два изображения с разных сторон фотопластинки. Со стороны источника света образуется мнимое изображение снятых объектов, которое является автостереоскопическим и многоракурсным. С противоположной стороны образуется действительное изображение, которое можно наблюдать на экране или записать плоским светоприёмником, как в обычной фотографии. Таким способом может быть получено только монохромное изображение того же цвета, что у излучения использованного лазера. Применение для записи трёх лазеров с разными длинами волн при дешифровке даёт изображение низкого качества из-за образования нескольких ложных изображений, накладывающихся на основное.

Схема записи Денисюка

Запись голограммы методом Денисюка. 1 — лазер; 2 — зеркало; 4 — рассеивающая линза; 5 — опорная волна; 6 — свет, прошедший через фотопластинку на объект; 7 — фотопластинка

В 1962 году советский физик Юрий Денисюк предложил технологию голографии, соединяющую принцип Габора с методом цветной фотографии Липпмана. Для этого предполагалось использовать специальные толстослойные фотоэмульсии. При такой технологии луч лазера 1 рассеивается линзой 4 и направляется на фотопластинку 7. Часть луча 6, прошедшая сквозь неё, освещает объект. Отражённый от объекта свет формирует объектную волну. Как видно на рисунке, опорная 5 и объектная волны падают на пластинку с разных сторон. Главным достоинством метода является возможность записи цветных голограмм с помощью трёх монохроматических лазеров основных цветов, лучи которых перед входом в коллиматор объединяются в один общий. В отличие от метода Лейта-Упатниекса в этом случае не образуется ложных изображений.

Благодаря использованию толстых фотоэмульсий с высокой разрешающей способностью, информация о цвете записывается и воспроизводится так же, как в липпмановской фотографии. Образованные проявленным серебром микроскопические структуры за счёт интерференции беспрепятственно отражают те длины волн белого света, которые соответствуют цвету объекта, и гасят все остальные. Поэтому воспроизведение голограмм Денисюка не требует лазера, а цветное объёмное изображение видно при обычном дневном освещении, практически как на обычной фотографии. Метод отличается относительной простотой и получил наиболее широкое распространение в изобразительной голографии.

Преимущества использования голограмм

Удивительно, но на данный момент именно голограммы по праву считаются одним из наиболее надежных способов защитить продукцию от контрафакта. С точностью подделать голограмму практически нереально, даже имея на руках профессиональное и дорогое оборудование. Сам принцип ее создания не позволяет этого сделать. Ведь мы говорим не об изображении, а о более сложной системе световых волн.

При всех своих положительных качествах и возможностях голограммы являются достаточно недорогим решением. Даже не самые «раскрученные» бренды могут позволить себе использовать голограммы на этикетках для защиты.

Наиболее распространено применение голограмм на алкогольной продукции по вполне понятным причинам. Контрафакт здесь встречается гораздо чаще, чем в других отраслях. А поддельная продукция в том числе может нанести серьезный вред человеческому здоровью. Поэтому производители сами заинтересованы в том, чтобы поддельная продукция, которая бы копировала их бренд, не появилась на рынке.

Важно четко понимать, что контрафакт сегодня существует практически во всех отраслях. И чем более известный и популярный бренд, тем больше интереса он вызывает у фальсификаторов, которые так или иначе стараются нажиться на чужом добром имени. Поэтому задача каждого производителя – позаботиться о полной защите этикетки. Не обязательно использовать именно голограммы. Можно выбрать и другие методы или совмещать несколько видов для большего эффекта. Но если ищете решение, которое бы сочетало в себе доступность цены и надежность, обходить голограммы стороной определенно не стоит.

Если вас интересует печать этикеток с оригинальными голограммами, обращайтесь в компанию Этикетки24. Для вас мы выполним оперативное производство, гарантируем высокое качество печати и невозможность подделки голограмм. Наша цель – не просто предоставить клиенту красивую и неповторимую этикетку, но и гарантировать высокую степень защиты от подделки. Мы знаем, что от этого напрямую зависит репутация вашей компании и ваше лицо на рынке в своем сегменте. Поэтому к своей работе подходим со всей ответственностью.

Готовы обсудить с вами все детали сотрудничества, предложить несколько вариантов производства и персонализации этикетки. Не только посредством использования голографии, но и других актуальных на сегодняшний день методов. Звоните, спрашивайте и делайте заказы на качественную печать.

Акустическая голография

Голография на дисплее смартфона

С появлением мобильных телефонов, а позже смартфонов, стало ясно, что однажды пути этих двух знаковых технологий XXI века пересекутся. Так и случилось. И вот уже YouTube переполнен советами пользователей по превращению смартфона в голографический мини-проектор.

Свежую идею подхватил один из лидеров по производству цифровых фото- и видеокамер компания RED. В июле прошлого года она представила первый в мире смартфон с 5,7 дюймовым голографическим экраном – RED Hydrogen One. Кроме привычных 2D-изображений он воспроизводит трехмерный контент без помощи специальных очков, а также контент для виртуальной и дополненной реальностей.

Голограммы из будущего

Уже к 2020 году японские инженеры обещают представить первые модели голографических телевизоров на основе технологии, разработанной Дэниэлом Смолли из MIT. А с помощью технологии псевдоголографии TeleHuman люди смогут разговаривать с голографическими образами.

Свою лепту внесла Microsoft, разработав технологию голопортации. Она предполагает передачу объемного отсканированного изображения собеседника в режиме онлайн и создания его трехмерной модели.

Специалисты лаборатории Digital Nature Group из Японии научились с помощью фемтосекундных лазеров создавать голограммы, которые к тому же можно потрогать руками, не опасаясь нежелательных последствий. Это стало возможным за счет сокращения длительности лазерных импульсов с нано- до фемтосекунд.

Практическое применение голографии

Как способ записи изображения оптическая голография не смогла составить серьёзной конкуренции обычной фотографии и кинематографу, в том числе и их 3D-версиям. Технология нашла применение в других областях, став неотъемлемой частью современной науки и техники.

Искусство

Классическая голография не позволяет записывать изображение ландшафтов и протяжённых сцен из-за пространственного ограничения когерентности. Съёмка вне лабораторной установки с лазерным освещением также невозможна. Однако, технологии доступно создание голографических портретов и предметная съёмка, например в жанре натюрморта. Более широкими возможностями обладает мультиплексная голограмма, пригодная для получения автостереограмм любых объектов.

Достоверность голографического изображения привлекала современных художников с первых лет своего существования, заставляя правдами или неправдами проникать в лаборатории записи объёмных картин. Часто работа велась в содружестве с учёными, а некоторые представители изобразительного искусства освоили научную теорию голографии сами. Одним из первых художников, создавших объёмные картины по новейшей технологии, стал Сальвадор Дали. Наиболее известная выставка голограмм, состоявшаяся в 1972 году в Нью-Йорке, стала второй после его же экспозиции 1968 года в Мичиганской Академии Чанбрук. В Великобритании технику голографии использовала художница Маргарет Беньон, устроившая персональную выставку голограмм в галерее Ноттингемского Университета в 1969 году. Год спустя открылась её выставка в лондонской Lisson Gallery, анонсированная как «первая в Лондоне экспозиция голограмм и стереофотографий».

Настоящим прорывом для популяризации голографии стало создание изобретателем мультиплексной голограммы Ллойдом Кроссом и канадским скульптором Герри Петиком упрощённой технологии, позволившей записывать голограммы без дорогостоящего лабораторного оборудования. Вместо многотонного гранитного стола они использовали ящик с песком, куда втыкаются полимерные трубы с закреплёнными оптическими элементами установки. После этого в разных странах начали появляться голографические художественные студии, в числе которых открылась «Школа голографии», учреждённая Ллойдом Кроссом в Сан-Франциско. В Нью-Йорке появился первый в мире Музей голографии. Ни одна из этих организаций не дожила до сегодняшнего дня, их место заняли Центр голографических искусств в Нью-Йорке и «Холоцентр» в Сеуле, где художникам предоставлена возможность создавать произведения с помощью голографии.

Голограмма человека

Первым человеком в виде голограммы стала героиня «Звездных войн» (эпизод IV) принцесса Лея. С тех пор — а прошло уже более 40 лет – голография прочно прописалась на киноэкранах наряду с другими спецэффектами в многочисленных голливудских блокбастерах.

О том, что с тех пор голография совершила головокружительный технологический рывок, стало ясно 19 мая 2014 года в Лас-Вегасе при вручении премии Billboard Music Awards, когда перед потрясенными зрителями, как в старые добрые времена спел и станцевал… покойный Майкл Джексон. Чудесное «воскресение» стало возможным, благодаря великолепной голограмме, которую сотворила компания Pulse Evolution.

Хранение данных

По мере развития технологии оказалось, что кроме записи изображения голография пригодна для хранения любых данных. Первая система IBM 1360 с таким назначением, основанная на голографической записи на фотоплёнку, увидела свет уже в 1966 году. Однако, невысокая скорость доступа к данным не позволила конкурировать с другими технологиями цифровой памяти. Более поздние системы голографической памяти Unicon, Holoscan и Megafetch были значительно совершеннее, и обеспечивали скоростной доступ при больших объёмах. С помощью голографии возможна очень высокая плотность записи информации в кристаллах или фотополимерах, поскольку запись происходит не на поверхности, а по всему объёму. Существующие технологии хранения, такие как Blu-Ray диски, хранят данные на поверхности и ограничивают плотность записи дифракционным пределом используемого света. По сравнению с ними голографическая память считается наиболее перспективной технологией, позволяя записывать и извлекать информацию не отдельными битами, а блоками или страницами. Одна из таких разработок, реализованная в 2005 году компаниями Optware и Maxell под названием Holographic Versatile Disc, позволяет записывать на диск диаметром 12 сантиметров 3,9 терабайт информации. Однако, на массовый рынок технология так и не вышла, как и аналогичная разработка компании InPhase Technologies, год спустя заявившей о создании голографического диска ёмкостью 500 гигабайт.

Голографическая интерферометрия

Более широкое применение голография нашла в некоторых областях науки и техники для точной регистрации и неразрушающего контроля производства. Голографическая интерферометрия позволяет сделать видимыми процессы и дефекты, невидимые глазом и не поддающиеся регистрации другими способами. Например, голографические методы выявляют микроскопические отклонения поверхностей, в том числе вибрирующих, а также неоднородность газовых и жидкостных сред. При этом регистрируются отклонения поверхности, по своей величине сопоставимые с длиной волны используемого излучения. Все эти технологии нашли широкое применение в дефектоскопии и технических исследованиях.

Защита документов

Защитная голограмма на акцизной марке

«Радужные» голограммы Бентона широко используются для маркировки товаров и подтверждения подлинности документов. Голограммы можно встретить на современных банкнотах разных валют: на бразильских риалах, английских фунтах, южнокорейских вонах, японских йенах, индийских рупиях, канадских долларах, датских кронах и на евро. Стандартная степень защиты в виде голограммы присутствует и на банковских картах. Первой такую степень защиты использовала корпорация MasterCard, в 1983 году добавившая голограмму на свои кредитные карты. Такие голограммы с микро- и нанотекстами и сложными изображениями, однажды закреплённые на карте, практически невозможно удалить. Технология печати таких голограмм, разработанная в 1974 году Майклом Фостером, позволяет тиражировать их в неограниченных количествах. Однако, технологическая сложность процесса остаётся практически непреодолимым барьером для подделок.

Микроскопия

Одно из важных свойств голографии заключается в изменении размеров изображения при освещении голограммы лазером с длиной волны, отличающейся от опорной. При дешифровке голограммы светом с длиной волны, превосходящей длину волны опорного излучения при записи, изображение предметов выглядит увеличенным по сравнению с размерами исходного объекта. Коэффициент такого увеличения равен отношению длин волн восстанавливающего и записывающего света. Например, в случае записи голограммы с помощью ультрафиолетового лазера с длиной волны 310 нанометров и последующим её чтением с помощью лазера видимого света, например, красного с длиной волны 635 нанометров, наблюдатель видит увеличенное в два раза изображение снятых объектов. Однако, в микроскопии редко пользуются этим эффектом, в том числе из-за неизбежных голографических аберраций, возникающих при различии длины волн опорного и восстанавливающего пучков.

Возможности голографии позволяют преодолеть главное ограничение микроскопов, накладываемое зависимостью разрешающей способности от апертуры. Кроме того, голографические методы позволяют значительно увеличить глубину резко изображаемого пространства. Для этого с помощью обычного микроскопа рассматривают не сам объект, а его действительное изображение, формируемое записанной с объекта голограммой. Технологии голографии дали возможность добиться впечатляющих успехов в электронной микроскопии. Разработаны методы получения трёхмерных изображений субатомных структур.

Искусственные голограммы

Современные компьютеры дают возможность генерировать голограммы несуществующих объектов. Для этого на основе данных о форме и характеристиках нужного объекта, рассчитывается создаваемая им объектная волна. Данные объектной волны суммируются с данными опорной, давая интерференционную картину с её последующей визуализацией при помощи фотовывода. Голограммы виртуальных объектов применимы в науке и технике: например, созданные с помощью компьютера голограммы оптических элементов могут быть использованы в реальных оптических системах для корригирования сложных аберраций. Возможности создания произвольной формы голографических оптических поверхностей позволяют получать высокое качество оптики.

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

Источник

ГОЛОГРАФИЯ

ГОЛОГРАФИЯ (от греч. холос – полный и графо – пишу) – способ получения объемных изображений предметов на фотопластинке (голограмме) при помощи когерентного (см. КОГЕРЕНТНОСТЬ) излучения лазера. Голограмма фиксирует не само изображение предмета, а структуру отраженной от него световой волны (ее амплитуду и фазу). Для получения голограммы необходимо, чтобы на фотографическую пластинку одновременно попали два когерентных световых пучка: предметный, отраженный от снимаемого объекта, и опорный – приходящий непосредственно от лазера. Свет обоих пучков интерферирует, создавая на пластинке чередование очень узких темных и светлых полос – картину интерференции.

На экспонированной таким образом и проявленной пластинке отсутствует какое-либо изображение, однако его в зашифрованном виде содержит система интерференционных полос, и если голограмму просветить, как диапозитив, лазерным светом той же частоты, что была использована при записи, возникнет «восстановленная голограмма» – объемное изображение снятого предмета, словно висящего в пространстве. Меняя точку наблюдения, можно заглянуть за предметы на первом плане и увидеть детали, ранее скрытые от взгляда, Свет, проходя сквозь систему черно-белых полос голограммы, испытывает дифракцию и воспроизводит волновой фронт, исходивший от снятого предмета (см. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ). Аналогичным образом лазерный луч, пропущенный сквозь отверстие очень малого диаметра, даст на фотопластинке, поставленной за отверстием, систему колец (так называемые «кольца Френеля»). А световой пучок, проходящий сквозь их изображение («зонную пластинку»), сойдется в точку. Кольца Френеля представляют собой простейшую голограмму – голограмму точки.

Голографию изобрел (и придумал название) английский физик Деннис Габор в 1947, исследуя законы построения изображений в оптике и работая над совершенствованием электронного микроскопа. Он пришел к выводу, что зарегистрировать полное изображение предмета можно без объектива, используя только пучок когерентного монохроматичного света. Первые голограммы были получены им при помощи ртутной лампы, из спектра излучения которой «вырезалась» очень узкая полоса частот. Диаметр пучка составлял 1–2 микрона, а время экспозиции – несколько часов. Между источником света и фотопластинкой помещался либо прозрачный объект, либо предмет небольшого размера, так что излучение источника выполняло одновременно функции и предметного, и опорного пучков. Поэтому при восстановлении голограммы возникали сразу два изображения на одной линии, которые создавали взаимные помехи при регистрации. Все это делало невозможным практическое применение голографии, и о ней надолго забыли.

После появления мощного источника когерентного света – лазера интерес к голографии вспыхнул вновь. В 1962 американские оптики и радиофизики Эммет Лейт и Дж. Юрис Упатниекс усовершенствовали схему Габора, разделив предметный и опорный пучки, которые стали теперь пересекаться непосредственно перед фотопластинкой. Это позволило, во-первых, голографировать непрозрачные предметы сложной формы, а во-вторых, разнести восстановленные изображения в пространстве. Схема Лейта – Упатниекса стала основой современных голографических установок.

В это же время на голографические методы записи изображения обратил внимание российский физик Юрий Николаевич Денисюк. Он создал принципиально новый способ записи голограмм в толстом слое фотографической эмульсии. Предметный и опорный пучки приходят к пластинке с разных сторон и интерферируют. В объеме ее эмульсионного слоя на разной высоте в областях максимумов интерференции возникают микроскопические пятна почернения. Падающий на проявленную голограмму свет отражается от них и, интерферируя, формирует восстановленное изображения предмета. При этом из голограммы выходят только свет, частота которого равна частоте записывающего лазерного излучения, а все остальные частоты автоматически подавляются. Объемную голограмму восстанавливают обычным белым светом, получая монохромное изображение.

В своей работе Ю.Денисюк опирался на способ получения цветных фотографических изображений, разработанный французским физиком Габриэлем Липпманом в 1891. Луч света из объектива его фотоаппарата попадал на пластинку, залитую с обратной стороны ртутью (ее слой служил зеркалом). Отраженные световые волны интерферировали с падающими, создавая в толще фотографической эмульсии стоячие волны. В местах их пучностей возникали области почернения – отражающие поверхности, каждая из которых отражала свет только «своего» цвета. Изображение было цветным, но не объемным.

Современная технология позволяет копировать объемные голограммы «по Денисюку» типографским способом. Для этого голограмму получают в особом светочувствительном материале – фоторезисте. После экспонирования материал обрабатывают растворителем, который смывает его слой до зон почернения. Образуется микрорельеф, с которого снимают отпечаток – матрицу. При помощи этой матрицы в пластическом материала печатают копии голографического рельефа, покрывают их слоем металла и прозрачной защитной пленкой. Таким способом изготавливают защитные марки на упаковках пищевых продуктов и документах. Подделать их практически невозможно.

Голографические изображения можно получать при помощи любых когерентных волн, например, акустических, возбужденных в жидкости синхронно работающими вибраторами. Интерференция звуковых волн создает на поверхности жидкости рябь, с которой эту акустическую голограмму восстанавливают лазерным лучом.

Свойства голограмм.

Голографическое изображение отличается от фотографии не только своей объемностью, но и еще несколькими важными свойствами.

1. В любую точку плоской голограммы «по Габору» попадает свет, отраженный от всех точек предмета. Это означает, что любой, самый маленький ее участок содержит зрительную информацию обо всем предмете. Голограмму можно разбить на несколько кусков, и каждый будет полностью воспроизводить первоначальное изображение. Отпечаток голограммы, где черные полосы стали прозрачными и наоборот, дает то же изображение, что исходная голограмма. Ни фотография, ни голограмма «по Денисюку» таким свойством не обладает.

3. Если на одну пластинку записать несколько голограмм, используя разные, но не кратные, длины волн, все они могут быть считаны независимо при помощи лазеров с соответствующим излучением. Таким же образом можно записать и полноцветное изображение.

4. Голограмму можно рассчитать и нарисовать при помощи компьютера и даже вручную. Так, зонную пластинку Френеля нетрудно начертить, получив простейшую голограмму одной точки, но чем сложнее объект, тем более запутанной становится такая искусственная голограмма.

Применение голографии.

Наиболее широкое применение голография находит в науке и технике. Голографическими методами контролируют точность изготовления изделий сложной формы, исследуют их деформации и вибрации. Для этого деталь, подлежащую контролю, облучают светом лазера, и отраженный свет пропускают сквозь голограмму эталонного образца. При отклонении размеров от эталонных, искажении формы и появлении поверхностных напряжений возникают полосы интерференции, число и расположение которых характеризует степень отличия изделия от образца или величину деформаций. Аналогичным образом исследуют обтекание тел потоками жидкости и газа: голограммы позволяют не только увидеть в них вихри и области уплотнений, но и оценить их интенсивность.

Голографическими методами можно распознавать образы, т.е. искать объекты, идентичные заданному, среди множества других, похожих на него. Такими объектами могут быть геометрические фигуры, фотографии людей, буквы или слова, отпечатки пальцев и т.д. На пути лазерного луча устанавливают сначала кадр, на котором может находиться искомый объект, а за ним – голограмму этого объекта. Появление яркого пятна на выходе говорит, что объект в кадре присутствует. Такая оптическая фильтрация может производиться автоматически и с большой скоростью.

Методами акустической голографии удается получать объемные изображения предметов в мутной воде, где обычная оптика бессильна.

Голограммы музейных редкостей уже сделались довольно обычной вещью: они не только экспонируются на выставках, но и продаются в сувенирных ларьках. Начинают появляться, хотя и очень редко, объемные книжные иллюстрации. А голографическое кино и телевидение, несмотря на многолетние исследования и экспериментальные съемки, возникнет, видимо, нескоро.

Источник

Голография

Гологра́фия (др.-греч. ὅλος — полный + γραφή — пишу) — набор технологий для точной записи, воспроизведения и переформирования волновых полей.

Содержание

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.

После создания в 1960 году красных рубинового (длина волны 694 нм, работает в импульсном режиме) и гелий-неонового (длина волны 633 нм, работает непрерывно) лазеров, голография начала интенсивно развиваться.

В 1967 году рубиновым лазером был записан первый голографический портрет.

В результате длительной работы в 1968 году Юрий Николаевич Денисюк получил высококачественные (до этого времени отсутствие необходимых фотоматериалов мешало получению высокого качества) голограммы, которые восстанавливали изображение, отражая белый свет. Для этого им была разработана своя собственная схема записи голограмм. Эта схема называется схемой Денисюка, а полученные с её помощью голограммы называются голограммами Денисюка.

В 1977 году Ллойд Кросс создал так называемую мультиплексную голограмму. Она принципиально отличается от всех остальных голограмм тем, что состоит из множества (от десятков до сотен) отдельных плоских ракурсов, видимых под разными углами. Такая голограмма, естественно, не содержит полную информацию об объекте, кроме того, она, как правило, не имеет вертикального параллакса (то есть 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) и размерами фотопластинки. Мало того, можно создать мультиплексную голограмму объекта, которого вовсе не существует! Например, нарисовав выдуманный объект с множества различных ракурсов. Мультиплексная голография превосходит по качеству все остальные способы создания объёмных изображений на основе отдельных ракурсов (например, линзовые растры), однако она всё равно далека от традиционных методов голографии по реалистичности.

В 1986 году Абрахам Секе [5] выдвинул идею создания источника когерентного излучения в приповерхностной области материала путем облучения его рентгеновским излучением. Поскольку пространственное разрешение в голографии зависит от размеров источника когерентного излучения и его удаленности от объекта, то оказалось возможным восстановить окружающие эмиттер атомы в реальном пространстве. В отличие от оптической голографии, во всех предложенных на сегодняшний день схемах электронной голографии восстановление изображения объекта осуществляется с помощью численных методов на компьютере. В 1988 году Бартон предложил такой метод для восстановления трехмерного изображения, основанный на использовании фурье-подобных интегралов, и продемонстрировал его эффективность на примере теоретически рассчитанной голограммы для кластера известной структуры. Первое восстановление трехмерного изображения атомов в реальном пространстве по экспериментальным данным проведено для поверхности Cu(001) Харпом в 1990 году.

Схема записи Лейта-Упатниекса

В этой схеме записи [6] луч лазера делится специальным устройством, делителем (в простейшем случае в роли делителя может выступать любой кусок стекла), на два. После этого лучи с помощью линз расширяются и с помощью зеркал направляются на объект и регистрирующую среду (например, фотопластинку). Обе волны (объектная и опорная) падают на пластинку с одной стороны. При такой схеме записи формируется пропускающая голограмма, требующая для своего восстановления источника света с той же длиной волны, на которой производилась запись, в идеале — лазера.

Схема записи Денисюка

В 1962 г. советский физик Юрий Николаевич Денисюк предложил перспективный метод голографии с записью в трехмерной среде. [7] В этой схеме луч лазера расширяется линзой и направляется зеркалом на фотопластинку. Часть луча, прошедшая через неё, освещает объект. Отраженный от объекта свет формирует объектную волну. Как видно, объектная и опорная волны падают на пластинку с разных сторон (т. н. схема на встречных пучках). В этой схеме записывается отражающая голограмма, которая самостоятельно вырезает из сплошного спектра узкий участок (участки) и отражает только его (т.о. выполняя роль светофильтра). Благодаря этому изображение голограммы видно в обычном белом свете солнца или лампы (см. иллюстрацию в начале статьи). Изначально голограмма вырезает ту длину волны, на которой её записывали (однако в процессе обработки и при хранении голограммы эмульсия может менять свою толщину, при этом меняется и длина волны), что позволяет записать на одну пластинку три голограммы одного объекта красным, зелёным и синим лазерами, получив в итоге одну цветную голограмму, которую практически невозможно отличить от самого объекта.

Эта схема отличается предельной простотой и в случае применения полупроводникового лазера (имеющего крайне малые размеры и дающего расходящийся пучок без применения линз) сводится к одному лишь лазеру и некоторой основы, на которой закрепляется лазер, пластинка и объект. Именно такие схемы применяются при записи любительских голограмм.

Регистрирующие среды

Голография крайне требовательна к разрешающей способности фотоматериалов. Расстояние между двумя максимумами интерференционной картины того же порядка, что и длина волны лазера, а последняя чаще всего составляет 632,8 нм для гелий-неонового лазера, 532 нм для неодимового лазера на второй гармонике, 514 нм и 488 нм для аргонового лазера. Таким образом, это величина порядка 0.0005 мм. Чтобы получить чёткое изображение картины интерференции, потребовались регистрирующие среды с разрешающей способностью до 6000 линий на миллиметр (при записи по схеме на встречных пучках с углом схождения лучей 180°).

Регистрирующие среды подразделяются на плоские (двумерные) и объёмные (трёхмерные или толстые). Для классификации используется параметр, который иногда в литературе называют критерий Клейна:

,

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 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.

Сегнетоэлектрические кристаллы

При голографической записи, в качестве регистрирующей среды, так же широко используются сегнетоэлектрические кристаллы. В основном это ниобат лития — LiNbO₃. 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. [10]

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. [11]

Источник

Что нам стоит д̶о̶м̶ голограмму построить?

Голограмма… Известное многим слово, за которым скрываются высокие технологии, сулящие большие перспективы в деле хранения информации, защиты, а также художественном самовыражении.

Нет, в этой статье речь не пойдёт о голографическом проецировании изображений или видео в воздухе, как в Звёздных Войнах (хотя, это было бы неплохо), мы поговорим о возможности самостоятельного изготовления голограмм для различных целей.

▍ Общая информация

Ниже я постараюсь рассказать о голографии максимально популярно, избегая сложных понятий и конструкций (чтобы у вас появилось общее понимание), а также дать обзор сути вопроса, который позволит вам при возникновении соответствующего интереса, сконцентрироваться уже на конкретном направлении. Итак…

Начало голографии было положено работами физика Дениша Габора, ещё в 1947 году, когда он работал над усовершенствованием метода микроскопии. К слову сказать, за эту работу в 1971 году он получил Нобелевскую премию по физике.

В отличие от обычных фотографий, где при записи изображения происходит регистрация только самих световых волн — в голографии, регистрируются ещё и их фазы, и направления. Благодаря явлению интерференции (под которой понимается взаимное изменение амплитуд волн), при взаимодействии их друг с другом, это приводит к возникновению участков максимумов и минимумов интенсивности, которые выглядят как яркие и затемнённые участки:

Картинка laser-portal

Картинка obrazovaka

К слову сказать, интересным моментом в голографии является то, что объективы не требуются. Достаточно только направлять когерентные источники света должным образом, чтобы луч от них полностью осветил как регистрируемой объект (например, натюрморт, который мы «фотографируем»), так и светочувствительную пластинку.

Если подобную интерференционную картину нанести на какую-либо прозрачную пластинку, после чего осветить её лучом с той же длиной волны, который использовался при создании её (опорный луч), то произойдёт восстановление волны второго луча (объектный луч), который использовался для создания этой картины.

Таким образом, можно сказать, что эта картина выступает как дифракционная решётка.

Именно на этом принципе и построен способ регистрации голограмм, называемый схемой Лейта — Упатниекса.

На этой картинке вы можете видеть, что один и тот же источник когерентного излучения делится на два луча, один из которых называется опорным, — который направлен на фоточувствительную пластинку, и второй, который называется объектным, — тот, что освещает регистрируемый объект.

В результате наложения двух световых лучей, попадающих на фотографическую пластинку, и возникает интерференционная картина, подобная той, что была показана выше. Причём в дальнейшем, возможно «оглядывать» объёмное голографическое изображение объекта, в пределах того угла расхождения двух лучей, при помощи которых производилась запись изображения (опорного и объектного).

Визуально изображение на пластинке является не наблюдаемым невооружённым взглядом, и становится видимым, только при освещении соответствующим когерентным источником света.

В дальнейшем эта схема была улучшена Юрием Денисюком, который предложил улучшение, заключающееся в том, что объект располагается за пластинкой, и когерентный луч света, проходя сквозь пластинку, отражается от объекта и возвращается обратно. В результате этого на пластинке возникало взаимодействие двух противоположно направленных лучей, что приводило к возникновению интерференционной картины. Эта схема была хороша тем (в отличие от предыдущего варианта), что в ней возможно использовать три отдельных когерентных источника света, которые поочерёдно освещают пластинку:

Картинка holographypro

В результате чего образуется интерференционная картина, которая может быть восстановлена обычным белым цветом, то есть, говоря популярно, для просмотра подобной голограммы не требуются лазеры и она может быть просмотрена даже при обычном дневном свете!

Все дальнейшие работы, проводящиеся в лабораториях, либо энтузиастами — в той или иной степени опираются на эти две схемы.

▍ Трудности и пути решения

Если попытаться некоторым образом подытожить все трудности, которые подстерегают на пути к голографии, то основной из них является способ регистрации голограмм.

Суть проблемы заключается в «отсутствии всего и сразу».

А именно: по идее, вам необходим фотографический материал, который мог бы с достаточно высокой скоростью фиксировать падающее световое излучение. Однако, здесь мы сталкиваемся с противоречием: если материал достаточно высокочувствительный, то он, к сожалению, и достаточно высокозернистый. В свою очередь, если материал обладает малой зернистостью, то его чувствительность оставляет желать лучшего.

«И при чём же здесь зернистость?» — спросите вы. А вот причём: дело в том, что для создания голограмм хорошей чёткости, необходимо высокое разрешение материала. Выше вы уже видели, что по своей сути голограмма представляет собой дифракционную решётку, которая сочетает в себе участки затемнения и участки просветления. Для качественных голограмм — чередование этих участков должно идти с частотой не менее 5-7 тысяч линий на миллиметр и физические свойства фотографического материала должны подобное обеспечивать.

Здесь существуют два с половиной противоположных подхода:

Вторым плюсом способа является отсутствие потребности в жёсткой фиксации всей системы в процессе регистрации картины (что в классической голографии является большой проблемой).

Второй способ является интересным тем, что он позволяет (за сравнительно небольшие деньги) с помощью использования хромированной желатины достигать хорошего разрешения и получать яркие голограммы. Однако, проблема этого способа заключается как раз в его низкой чувствительности. Это приводит к тому, что вся система должна быть сверхжёстко укреплена на некой основе. В лабораторных условиях для этого используют гранитные или металлические блоки весом в несколько тонн.

Вкратце, для чего это было необходимо: устранить смазывание. Так как в нашем случае выдержка будет достаточно долгой и измеряться десятками минут, на всё это время необходимо устранить даже малейшие возможности воздействия вибраций и любое температурное расширение/сужение системы. Для понимания — насколько стабильной должна быть система: допустимая величина вибраций в процессе экспонирования не должна превышать 1/4 от длины волны!

Однако, в какой-то момент, было найдено весьма удачное решение, которое заключается в использовании ящиков, наполненных песком, в который втыкаются элементы системы, укреплённые на штырях. Это позволяет эффективно устранить вибрации в процессе экспонирования и такое решение сделало доступным голографию высокого разрешения для широких масс энтузиастов.

Картинка holographypro

Фотографический способ изготовления позволяет получать поистине потрясающие вещи, особенно если голограмма было записана так, чтобы иметь возможность восстановления с помощью обычного света, а не лазера.

▍ И что дальше?

Как мы помним, интерференционная картина представляет собой, по сути, «всего лишь» чередование полос затемнения и просветления, а мы живём в цифровую эру, и логично было бы предположить, что подобное чередование может быть, с той или иной степенью успешности, быть просчитанным компьютером! И это предположение будет совершенно верным. Однако, здесь существует следующая проблема: это интерференционная картина представляет собой хранилище весьма большого количества информации. А именно: особенностью голограммы является то, что она фактически не может быть уничтожена. Каждый элемент голограммы содержит информацию обо всей оставшейся части! Таким образом, если мы будем ломать голографическую пластинку на отдельные части, то каждая отдельная часть может восстановить полную информацию обо всей голограмме. Ограничением здесь может явиться снижение чёткости, которое рано или поздно проявится на каком-то пороговом уровне. Это обусловлено физическим пределом плотности хранения информации.

Таким образом, можно сказать, что каждая точка голограммы содержит информацию обо всём множестве остальных точек.

Другими словами, расчёт всей этой картины (даже на достаточно современном компьютере), — будет сложен и займёт много времени.

Однако, не всё так плохо. В настоящее время уже предпринимаются некоторые попытки генерации голограмм на мощных компьютерах с использованием нейронных сетей и результаты весьма потрясающие. Например, разработка MIT, которая на базе нейросетей генерит голограммы в реальном времени и почти моментально. Требует всего 1 Мб памяти!

Кроме того, некоторые энтузиасты пишут собственные программы, которые вы можете даже попробовать сами.

Например, один из таких энтузиастов написал приложение CorticalCafe CGHMaker.

Как заявляет её создатель, это приложение позволяет генерировать плоские голограммы из простых изображений, а выходным форматом голограммы является формат GIF. Для восстановления подобной голограммы используется обычная лазерная указка, а распечатывается она на обычном чёрно-белом лазерном принтере.

Картинка corticalcafe

Да-да, вы всё правильно прочитали — сгенерированная голограмма распечатывается на принтере, на котором выставляется максимальное разрешение в 1200 dpi. Распечатка производится на специальные высокотемпературные плёнки для лазерных принтеров. Я такую многократно покупал в канцелярских магазинах, для использования в школьном диапроекторе и для печати разнообразных схем. Да, это было достаточно давно, когда ещё видеопроекторы не распространились. Но, тем не менее — она до сих пор имеется в продаже и в большом количестве.

Там же на сайте есть предварительно вычисленные голограммы, которые вы можете просто взять и распечатать.

Картинка corticalcafe

Для тех же, кто желает большего контроля над этим процессом, на сайте имеется и открытый Java-код, который по своему желанию позволяет настраивать все элементы процесса.

Ещё одним достаточно интересным проектом является VividQ — который представляет собой программное обеспечение, позволяющие генерировать голограммы в реальном времени, с использованием стандартных мощностей компьютеров, «обеспечивая глубину, более чем в 200 слоёв» (что бы это ни значило 🙂 ).

Говоря об искусственном создании голограмм, нельзя не упомянуть и способ создания голограмм с помощью гравирования материала с применением лазера. Например, известен способ, который позволяет гравировать на металле, с разрешением в 275 штрихов на миллиметр (всего лишь), и, тем не менее — позволяет получать качественную голограмму (но, этот момент необходимо исследовать глубже, так как в данном случае, мы имеем дело с отражающей голограммой, которая требует большого разрешения в линиях на миллиметр (5-7 тыс.), в противовес просвечиваемой, для наблюдения которой, источник излучения должен находиться сзади пластинки (она как раз допускает меньшее разрешение).

Кроме того, известен способ, когда голограмма гравируется на металле, с использованием сфокусированного в маленькую точку электронного луча в вакууме. Так называемый — EBM (Electron Beam Melting). Именно так изготавливаются матрицы для всем известных голографических наклеек на всякого рода продукцию (этот способ по возможностям разрешения многократно превышает любой лазерный оптический способ).

Ещё одним интересным моментом является то, что уже сейчас идут активные разработки голографических видеопроекторов, ряд документов в формате PDF по этой теме вы можете прочитать вот по этой ссылке.

«Почти подытоживая» 🙂 этот рассказ, хочется сказать, что голография является весьма интересным занятием. Кроме того, её можно (при определённой коммерческой жилке) вполне и на коммерческие рельсы поставить. Говоря же о способе создания голограмм для самодельщика, мне видится наиболее целесообразным — использование фотографического способа, с использованием фоточувствительности слоёв на основе желатина. Я специально не стал заострять внимание на покупке готовых голографических пластинок, так как, на мой взгляд, если уж заниматься этим искусством, то следует изучить технологию создания фотографических эмульсий, чтобы иметь возможность «играть» как чувствительностью пластин, так и их размером. К тому же — это явно выйдет намного дешевле, чем покупка готовых пластин, и даст большую гибкость в экспериментах.

▍ А что если.

В процессе изучения темы — мне пришла в голову ещё одна интересная мысль, которую я в сети ещё не встречал (что совершенно не исключает возможности её наличия где-то в недрах научных порталов), коей я и хочу с вами поделиться.

В настоящее время идут разработки в направлении создания голографических дисплеев, которые пока наталкиваются на трудность, которая заключается в необходимости очень высокой плотности пикселей, что должна быть меньше длин воспроизводимых волн. Поэтому исследователи озвучивают необходимость дальнейших разработок в области нанотехнологий, чтобы подобные дисплеи стали реальностью.

Однако, как ни странно, мы можем претворить в жизнь подобную технологию прямо сейчас! Каким образом это можно сделать: у меня есть большое подозрение, что если мы возьмём один из самых современных смартфонов, с большой плотностью пикселей его оптического датчика камеры, считаем интерференционную картину и спроецируем её с помощью линзы — в объектив смартфона, то, скорее всего, плотности пикселей датчика будет достаточно, для качественной регистрации этой картины.

Почему: датчик смартфона маленький и если он современный, то плотность пикселей там очень большая. Осталось уменьшить луч и уместить в этот датчик (теоретически, в роли большой линзы можно использовать линзу Френеля — они бывают весьма большие и недорогие. Скажем, 0,5х0,5 метра за 5-6 тыс. руб.):

На следующем этапе — мы вполне можем прожечь эту картину (используя лазерную гравировку волоконным лазером) и получить более-менее сносную голограмму.

Таким образом, если мы реализуем этот способ, мы можем получить схему быстрого создания голограмм на любых основаниях: прозрачных, непрозрачных и т.д. На мой взгляд, способ достаточно интересный и заслуживает своего внимания. В любом случае — выбор за вами, и получив общее представление о понятии голограммы, вы сможете самостоятельно решить, какое направление для вас наиболее интересно, а может быть, вам придёт какая-то светлая мысль, которая станет прорывной в этом направлении 😉

Источник