Holografai. Holografinis informacijos įrašymas

Medžiagos paskelbimo data: 2003-12-06

"Mergina su fotoaparatu" - impulsinis atspindys 30x40 cm 1994 m. Autorius – Aleksandras Akilovas.

Labai seniai, 1968 m., kai dar mokiausi 10 klasėje, man pasisekė apsilankyti NIKFI holografinio kino laboratorijoje. Viktoras Grigorjevičius Komaras, kuris tuomet vadovavo pažangiausiai vaizdinės holografijos krypčiai, parodė man didelio formato hologramas, kadrus iš holografinių plėvelių, lazerius ir supažindino su savo talentingų darbuotojų komanda. Be stulbinančių įspūdžių, namo parsivežiau dėžutę PE-2 fotografinių plokštelių atspindžių hologramoms įrašyti.

Ilgai ieškojau, kur galėčiau gauti bent kokį lazerį, ir galiausiai jį radau Politechnikos institute. Paprašiau prietaiso porą dienų ir nedvejodamas pradėjau kurti hologramą pagal Jurijaus Denisjuko schemą.

Parsinešiau namo betoninę bordiūro plokštę ir užverčiau ją ant lovos (siekdamas slopinti vibracijas). Sukūriau įrašymo grandinę naudodamas spaustukus, spaustukus ir lęšius iš seno mikroskopo. Ir kaip pirmą objektą jis paėmė sidabrinę druskos purtytuvą, pripildytą iki viršaus druskos. Kūrėjas buvo pagamintas pagal NIKFI įrašytą receptą, laimė, namuose buvo daug chemijos fotografavimui. Apskaičiavo ekspoziciją. Tai buvo apie 5 minutes.

Antruoju bandymu ant fotografinės plokštelės pasirodė druskos purtyklės kopija, nesvarbu, ar iš hipererdvės. Neįsivaizduojate, tą akimirką jaučiausi kaip Einšteinas, Kapitsa, ne mažiau. Ateityje šie jaunatviški įspūdžiai nulėmė daug dalykų mano gyvenime.

Dabar, praėjus 35 metams po to man reikšmingo vakaro, su apgailestavimu pastebiu, kad vis dar nerandate mėgėjiškos holografijos dienos metu su ugnimi. Ir čia esmė yra ne lazerių kaina ar įrangos sudėtingumas, ar parduodamos fotografinės medžiagos trūkumas. Tiesiog norint namuose pasidaryti hologramas reikia ne tik gerai išmanyti fiziką, bet ir būti apsėstam minties rašyti erdvę plokštumoje.

Šiek tiek fizikos.

Holografinio vaizdo įrašymo principas yra tas, kad dviejų šaltinių didelės koherencijos stovinčios šviesos bangų interferencijos modelis gali būti įrašytas ant šviesai jautrios emulsijos. Šviesos bangų difrakcija iš vieno iš šių šaltinių ant sukurtos emulsijos fiksuotos struktūros atkuria antrojo šaltinio bangos frontą. Kitaip tariant, difrakcija ir trukdžiai yra nekintami.

Turintiems problemų su fizika pabandysiu paaiškinti „ant pirštų“.

Įsivaizduokite baseiną, pripildytą vandens. Baseine sukuriame bangas naudodami plačią lentą. Gražios bangos, su labai lygiu žingsniu. Bangos pasiekia priešingą baseino sieną, atsispindi ir bėga atgal. Dėl dviejų bangų srautų superpozicijos gauname nuostabų vaizdą. Kalvos kils ir kris, bet nematysime jų bėgiojančių. O įdomiausia tai, kad tarp keterų atsiras taškai, kurie ramiame baseine vandens lygio atžvilgiu nei kils, nei kris. Tai stovinčios bangos. O efektą, sukėlusį šį reiškinį, fizikai vadina INTERFERENCIJA.

Šviesa taip pat yra banga, tik elektromagnetinė. Ir čia bus panašus vaizdas.

Tarkime, kad šviesos banga praėjo per skaidrią fotografinę emulsiją, tada atsispindėjo nuo tam tikro objekto taško ir grįžo atgal. Turėtų pasirodyti toks pat vaizdas kaip ir baseine. Ten, kur yra stacionarūs kylančios stovinčios bangos mazgai, visada bus tamsa, o kur vibruos „eteris“, – šviesa. Ir svarbiausia, šis „zebras“ lieka nejudantis erdvėje.

Išmokome fiksuoti šviesos ir tamsos vaizdą fotografijos metodais.

Fotografinės emulsijos tūryje galima įrašyti stovinčių šviesos bangų vaizdą. Tai bus holograma. Tačiau įsivaizduokite, kad fotografinė plokštelė ar objektas ekspozicijos metu šiek tiek pajudėjo (per pusę bangos ilgio). Interferencinis modelis bus neryškus, o tai reiškia, kad mes tiesiog negausime hologramos.

Jei ekspozicija yra maždaug minutė, turime užtikrinti aukštą grandinės stabilumą.

Kiekvienas fotografinės emulsijos taškas įrašys sudėtingą trikdžių modelių tinklą. Jei sukurta emulsija apšviečiama šviesa iš to paties šaltinio, holograma atkurs keistą šviesos fronto formą, kuri atsispindėjo nuo realaus objekto įrašant hologramą. Rekonstruotos šviesos bangos vizualinis suvokimas nesiskiria nuo realaus objekto stebėjimo.

Tačiau nuostabiausia, kad naudojant šią schemą įrašytas hologramas galima atkurti naudojant baltos šviesos šaltinį. Faktas yra tas, kad erdvinės difrakcijos struktūros yra selektyvios spinduliuotės spektrui. Vaizdas bus atkurtas tik tais bangų dažniais, kurie buvo naudojami įrašymo metu, o likusius spindulius sugers holograma.

Velnias nėra toks baisus, kaip jis nupieštas.

Taigi, mes sužinojome, kad norint sėkmingai įrašyti atspindžio hologramą pagal Denisyuko schemą, reikalingas lazeris, pavyzdžiui, neoninis helis, kurio galia nuo 10 iki 25 milivatų.

Nuo vibracijų apsaugota platforma, objektyvas lazerio spinduliui išplėsti, fotografijos plokštelės laikiklis, veidrodžiai su išorine atspindinčia danga (kitaip spindulio atspindys nuo dviejų atspindinčių veidrodžio paviršių sukels žemo dažnio trikdžius, kurie atsiras kaip juosteles ant hologramos). Ir, žinoma, hologramoms įrašyti reikalingos fotografinės plokštelės.

Įprastos fotografinės medžiagos tam netinka, nes... trukdžių rašto dažnis yra proporcingas šviesos bangos ilgiui, todėl fotografinės medžiagos skiriamoji geba turi būti ne mažesnė kaip 6000 eilučių milimetre (mikratų fotojuostos skiriamoji geba ne didesnė kaip 300 eilučių milimetre, o įprastos fotografinės filmas ne daugiau kaip 75).
Šiandien Pereslavlio asociacija „SLAVIC“ gamina holografines fotoplokštes, jautrias helio-neoninio lazerio (623 nanometrų) PFG-03M spinduliuotei.
Fotografinės medžiagos tiekiamos kartu su cheminių medžiagų rinkiniu joms apdoroti. Mėgėjų holografijai geriau naudoti mažus formatus:
- 102x127 mm

- 127x127 mm

Patirtis holografijos srityje įrodė, kad labiausiai vibracijai jautri dalis yra objektas ir fotografinė plokštelė. Vadinasi, šių elementų tvirtinimas vienas kito atžvilgiu turi būti ypač patikimas. Antras jautriausias elementas poslinkiui yra lazerio spindulio išplėtimo lęšis, trečias, daug mažiau jautrus, yra pats lazeris.

Remdamiesi tuo, mes sukursime optinę grandinę. Paprasčiausia ir patikimiausia yra vertikali schema, kai objektas ir fotografinė plokštelė fiksuojami savo gravitacijos jėga, o jų nejudrumą fotografuojant užtikrina gera vibracijos izoliacija.

Įrenginį sudarys standi platforma (1), paremta pneumatinėmis atramomis (2), kad slopintų išorines vibracijas, registruotas objektas (6), fotoplokštelės laikiklis (4) trijų atraminių taškų pavidalu (3), ekranas ( 5) apsaugoti fotoplokštės galą nuo smūgio lazerio spinduliuote (šviesa, prasiskverbianti į fotoplokštės galą, pakartotinai atsispindi ir sukuria nemalonius trukdžius), lazeris, veidrodis su išorine atspindinčia danga (7) ir trumpas fokusavimo objektyvas (8), kad sudarytų vientisą šviesos spindulį, apšviečiantį sceną.

Keletas patarimų vaizdinės holografijos gerbėjams.

Kaip gauti hologramą?

Pirma, jums reikia lazerio, ir, kaip žinome, jis nėra pigus. Žiūrėti nuorodą:
http://foto-service.ru/advices/1808.php
Antra, mums reikalingos specialios labai didelės skiriamosios gebos (nuo 1500 iki 6000 eilučių milimetre) fotografijos plokščių.
Trečia, fotoplokštelių, skirtų hologramoms įrašyti, jautrumas yra labai mažas (daug mažesnis nei žemiausios jautrios fotojuostos, skirtos įprastai fotografijai).
Ketvirta, hologramos įrašymas – tai šviesos bangos interferencijos modelio įrašymas, kai atstumai tarp gretimų vaizdo detalių yra beveik du kartus mažesni už bangos ilgį, todėl optinio įrašymo grandinės elementų virpesiai turėtų būti dydžiu mažesni.

Iš tiesų, prieš darydami savo pirmąją hologramą, turėsite pereiti per fizinio eksperimento spyglius ir žvaigždes. Bet jūs galite sutrumpinti kelią į sėkmę, tam patariu pasinaudoti pionierių patirtimi ir tuo pačiu nelipti ant jų grėblio. Žiūrėti nuorodą:
http://foto-service.ru/advices/1793.php

Scenos gylį, kurį galima įrašyti į hologramą, lemia vadinamasis lazerio koherentinis ilgis. Paprastai jis svyruoja nuo centimetro (lazeriniams rodyklėms) iki ketvirčio metro (helio-neoniniams lazeriams).

Įrašant hologramą mažos galios nepertraukiamu lazeriu (būtent tokie įrenginiai yra prieinami paprastam mėgėjui), ypatingas dėmesys turėtų būti skiriamas vibracijos izoliacijos problemoms, nes trikdžių modelio mastu net ramiame bute tiesiogine prasme audringa. Jei profesionalai gali sau leisti holografinius stalus ant pneumatinių atramų, sveriančių keletą tonų, tai įprastame bute, nepažeidžiant kitų gyventojų, holografijai galima skirti ne daugiau kaip rašomojo stalo plotą.

Norėdami sukurti mažo dydžio holografinės instaliacijos karkasą, rekomenduoju naudoti aliuminio vamzdžius, užpildytus klampia derva. Beveik visos įrenginio dalys turėtų būti suprojektuotos sukimosi kūnų pavidalu, nes Tekinimas yra daug pigesnis nei frezavimas, o juo labiau nei šlifavimas.

Ši konstrukcija leidžia iš identiškų elementų, pavyzdžiui, iš konstrukcinio komplekto, surinkti daugybę pakankamai tvirtų konfigūracijų. Beje, daugelis žmonių standumą laiko pagrindiniu instaliacijos veikimo kriterijumi, tačiau taip nėra.

Net ir ketaus stalas vibruos rezonansu su silpnomis garso vibracijomis dėl didelio medžiagos elastingumo. Kitas reikalas, kai vibracijos greitai išnyksta.

Dėl klampaus užpildo nebus rezonansų, todėl nebus ir ilgalaikių vibracijų.

Įrašant mažo formato hologramas, tiek objektai, tiek fotografinė plokštelė puikiai pritvirtinami prie trijų atramos taškų pagal savo svorį (tik reikia atsiminti, kad gravitacijos vektorius turi praeiti maždaug per šio trikampio centrą, nes priešingu atveju gali atsirasti mažiausia vibracija). sukelti šių elementų svyravimus).

Vamzdiniam rėmui holografinės fotografijos plokštelės laikiklis atrodytų maždaug taip.

Svarbu, kad lazerio spindulys nepatektų į fotografinės plokštės stiklo galą, nes tai sukels atspindžius ir sugadins hologramą. Norėdami tai padaryti, fotografinė plokštelė turi būti įdubusi 1-2 milimetrus žemiau metalinio laikiklio paviršiaus.

Hologramų įrašymo įrenginio „susimušimo spinduliuose“ projektavimas. Žiūrėti nuorodą:
http://foto-service.ru/advices/1796.php

Patariu suprojektuoti skylutes ir optinius laikiklius su mikroreguliavimu iš elementų, suformuotų kaip sukimosi kūnai (žinoma, siekiant sutaupyti). Žiūrėti nuorodą:
http://foto-service.ru/advices/1798.php

Vaivorykštės hologramų įrašymas yra gera pradžia būsimiems menininkams, norintiems dirbti holografinėmis technikomis.

Kiekvienas, bent kartą gyvenime savarankiškai įrašęs hologramą, nepamirš, kaip džiovinant iš juoduojančios šlapios fotografinės plokštelės plokštumos gimsta atspindžiais tviskanti trimatė scena. Tačiau greitai pavargsite taisydami monetų krūvą, fotoaparatą, figūrėlę, laikrodį ar mobilųjį telefoną ir norėsite savo fantazija sukurti ką nors nuostabaus.

Denisyuko schemos pakanka įrašyti daug įdomių efektų, pavyzdžiui, įvairių rūšių interferogramas, nuoseklią kelių objektų registraciją, kad būtų gautas fantastiškos medžiagos tūrių susikirtimo efektas, vietinės emulsijos susitraukimo sukūrimas pseudospalvinimui negilioms scenoms. su juodu fonu ir daugybe kitų efektų. Tačiau išties fantastiškų galimybių kurti ekspresyvias menines technikas, net kurti spalvines kompozicijas suteikia vaivorykštės hologramos technika.

Pagrindinė hologramos įrašymo schema

1 - lazeris, 2 - cilindrinis lęšis (stiklo strypas), 3 ir 5 - veidrodžiai, 4 - pluošto skirstytuvas difrakcijos gardelės pavidalu, kurį galima sintetinti holografiškai (tam reikia maksimaliai sumažinti triukšmą), 6 - difuzorius formos matinio stiklo, 7 - fotografinė plokštelė, 8 - įrašyta scena.

Pirmiausia išvardysiu pranašumus, kuriuos suteikia pateikta originalios hologramos įrašymo siauros horizontalios juostelės pavidalu schema:
- žemas trukdžių vaizdo dažnis leidžia naudoti jautresnes fotografines medžiagas ir sumažinti ekspozicijos laiką didumo tvarka;
- gauti išsklaidytą apšvietimą, kad būtų galima efektyviau registruoti veidrodinius ir labai akinančius paviršius;
- įrašyti pseudospalvines kompozicijas;
- žymiai sumažinti trukdžių kraštelių kontrastą įrašant lazeriniais diodais (tai palengvina difuzoriaus šviečiančio paviršiaus ilgis);
- pateiktoje schemoje yra mažesnis elementų skaičius, palyginti su klasikine žymėjimo schema pagal Bentoną.

Vaivorykštės kopijos įrašymo schema.

1 - lazeris, 2 - cilindrinis objektyvas, 3 ir 5 veidrodžiai, 4 - difrakcijos grotelės, 6 - sferinis lęšis, 7 - pagrindinė holograma, 8 - didelis cilindrinis objektyvas su fokusavimu pagrindinės hologramos plokštumoje, 9 - fotografinė plokštelė įrašymui vaivorykštės kopija.

Vaivorykštės hologramos kūrimas vyksta dviem etapais:
- pagrindinės hologramos įrašymas;
- vaivorykštės kopijos registravimas (šeimininkas turi būti pasuktas taip, kad būtų gautas realus vaizdas cilindrinio objektyvo plokštumoje)

Aukštos kokybės vaivorykštės holograma ant storos emulsijos (vadinamoji 3D holograma) gali būti įrašyta tik naudojant didelį cilindrinį lęšį, kuris leidžia atkurti tikrosios vienos spalvos diafragmos vaizdą be nemalonių vaizdo ryškumo pokyčių. visą diafragmą (turint omenyje Braggo efektą tirštoje emulsijoje). Didelis cilindrinis lęšis nėra lengvas, o užsakymas yra brangus. Geriau pasigaminti jį patiems skysto lęšio pavidalu, kaip ir pirmuosiuose televizoriuose. Norėdami tai padaryti, organinio stiklo lakštą galite sulenkti, supjaustyti taip, kad jį būtų galima įkišti į stačiakampį juodą rėmą ir užsandarinti. Priekinis plokščias lęšio paviršius gali būti pagamintas iš holografinės plokštės, nuplaunamos iš emulsijos. Į optinį indą, gautą iš skaidrių sienelių, geriau supilti distiliuotą vandenį. Galite pritvirtinti fotografinę plokštelę, kad užregistruotumėte vaivorykštės kopiją tiesiai prie plokščio stiklo, sudrėkinto skaidriu skysčiu. Kapiliarinis efektas gali užfiksuoti fotografinę medžiagą geriau nei bet kuri spyruoklė.

Aukščiau pateikta schema leidžia naudoti paprasčiausius optinius elementus, nes po balinimo dulkių dalelių difrakcijos triukšmo praktiškai nesimato, o vaizdo ryškumas bus puikus.

Įrašant vieną vaivorykštės kopiją iš dviejų ar daugiau pagrindinių juostų, paslinktų vertikaliai (mes atsižvelgiame į jų padėtį grandinės koordinatėse), sukuriamas įvairiaspalvių sintezuotos scenos elementų efektas.

Tokias vaivorykštės hologramas galima atkurti įprasta kaitinama lempa, tarsi jos būtų atspindinčios, spaudžiant paprastą veidrodį iš užpakalio.

Siūloma vaivorykštės hologramų įrašymo schema puikiai veikia su diodu pumpuojamu kietojo kūno žaliuoju lazeriu (20 mW, kurio koherencijos ilgis apie 10 metrų). Profesionaliam holografo menininko darbui naudoti buitines VRP arba FPR fotoplokštes (jautrumas 0,5 J/m2) yra daugiau nei pakankamai.
Tokio lazerio kaina bus apie 1200 USD, tačiau šias išlaidas kompensuoja aukšta vaizdinių hologramų kokybė.

http://www.laser-compact.ru/products/LCMS111.shtml

O jei turite ir menininko dovaną, ir aistrą gamtos mokslams, niekas nesutrukdys jums sukurti tikrų šedevrų. Holografija

- optinės elektromagnetinės spinduliuotės bangų laukų tikslaus fiksavimo, atkūrimo ir performavimo technologijų rinkinys, specialus fotografavimo metodas, kurio metu, naudojant lazerį, įrašomi ir vėliau atkuriami trimačių objektų vaizdai, labai panašūs į tikrus. Šį metodą 1947 m. pasiūlė Dennisas Gaboras, kuris taip pat sukūrė šį terminą holograma

ir 1971 m. gavo Nobelio fizikos premiją „už holografinio principo išradimą ir plėtrą“.

Holografijos istorija Buvo gauta pirmoji holograma 1947 metais

(ilgai prieš lazerių išradimą) Dennisas Gaboras eksperimentų metu, siekdamas padidinti elektroninio mikroskopo skiriamąją gebą. Jis taip pat sugalvojo patį žodį „holografija“, kuriuo pabrėžė visišką objekto optinių savybių įrašymą. Deja, jo hologramos buvo prastos kokybės. Neįmanoma gauti aukštos kokybės hologramos be koherentinio šviesos šaltinio.

Schemos ypatybės: Po sukūrimo 1960 metais

raudonojo rubino (bangos ilgis 694 nm, veikia impulsiniu režimu) ir helio-neono (bangos ilgis 633 nm, veikia nuolat) lazerių metų, pradėjo intensyviai vystytis holografija. metais sukurta klasikinė Emmetto Leitho ir Jurio Upatnieko iš Mičigano technologijos instituto hologramų įrašymo schema (Leith-Upatnieks holograms), kurioje įrašomos perdavimo hologramos (atstatant hologramą šviesa praleidžiama per fotoplokštę, nors praktiškai dalis šviesos atsispindi nuo jos ir taip pat sukuria vaizdą, matomą iš priešingos pusės).

Leith-Upatnieks schema

Šioje įrašymo schemoje lazerio spindulys yra padalintas specialiu prietaisu, dalikliu (paprasčiausiu atveju bet koks stiklo gabalas gali veikti kaip skirstytuvas) į dvi dalis. Po to spinduliai išplečiami naudojant lęšius ir veidrodžiais nukreipiami į objektą ir įrašymo laikmeną (pavyzdžiui, fotoplokštę). Abi bangos (objektas ir atskaita) krenta ant plokštelės iš vienos pusės. Taikant šią įrašymo schemą susidaro perdavimo holograma, kuriai reikia atkurti tokio pat bangos ilgio šviesos šaltinį, kuriuo buvo įrašytas, idealiu atveju lazeris.

1967 metais Pirmasis holografinis portretas buvo įrašytas rubino lazeriu.

Ilgo darbo rezultatas 1968 metais metais Jurijus Nikolajevičius Denisjukas gavo aukštos kokybės (iki tol reikalingų fotografinių medžiagų trūkumas neleido gauti aukštos kokybės) hologramas, kurios atkūrė vaizdą atspindėdamas baltą šviesą. Tam jis sukūrė savo hologramos įrašymo schemą. Ši schema vadinama Denisyuk schema, o jos pagalba gautos hologramos vadinamos Denisyuk hologramomis.

vaizdų stebėjimas baltoje šviesoje;
nejautrumas elemento „objektas-RS“ vibracijai;
didelės raiškos įrašymo laikmena.

1977 metais Lloydas Crossas sukūrė vadinamąją multipleksinę hologramą. Ji iš esmės skiriasi nuo visų kitų hologramų tuo, kad susideda iš daugybės (nuo dešimčių iki šimtų) atskirų plokščių vaizdų, matomų iš skirtingų kampų. Tokioje hologramoje, žinoma, nėra visos informacijos apie objektą, be to, joje paprastai nėra vertikalaus paralakso (tai yra, jūs negalite žiūrėti į objektą iš viršaus ir iš apačios), o jo matmenys; įrašyto objekto neriboja lazerio koherencijos ilgis (kuris retai viršija kelis metrus, o dažniausiai tik keliasdešimt centimetrų) ir fotografinės plokštelės dydis.

Be to, galite sukurti iš viso neegzistuojančio objekto multipleksinę hologramą, pavyzdžiui, nupiešdami fiktyvų objektą iš daugelio skirtingų kampų. Daugiasluoksnė holografija savo kokybe pranašesnė už visus kitus trimačių vaizdų, pagrįstų atskirais kampais, kūrimo būdus (pavyzdžiui, lęšių rastrai), tačiau realizmo požiūriu ji vis dar toli nuo tradicinių holografijos metodų.

1986 metais Abraomas Secke iškėlė idėją sukurti koherentinės spinduliuotės šaltinį artimoje medžiagos paviršiaus srityje, apšvitinant ją rentgeno spinduliais. Kadangi holografijoje erdvinė skiriamoji geba priklauso nuo koherentinės spinduliuotės šaltinio dydžio ir jo atstumo nuo objekto, paaiškėjo, kad realioje erdvėje galima atkurti emitentą supančius atomus.

Skirtingai nuo optinės holografijos, visose iki šiol siūlomose elektronų holografijos schemose objekto vaizdo atkūrimas atliekamas skaitmeniniais metodais kompiuteryje.

1988 metais Bartonas pasiūlė tokį trimačio vaizdo atkūrimo metodą, pagrįstą Furjė tipo integralų naudojimu, ir pademonstravo jo efektyvumą naudodamas teoriškai apskaičiuotos hologramos pavyzdį, skirtą žinomos struktūros klasteriui. Pirmą kartą trimačio atomų atvaizdo realioje erdvėje rekonstrukcija pagal eksperimentinius duomenis buvo atlikta Cu (001) paviršiaus Harp 1990 m.

Fiziniai principai

Pagrindinis holografijos dėsnis

Jei šviesai jautri medžiaga, ant kurios užfiksuotas kelių šviesos bangų interferencijos modelis, yra patalpinta į tą padėtį, kurioje ji buvo įrašymo metu, ir vėl apšviesta kai kuriomis iš šių bangų, likusi dalis bus atkurta. Ši savybė paaiškinama tuo, kad hologramoje fiksuojamas ne tik intensyvumas, kaip įprastoje fotografinėje plokštelėje, bet ir iš objekto sklindančios šviesos fazė. Tai yra informacija apie bangos fazę, kuri yra būtina trimatei erdvei rekonstrukcijos metu susidaryti, o ne dvimačiai, kurią suteikia įprastinė fotografija. Taigi holografija remiasi bangos fronto rekonstrukcija.

Holografinis procesas susideda iš dviejų etapų – įrašymo ir atkūrimo.

Objekto banga trukdo „atskaitos“ bangai, o gautas raštas įrašomas.
Antrasis etapas yra naujos bangos fronto formavimas ir pirminio objekto vaizdo gavimas.

Įrašyti informaciją apie iš objekto sklindančios bangos fazę galima tik naudojant šviesos šaltinį, kurio fazės charakteristikos yra stabilios. Idealiai tinka šiam tikslui lazeris- didelio intensyvumo ir didelio monochromatiškumo koherentinis šviesos šaltinis.

Superpozicijos principas

Kasdienė patirtis rodo, kad dviejų ar daugiau įprastų nenuoseklių šviesos šaltinių sukuriamas apšviestumas yra paprasta kiekvieno iš jų atskirai sukuriamų apšvietimų suma. Šis reiškinys vadinamas superpozicijos principas.

Huygensas savo traktate rašė: „Viena nuostabiausių šviesos savybių yra ta, kad kai ji sklinda iš skirtingų krypčių, jos spinduliai sukuria efektą, prasiskverbdami vienas per kitą be jokių trukdžių. Taip yra todėl, kad kiekvienas šaltinis, susidedantis iš daugelio atomų ir molekulių, vienu metu skleidžia daugybę nefazių bangų. Fazių skirtumas keičiasi greitai ir atsitiktinai, ir, nepaisant to, kad tarp kai kurių bangų atsiranda trukdžių, trukdžių modeliai keičiasi tokiu dažniu, kad akis nespėja pastebėti apšvietimo pokyčių. Todėl gaunamo svyravimų intensyvumas suvokiamas kaip pradinių svyravimų komponentų suma, o šaltinio spinduliuotė yra "balta" šviesa, ty ne vienspalvis, o susidedantis iš skirtingų bangų ilgių. Dėl tos pačios priežasties ši šviesa yra nepoliarizuota, bet natūrali, tai yra, neturi vyraujančios vibracijos plokštumos.

koherentiniai svyravimai

Ypatingomis sąlygomis superpozicijos principo nesilaikoma. Tai pastebima, kai fazių skirtumas tarp šviesos bangų išlieka pastovus pakankamai ilgai, kad būtų galima stebėti. Atrodo, kad bangos „skamba laiku“. Tokie svyravimai vadinami koherentiniais.

Pagrindinis darnos bruožas yra trukdžių galimybė. Tai reiškia, kad kai susitinka dvi bangos, jos sąveikauja ir sudaro naują bangą. Dėl šios sąveikos gaunamas intensyvumas skirsis nuo atskirų svyravimų intensyvumo sumos – priklausomai nuo fazių skirtumo susidaro arba tamsesnis, arba šviesesnis laukas, arba vietoj vienodo lauko kintamos skirtingo intensyvumo juostos. susidaro, trukdžių pakraščiai.

Monochromatinės bangos visada yra koherentinės, Tačiau šviesos filtrai, dažnai vadinami monochromatiniais, iš tikrųjų niekada neskleidžia griežtai monochromatinės spinduliuotės, o tik susiaurina spektrinį diapazoną ir, žinoma, įprastos spinduliuotės nepaverčia koherentine spinduliuote.

Koherentinės spinduliuotės gavimas

Anksčiau buvo žinomas tik vienas koherentinės spinduliuotės gavimo būdas – naudojant specialų prietaisą. interferometras. Įprasto šviesos šaltinio spinduliuotė buvo padalinta į du pluoštus, koherentiškus vienas su kitu. Šios sijos gali trukdyti. Dabar žinomas ir kitas metodas, naudojant stimuliuojamą spinduliuotę. Lazeriai yra pagrįsti šiuo principu.

Difrakcija holografijoje

Pagrindinis fizinis reiškinys, kuriuo grindžiama holografija, yra difrakcija- šviesos, sklindančios šalia nepermatomų kūnų kraštų arba per siaurus plyšius, nukrypimas nuo pradinės krypties. Jei ekrane yra ne vienas, o keli plyšiai, atsiranda trukdžių modelis, susidedantis iš kintamų šviesių ir tamsių juostelių, ryškesnių ir siauresnių nei su vienu plyšiu. Viduryje yra ryškiausia „nulinės eilės“ juosta, abiejose jos pusėse – laipsniškai mažėjančio intensyvumo pirmosios, antrosios ir kitos eilės juostos. Didėjant plyšių skaičiui ekrane, juostelės siaurėja ir ryškėja. Ekranas su daugybe plonų lygiagrečių plyšių, kurių skaičius dažnai padidinamas iki 10 000, vadinamas difrakcine gardele.

Grotelei, kuri yra holograma, pirmiausia būdinga tai, kad difrakcija vyksta ne ties plyšiu, o ties apskritimu. Apvalaus nepermatomo objekto difrakcijos raštas yra ryškus centrinis apskritimas, apsuptas palaipsniui silpnėjančių žiedų. Jei vietoj nepermatomo disko į bangos kelią įdėsite diską su jį supančiais žiedais, vaizde esantis apskritimas taps ryškesnis, o juostelės – blyškesnės. Jei skaidrumas iš tamsios į šviesią kinta ne staigiai, o palaipsniui, pagal sinusoidinį dėsnį, tai tokia grotelė sudaro tik nulinės ir pirmosios eilės juosteles, o trukdžiai aukštesnio laipsnio juostelių pavidalu nesikeičia. pasirodyti. Ši savybė yra labai svarbi įrašant hologramą. Jei perėjimas iš tamsaus žiedo į šviesų atliekamas griežtai pagal sinusoidinį dėsnį, tada vaizde esantys žiedai išnyks ir vaizdas bus mažas ryškus apskritimas, beveik taškas. Taigi iš lygiagrečio spindulių pluošto (plokštumos bangos) susidarys apvali sinusoidinė gardelė, tokia pati kaip ir renkantis lęšis.

Ši grotelė, vadinama zonos grotelės(Soret plokštelė, Frenelio plokštelė), kartais naudojama vietoj objektyvo. Pavyzdžiui, jis naudojamas akiniams, pakeičiant sunkius didelės refrakcijos akinių lęšius. Gauti zonines groteles galima įvairiais būdais, tiek mechaniniais, tiek optiniais, trukdžiais. Šių grotelių, gautų trukdžių būdu, naudojimas sudaro holografijos pagrindą.

Hologramos įrašymas

Norint įrašyti sudėtingo savaime nešviečiančio objekto hologramą, jis apšviečiamas lazerio spinduliuote. Koherentinė atskaitos banga nukreipiama į tą pačią plokštę, ant kurios krinta objekto atspindėta išsklaidyta šviesa. Ši banga yra atskirta nuo lazerio spinduliuotės naudojant veidrodžius.

Kiekvieno objekto taško atspindima šviesa trukdo atskaitos bangai ir sudaro to taško hologramą. Kadangi bet kuris objektas yra šviesos sklaidos taškų rinkinys, ant fotografinės plokštės yra daug elementarių hologramų – taškų, kurie kartu sukuria sudėtingą objekto interferencinį vaizdą.

Sukurta holograma dedama į vietą, kurioje ji buvo įrašymo metu, ir įjungiamas lazeris. Kaip ir rekonstruojant taško hologramą, kai holograma apšviečiama įraše dalyvaujančio lazerio šviesos pluoštu, atkuriamos įrašymo metu iš objekto sklindančios šviesos bangos. Kur įrašymo metu buvo objektas, matomas virtualus vaizdas. Tikrasis su juo susijęs vaizdas susidaro kitoje hologramos pusėje, stebėtojo pusėje. Paprastai jis yra nematomas, tačiau skirtingai nei įsivaizduojamas, jį galima gauti ekrane.

Yu N. Denisyuk (1962) sukūrė metodą, kai hologramai įrašyti naudojamos trimatės laikmenos, o ne plonasluoksnė emulsija. Tokioje storoje hologramoje kyla stovinčios bangos, kurios žymiai išplėtė metodo galimybes. Trimatė difrakcijos gardelė, be anksčiau aprašytų hologramos savybių, turi nemažai svarbių savybių. Įdomiausia yra galimybė atkurti vaizdą naudojant įprastą nepertraukiamo spektro šaltinį – kaitrinę lempą, saulę ir kitus skleidėjus. Be to, trimatėje hologramoje nėra nulinės eilės bangų ir realaus vaizdo, todėl trukdžiai sumažėja.

1. Denisyuko hologramų įrašymo schema

Taigi, pradedame praktinį holografijos kursą. Pirmosios pamokos bus skirtos susipažinti su Denisyuk schemos - populiariausios holografinės schemos - darbu.
Ir tai nenuostabu, nes Denisyuko schema yra pati paprasčiausia iš holografinių schemų. Tačiau juo galima įrašyti aukščiausios kokybės hologramas.

Schema gavo savo pavadinimą garsaus rusų mokslininko Jurijaus Nikolajevičiaus Denisjuko vardu, kuris aštuntojo dešimtmečio pradžioje išrado atspindinčių hologramų įrašymo ant skaidrių fotografinių plokštelių metodą. Anksčiau hologramos buvo fiksuojamos Leith-Upatnieks metodu, joms stebėti prireikė lazerio. Kad hologramas būtų galima matyti įprastoje baltoje šviesoje, Denisjukas pasiūlė fotografinę plokštę ir objektą apšviesti tuo pačiu lazerio spinduliu. Tam reikėjo sukurti specialias fotografines plokštes, kurios turi būti skaidrios ir labai didelės raiškos. Problema buvo sėkmingai išspręsta. Pirmajame paveikslėlyje parodyta Denisyuko hologramos įrašo schema, o antrame paveikslėlyje – tikrosios instaliacijos nuotrauka. 2 Siauras šviesos spindulys 1 iš lazerio 3 vadovaujasi veidrodžiu 4 į erdvinį filtrą 5 , kuris išplečia spindulį iki norimo dydžio ir tuo pačiu padidina jo homogeniškumą. Prailgintas spindulys 6 apšviečia fotografinę plokštelę 7 ir objektas 8 pritvirtintas prie standaus pagrindo

O jei turite ir menininko dovaną, ir aistrą gamtos mokslams, niekas nesutrukdys jums sukurti tikrų šedevrų.. Lazerio šviesa atsispindi nuo objekto ant fotografinės plokštės iš kitos pusės.

Fotografinės plokštės plokštumoje susitinka du spinduliai: iš lazerio sklindantys spinduliai vadinami atskaitos spinduliu, o iš objekto – signalo pluoštu. Šie spinduliai sukuria trukdžių modelį, kuris įrašomas į fotografinę plokštelę. Interferencinis modelis yra mažiausi šviesos intensyvumo skirtumai, kurių periodas yra mažesnis nei 1 mikronas..

Norint užregistruoti tokį mažą paveikslėlį, ekspozicijos metu reikia visiškai nejudėti objekto ir fotografinės plokštės. Todėl minkšti objektai ir gyvi daiktai, pavyzdžiui, žmogaus portretas, negali būti įrašyti į grandinę su nuolatinių bangų lazeriu.

– šviesos bangų erdvinės struktūros fiksavimo ir vėlesnės atkūrimo metodas, pagrįstas koherentinių šviesos pluoštų interferencijos ir difrakcijos reiškiniais.

Informacijos įrašymas ir saugojimas, įskaitant. ir vizualinė (optinė holografinė atmintis);

Optinė informacijos apdorojimo ir objektų atpažinimo sistema;

Holografinė interferometrija.

Sukurkite diagramą, apsvarstykite įrašymo procesąhologramos.

Šiame procese fotografinėje medžiagoje (pavyzdžiui, fotojuostoje) užfiksuojamas ir įrašomas sudėtingas interferencijos raštas, kuris susidaro superpozicija (sąveika) dviem šviesos bangoms – pagrindinės (atskaitos) monochromatinės bangos ir antrinės bangos atsispindi arba išsibarstę objekto. Holograma įrašoma pagal schemą, parodytą 1 pav.

Monochromatinis koherentinis lazerio spindulys išplečiamas kolimatoriumi ir skirstytuvu toliau padalijamas į du pluoštus. Vienas (atskaitos) spindulys atsispindi nuo veidrodžio ir siunčiamas tiesiai į fotografinę juostą. Kitas (objekto) spindulys atitinkamo veidrodžio nukreipiamas į objektą, atspindimas nuo jo ir suvokiamas (užfiksuojamas) fotografine juosta. Būtent šis (atspindėtas, išsklaidytas) spindulys neša įvairią vaizdinę informaciją apie objekto tūrinius (trimačius) parametrus ir charakteristikas (dydį, paviršių, kontūrą, nelygumus, skaidrumą). Toks spindulys iš esmės sukuria trimatį objekto vaizdą, kurį žmogus gali matyti ir stebėti tiesiogiai (su natūraliu matymu).

Šviesos bangos iš etaloninių ir išsklaidytų objektų pluoštų sukuria fotojuostos paviršiuje trukdžių raštą, susidedantį iš daugybės dėmių, kurių forma ir intensyvumas priklauso nuo krintančių ir sąveikaujančių šviesos bangų amplitudės ir fazės. Fotografinė juosta eksponuojama ir išryškinama pagal standartinius receptus. Gauta (išvystyta) plėvelė yra holograma, išsauganti įrašyto objekto interferencijos modelį. Holograma atrodo kaip miglotas negatyvas, kuriame objekto detalės aiškiai nesimato.

Sukurkite diagramą, apsvarstykite atkūrimo (atgaminimo) procesąhologramos.

Objekto trimačio vaizdo atkūrimas iš jo hologramos (išvystytos fotojuostos) atliekamas pagal schemą, pateiktą 2 pav.

Holograma apšviečiama vienu atskaitos pluoštu, išsaugomos pradinės sąlygos, ankstesnė santykinė atskaitos pluošto ir fotojuostos orientacija. Jei tenkinamos nurodytos hologramos lazerinio apšvietimo sąlygos, dėl šviesos difrakcijos atsiranda du vaizdai. Reikėtų atsižvelgti į tai, kad anksčiau, pradinio objekto hologramos formavimo procese, susidarė tam tikras difrakcijos modelis su glaudžiai išdėstytais interferenciniais krašteliais, kurių tikslią išvaizdą lemia trimatė objekto struktūra. Pakartotinai apšvietus šį difrakcijos raštą pagal schemą (2 pav.), išsklaidyta šviesa turės originalaus holografinio fotografavimo objekto nurodytus parametrus ir charakteristikas.

Vienas iš dviejų vaizdų, gautų atkuriant hologramą, yra virtualus (2 pav.), nes norint jį stebėti, reikalingas objektyvas. Tačiau tam pakanka natūralaus žmogaus akies lęšiuko ir stebėtojas gali matyti virtualų (bet neiškraiptą ir trimatį) objekto vaizdą žiūrėdamas jį tiesiai per hologramą.

Antrasis (tikrasis, tikras) vaizdas formuojamas kita hologramą einančio lazerio spindulio kryptimi. Šį vaizdą galima projektuoti į ekraną ir stebėti be tarpinio objektyvo. Dalis atkuriamo pluošto praeina per hologramą be difrakcijos, nekeičiant krypties. Šis neišsklaidytas spindulys neturi jokios pastebimos praktinės vertės.

Nagrinėjamos E. Leith ir J. Upatnieks pasiūlytos hologramos įrašymo (1 pav.) ir atkūrimo (2 pav.) schemos priklauso optimalių (techniškai pažangių) kategorijai. Šiose konstrukcijose naudojama ne ašies geometrija, kai atskaitos ir objekto spinduliai trenkia į fotografijos juostą vienas kito kampu. Todėl atkuriant hologramą realūs ir virtualūs vaizdai atsiranda priešingose atskaitos pluošto pusėse, o tai labai palengvina atskirą vaizdų stebėjimą.

Iš daugelio analitikų galima išgirsti vis dar ne visai pasitikinčią, tačiau nuolat minimą prognozę apie galimą bendrą nepastovios NAND flash atminties plėtrą duomenų saugojimo srityje tiek mobiliųjų įrenginių, tiek stalinių kompiuterių srityje. „Blu-ray“ sėkmė rodo, kad optiniai diskai neturėtų būti visiškai nurašyti. Tačiau, kaip paaiškėjo, jie visai nėra šios srities technologijų viršūnė. Kelios žinomos įmonės aktyviai kuria naujas, kelis kartus talpesnes ir greičiau skaitomas laikmenas, kurios taps pelninga alternatyva šiuo metu turimiems duomenų saugojimo įrenginiams.

Istorija

Pirmoji holograma buvo gauta gerokai prieš lazerių išradimą. 1947 m. vengrų fizikas Dennisas Gaboras gavo patentą holografinio įrašymo išradimui, kurį jis sukūrė atsitiktinai: per eksperimentus, skirtus padidinti elektroninio mikroskopo skiriamąją gebą, atliktus britų Thomson-Houston kompanijoje Anglijos mieste Vragbyje. (Britų Thomson -Houston Company, Regbis, Anglija). Jo darbas buvo apdovanotas Nobelio premija 1971 m.

Jis taip pat tapo žodžio „holografija“, kuris pabrėžė visišką objekto optinių savybių įrašymą, autoriumi. Deja, jo hologramos buvo prastos kokybės. Šis pasiekimas buvo įmanomas daugiausia dėl susijusių fizikų, tokių kaip Mieczysław Wolfke, darbo.

Tyrimai šioje srityje nebuvo produktyvūs iki 1960 m., kai buvo išrasti rubino raudonumo (bangos ilgis 694 nm, veikiantys impulsiniu režimu) ir helio-neoniniai (bangos ilgis 633 nm, veikiantys nuolat) lazeriai, nes nebuvo įmanoma gauti didelio kokybiška holograma be koherentinio šviesos šaltinio neįmanoma. Na, o po lazerio sukūrimo holografija pradėjo intensyviai vystytis.

Pirmąją 3D hologramą 1962 m. Sovietų Sąjungoje įrašė Jurijus Denisjukas, o vėliau tais metais – Emmettas Leithas ir Juris Upatnieks iš Mičigano universiteto JAV.

Fotochemijos pažangą, kuri leido sukurti aukštos kokybės hologramas, sukūrė Nicholas J. Phillips.

1967 m. pirmasis holografinis portretas buvo įrašytas rubino lazeriu.

Dėl ilgalaikio darbo 1968 m. Jurijus Denisjukas gavo aukštos kokybės hologramas, kurios atkūrė vaizdą atspindėdamas baltą šviesą. Tam jis sukūrė savo įrašymo schemą, pavadintą Denisyuk schema, o jos pagalba gautos hologramos vadinamos Denisyuk hologramomis.

Daug žadantis išradimas per trumpą aptariamos technologijos istoriją yra masinė pigių kietojo kūno lazerių, plačiai naudojamų milijonuose DVD įrašymo įrenginių, gamyba, kurie taip pat pasirodė naudingi holografijos srityje. Šie kompaktiški, pigūs lazeriai galėtų pakeisti brangius, didelius dujinius lazerius, anksčiau naudotus hologramoms kurti. Todėl dabar yra galimybė plačiai panaudoti šią plėtrą moksliniuose tyrimuose ir saugoti įvairių tipų duomenis.

Holografinio įrašymo principas

Kai tam tikroje erdvės srityje susilieja kelios elektromagnetinės bangos, kurių dažniai sutampa su labai dideliu tikslumu, atsiranda stovinčioji elektromagnetinė banga. Įrašant hologramą, tam tikrame erdvės regione pridedamos dvi bangos: viena iš jų ateina tiesiai iš šaltinio (atskaitos banga), o kita atsispindi nuo įrašomojo objekto (objekto banga). Fotografinė plokštelė ar kita įrašymo medžiaga dedama į stovinčios elektromagnetinės bangos sritį, dėl kurios joje atsiranda sudėtingas tamsėjančių juostų raštas, atitinkantis elektromagnetinės energijos pasiskirstymą (interferencinį modelį) šioje erdvės srityje. . Jei dabar apšviesime šią plokštę banga, artima etaloninei, ji pavers ją banga, artima objekto bangai. Taigi, žiūrovas skirtingu tikslumu matys tą pačią šviesą, kuri atsispindėtų nuo įrašomojo objekto.

Hologramos įrašymo grandinės

Yu Denisyuk įrašymo schema

1962 metais rusų fizikas Jurijus Denisjukas pasiūlė daug žadantį holografijos metodą su įrašymu trimatėje aplinkoje. Pagal šią schemą lazerio spindulys išplečiamas lęšiu ir nukreipiamas veidrodžiu į fotografinę plokštę. Dalis pro jį einančio spindulio apšviečia objektą. Nuo objekto atsispindėjusi šviesa sudaro objekto bangą. Objektas ir atskaitos bangos krenta į plokštę iš skirtingų pusių, vadinamoji susidūrimo pluošto schema. Šioje schemoje įrašoma atspindinti holograma, kuri savarankiškai išpjauna siauras atkarpas iš ištisinio spektro ir atspindi tik jas, t.y. veikia kaip šviesos filtras. Dėl šios priežasties hologramos vaizdas matomas įprastoje baltoje saulės ar lempos šviesoje. Iš pradžių holograma išpjauna bangos ilgį, kuriuo ji buvo įrašyta (tačiau apdorojant ir saugant hologramą emulsija gali keisti savo storį, keičiasi ir bangos ilgis), todėl galima įrašyti tris vieno objekto hologramas. viena plokštelė naudojant raudoną, žalią ir mėlyną lazerius, taip gaunama vienos spalvos holograma, kurios beveik neįmanoma atskirti nuo paties objekto.

Ši schema yra labai paprasta ir naudojant puslaidininkinį lazerį, kuris yra itin mažo dydžio ir sukuria besiskiriantį spindulį nenaudojant lęšių, hologramoms įrašyti reikalingų objektų skaičius sumažinamas iki vieno lazerio ir tam tikro pagrindo. kuria lazeris, plokštė ir objektas fiksuojami. Štai kodėl būtent tokios schemos naudojamos įrašant mėgėjiškas hologramas.

Leith-Upatnieks žymėjimo schema (1962)

Šioje įrašymo schemoje lazerio spindulys yra padalintas į dvi specialiu įrenginiu – dalikliu. Po to spinduliai išplečiami naudojant lęšius ir nukreipiami į objektą bei įrašymo terpę naudojant veidrodžius. Abi bangos (objektas ir atskaita) krenta ant plokštelės iš vienos pusės. Taikant šią įrašymo schemą susidaro perdavimo holograma, kuriai reikia atkurti tokio pat bangos ilgio šviesos šaltinį, kuriuo buvo įrašytas, idealiu atveju lazeris.

1977 metais Lloydas Krosas sukūrė vadinamąją multipleksinę hologramą. Ji iš esmės skiriasi nuo visų kitų hologramų tuo, kad susideda iš daugybės (nuo dešimčių iki šimtų) atskirų plokščių vaizdų, matomų iš skirtingų kampų. Tokioje hologramoje, žinoma, nėra visos informacijos apie objektą, be to, joje paprastai nėra vertikalaus paralakso (t. y. negalima žiūrėti į objektą iš viršaus ir iš apačios), o įrašyto matmenys; objekto neriboja lazerio koherencijos ilgis, kuris retai viršija kelis metrus, o dažniausiai būna vos keliasdešimt centimetrų, ir fotografinės plokštelės dydis. Be to, galite sukurti daugialypę hologramą objekto, kurio apskritai nėra! Pavyzdžiui, piešiant išgalvotą objektą iš daugelio skirtingų kampų. Daugiasluoksnė holografija savo kokybe pranašesnė už visus kitus trimačių vaizdų kūrimo būdus, pagrįstus atskirais kampais, tačiau realizmo požiūriu ji vis dar toli nuo tradicinių holografijos metodų.

Holografinio disko įrašymo technologija

Šiuolaikiniai įrašymo į laikmenas metodai paremti nuosekliais principais, kai bet kuriuo metu jų paviršiuje gali būti įrašytas tik vienas informacijos bitas. Holografijos atveju viskas yra kitaip: čia procesas paremtas lygiagrečiu metodu – viena lazerio blykstė suformuoja erdvinį milijonų bitų informacijos įrašą erdvėje, kurią riboja nešiklio struktūra. Duomenų įrašymo ant laikmenos paviršiaus ir gylio procesas vadinamas multipleksavimu.

Apskritai holografinio įrašymo principas atrodo gana paprastas. Šviesos srautas yra padalintas į du pluoštus: atskaitos spindulį ir objekto spindulį. Pastarasis suteikia duomenų įrašymą, o pamatinis lieka nepakitęs. Skaitmeniniai duomenys sudaro objekto pluošto „vaizdą“, naudodamas erdvinį šviesos moduliatorių (SLM), kuris nulių ir vienetų seką paverčia juodų ir baltų taškų masyvu – sukuriamas tam tikras tinklelis (interferencinis modelis). , kurioje tarpai atitinka kitą skaitmeninių duomenų dalį, o per šias groteles šviečia objekto spindulys, išvestyje turintis tikslią dabartinės erdvinės šviesos moduliatoriaus gardelės būsenos kopiją. Kuo didesnė SLM skiriamoji geba, tuo didesnę duomenų dalį objekto spindulys gali užfiksuoti esamu laiko momentu, o šiandien šis skaičius yra milijonai bitų.

Po konvertavimo į SLM objekto spindulys, jau turintis tam tikrą duomenų rinkinį, projektuojamas į fizinę laikmeną (saugojimo laikmeną). Atskaitos spindulys taip pat nukreipiamas į projekcijos tašką, ten susikertantis su objekto spinduliu. Šiuo metu įvyksta cheminė reakcija, kuria grindžiamas informacijos įrašymas terpėje ir kur SLM buvo nepermatomas taškas. Jei pakeisite atskaitos pluošto bangos ilgį, jo pasvirimo kampą arba nešiklio erdvinę padėtį, vienu metu galima įrašyti daug skirtingų hologramų.

Yra keli multipleksavimo būdai, pavyzdžiui, keičiant atskaitos pluošto kampą. Deja, nėra žinoma, koks yra tankinimo laipsnis ir kaip, pavyzdžiui, vienos įrašytos hologramos „storis“ yra susijęs su laikmenos storiu, nes jei manytume, kad vienas molekulinis ar atominis sluoksnis atitinka vieną hologramą, tai gali būti tikra revoliucija duomenų saugojimo rinkoje.

Įrašytų hologramų nuskaitymą užtikrina vienas atskaitos spindulys, kuris sukuria įrašytos hologramos atspindį ir projektuoja ją į detektoriaus masyvą. Tas pats elementas ant jo patenkantį duomenų tinklelį paverčia bitų seka, o hologramų skaitymas skirtinguose laikmenų gyliuose užtikrinamas taip pat, kaip ir įrašant – keičiant atskaitos pluošto pasvirimo kampą ir laikmenos padėtį.

Norint įgyvendinti holografinį įrašymą, reikėjo sukurti specialią laikmeną, kuri apjungtų didesnį jautrumą šviesai, ilgaamžiškumą, mažą kainą ir stabilumą. Svarbus reikalavimas buvo priimtini linijiniai terpės matmenys. Kūrėjų teigimu, fotopolimeriniai diskai atitinka visus šiuos kriterijus. Jų skersmuo nėra daug didesnis nei šiuolaikinių diskų skersmuo ir yra 130 mm. Jie dedami į kasetes, panašias į ankstyvąsias DVD laikmenas, nes į fotopolimero paviršių patekusi šviesa sukels cheminę reakciją, kuri negrįžtamai sunaikins įrašytus duomenis.

Šiandien yra tik vieną kartą rašomi įrenginiai, tačiau „InPhase Technologies“ užtikrina, kad perrašomos laikmenos pasirodys 2008 m.

Duomenų saugumas

Kūrimo įmonės daug dėmesio skyrė informacijos saugumui, o tai sustiprino holografinių diskų saugumo savybes dėl įrašymo technologijos ypatumų.

1) Naudojant holografinį „skaitymą“, neįmanoma gauti tiesioginės prieigos prie laikmenos, skirtingai nuo kitų optinių ir standžiųjų diskų: duomenys yra giliai laikmenoje, o tai apsunkina neteisėtą prieigą.

2) Kiekviename holografiniame diske yra speciali mikroschema, kurioje yra informacija apie duomenų išdėstymą diske. Skaitydamas diskas pirmiausia pasiekia šią informaciją, o jei ji yra užšifruota, nuskaityti duomenų be reikalingos informacijos bus neįmanoma.

3) Specialių pažymių taikymas, kurių skaitymas ir atpažinimas yra būtinas. Jie išsidėstę giliau, su tam tikromis koordinatėmis. Norint įveikti tokio tipo apsaugą, reikalingas skirtingo bangos ilgio lazeris, kuriame nėra masinio vartotojo pavarų.

4) Holografinėse pavarose įrašymui naudojamo lazerio bangos ilgis svyruoja nuo 403 iki 407 nm. Kitas veiksmingas duomenų apsaugos būdas gali būti tuo pagrįstas: disko įrenginys, naudojant netinkamo bangos ilgio lazerį, negalės nuskaityti disko.

5) Kitas apsaugos nuo neteisėtos prieigos būdas gali būti disko susiejimas su kiekvieno konkretaus disko programine įranga ir įmontuotų saugos funkcijų naudojimas.

Privalumai priešBluspindulys:

1) didesnė apimtis: 1,6 TB, palyginti su 50 GB;

2) didelis informacijos rašymo/skaitymo greitis: 120 MB/sek prieš 26 MB/sek;

3) ilgas tarnavimo laikas (iki 50 metų).

Šiandienos įvykiai

„Tapesry“ holografinio įrašymo sistema, kuriai sukurti prireikė daugiau nei 8 metų, buvo pristatyta balandį Las Vegase vykusioje parodoje „NAB Show 2008“, o „InPhase Technologies“ paskelbė apie pardavimo pradžią 2008 m. gegužę.

Sistemą sudaro 120 mm skersmens plastikiniai diskai, padengti specialia medžiaga, dedami į kasetes. Holografiniai vaizdai ant diskų paviršiaus uždedami naudojant mėlyną lazerį, kurio bangos ilgis yra 405 nm – panašiai kaip naudojamas „Blu-ray“. „InPhase Technologies“ duomenimis, tokie įrenginiai gali tarnauti iki 50 metų. Šiuo metu jie gali saugoti 300 GB, 800 GB ir 1,6 TB duomenų, o tai buvo pasiekta taip. Ant vienodo kiekio medžiagos galima laikyti daugiau hologramų, derinant ne tik puslapius, bet ir duomenų knygas. Duomenų puslapis yra apie 1 milijonas bitų, įrašytų per vieną lazerio ekspoziciją. Kiekvienas duomenų puslapis yra savo adresu, o keli šimtai tokių puslapių (iki 252) gali būti įrašyti toje pačioje medžiagos vietoje, kuri sudaro knygą. Naujausi pažanga leidžia įrašyti „persidengiančius“ ne tik puslapius, bet ir knygas - iki 15 vienetų.

Tapestry sistemos duomenų rašymo ir skaitymo iš laikmenos greitis svyruoja nuo 20 iki 120 MB/sek (tiesiogiai proporcingas laikmenos tūriui). Dabartinė jo kaina yra 18 000 USD „InPhase“ pavaros liniją sudaro trys modeliai:

WORM Gen 1 gobelenas 300r 300 GB, 20MB/sek;

WORM Gen 2 gobelenas 800r 800 GB, 80MB/sek;

WORM Gen 3 gobelenas 1600r 1,6 TB, 120 MB/sek.

Šios sistemos veikimo principas labai panašus į Plasmon UDO sistemą, kuri duomenims rašyti ir nuskaityti naudoja mėlynai violetinį lazerį. Pagrindiniai UDO trūkumai – mažesnė disko talpa (120 ir 240 GB), mažesnė duomenų rašymo/skaitymo sparta, kuri siekia vos 12 MB/s. Tiesa, jo prognozuojamas tarnavimo laikas toks pat – 50 metų. Šios sistemos kol kas nėra rinkoje.

Maxell bendrovė turi panašių pokyčių. Jos darbuotojai kartu su „InPhase Technologies“ planavo, kad jų naujos optinės laikmenos – 300 GB talpos holografiniai diskai – pasirodys jau 2007 m. Tai dar neįvyko. 2008 m. jie planuoja sukurti antros kartos naują 800 GB talpos laikmeną, o iki 2010 m. pristatys ir 1,6 TB diskus. Šiuo metu „Maxell“ dirba keliomis kryptimis vienu metu: kuriami įvairaus dydžio diskai – nuo labai mažų iki klasikinių 12 cm laikmenų. Vartotojų rinkai pasirodys 75 arba 100 GB talpos diskai. Kalbant apie naujų diskų duomenų perdavimo greitį, 300 GB laikmenos greitis yra 20 MB/s. Kaip ir galima tikėtis, optinių įrenginių ir diskų kaina jiems yra tokia pat didelė, kaip ir pradininko InPase: iš pradžių už holografinį įrenginį teks pakloti 15 000 USD, o už diską – 120–180 USD.

Kartu su tuo, kas išdėstyta aukščiau, „Hitachi Maxell“ sukūrė holografinę laikmeną HROM ir parodoje CEATEC pristatė jame veikiančią garso atkūrimo sistemos prototipą. Jų laikmenos šiandien yra nedidelės apimties – 4 GB, o duomenų perdavimo greitis – 16 MB/s. Tačiau verta atsižvelgti į itin kompaktišką vidutinį dydį – šiek tiek didesnį nei įprastas pašto ženklas. Kalbėdami apie įrenginių kainą, kūrėjai pažymi, kad kaina labai priklausys nuo kuriamos gamybos apimties, tačiau neturėtų viršyti kelių dolerių už įrenginį.

Pokyčiai holografijos srityje taip pat buvo produktyvūs „Sony“ turima technologija leidžia įrašyti informaciją, kurios tankis yra 180 Gbitų kvadratiniame colyje. O 2007 m. lapkritį jiems pavyko padidinti holografinio įrašymo tankį iki 270 Gbit kvadratiniame colyje. Taip atsirado galimybė sukurti 1,5 karto didesnės talpos holografines laikmenas. Tačiau kada naujoji „Sony“ technologija bus komercializuota, dar nepaskelbta.

2006 m. balandį „Daewoo“ atstovas paskelbė apie HDDS įrenginio – Holografinės skaitmeninės duomenų saugyklos (holografinio disko) sukūrimą. Jį sudaro du posistemiai, į kuriuos įeina elektrooptinė valdymo sistema, pagrįsta National Instruments (NI) komponentais, įskaitant CompactRIO FPGA valdiklį ir Xilinx FPGA vaizdo dekodavimo plokštę. „Daewoo“ holografinė pavara veikia tuo pačiu principu kaip ir „InPhase Technologies“ įrenginys. Jis naudoja tradicinį CD dydžio holografinį diską kaip laikmeną. Nepaisant santykinio ataskaitų amžiaus, vis dar nėra nė žodžio apie komercinį naujosios technologijos įgyvendinimą.

Kūrybos sunkumai, jų sprendimo būdai

1) Pagrindinė problema, su kuria susidūrė sistemų kūrėjai, buvo poreikis išdėstyti dvi optines sistemas priešingose informacijos laikmenos pusėse (pirmoji yra atsakinga už pradinio pluošto formavimą, o antroji yra atsakinga už modifikuoto signalo, perduodamo per diską, priėmimą, y., informacijos skaitymas), ir Tai reiškia, kad nebuvo galimybių kurti kompaktiškus diskus. Tačiau inžinieriams pavyko įdėti abi sistemas vienoje holografinės terpės pusėje ir nukreipti antrinį signalą į imtuvą dėl atspindinčio sluoksnio, esančio galinėje informacinės terpės pusėje.

2) Pusė holografinės laikmenos vietos nėra skirta duomenims įrašyti, nes ją naudoja klaidų taisymo programinė įranga. Naujoji „Sony“ technologija sumažino klaidų skaičių prieš taisant. Dabar šis skaičius neviršija 10%. Todėl laikui bėgant jie sugalvos, kaip taupiau išnaudoti vietą diske.

3) Jautrumas šviesai: elektromagnetinė spinduliuotė, kurios bangos ilgis artimas šviesai, sukelia reakciją įrašymo terpėje, dėl kurios iškraipomi ir sugadinami įrašyti duomenys – įdėjus diskus į nepermatomas kasetes sumažėjo informacijos praradimo tikimybė.

3 išvada

Holografinė technologija atrodo labai įspūdingai, atsižvelgiant į didelę talpą, informacijos rašymo / skaitymo greitį ir įtikinamų apsaugos nuo neteisėtos prieigos priemonių buvimą, todėl daugeliui vartotojų gali būti pageidaujamas įsigijimas, tačiau itin didelė kaina patvirtina kūrėjai, nurodant holografinių diskų naudojimą daugiausia įmonių rinkoje. Nepamirštant, kad kai kurios įmonės planuoja kurti biudžetinius sprendimus, verta tikėtis panašių prietaisų atsiradimo masiniam vartotojui.