Leito ir Upatnieko holograma. Hologramų formavimo metodai

Labiausiai paplitęs ir plačiausiai naudojamas objektų vaizdų įrašymo būdas yra fotografija. Fotografuojant šviesos bangų intensyvumo pasiskirstymas fiksuojamas dvimatėje objekto vaizdo projekcijoje nuotraukos plokštumoje.

Todėl, kad ir kokiu kampu žiūrėtume į fotografiją, naujų kampų nematome. Taip pat nematome objektų, esančių fone ir paslėptų priekyje. Perspektyva nuotraukoje matoma tik pasikeitus santykiniai dydžiai objektai ir jų vaizdų aiškumas.

Holografija yra vienas iš nuostabių pasiekimų šiuolaikinis mokslas ir technologija. Pavadinimas kilęs iš Graikiški žodžiai holos – užbaigtas ir grapho – rašymas, o tai reiškia pilnas įėjimas vaizdai.

Holografija iš esmės skiriasi nuo įprastos fotografijos tuo, kad šviesai jautri medžiaga fiksuoja ne tik objekto išsklaidytų ir nešančių šviesos bangų intensyvumą, bet ir fazę. visa informacija apie jį trimatė struktūra. Kaip tikrovės atvaizdavimo priemonė, holograma turi unikalią savybę: skirtingai nuo fotografijos, kuri kuria plokščias vaizdas, holografinis vaizdas gali atkurti tikslią trimatę originalaus objekto kopiją. Šiuolaikinės hologramos stebimos, kai apšviečiamos įprastiniais šviesos šaltiniais, o visas tūringumas kartu su dideliu paviršiaus tekstūros atvaizdavimo tikslumu suteikia visapusišką buvimo efektą.

Holografija remiasi dviem fizikiniai reiškiniai- šviesos bangų difrakcija ir trukdžiai.

Fizinė idėja yra ta, kad kai du šviesos pluoštai yra vienas ant kito, tam tikromis sąlygomis atsiranda trukdžių modelis, ty erdvėje atsiranda šviesos intensyvumo maksimumai ir minimumai. Kad šis trukdžių modelis būtų stabilus per stebėjimui reikalingą laiką ir būtų registruojamas, dvi šviesos bangos turi būti suderintos erdvėje ir laike. Tokios nuoseklios bangos vadinamos koherentinėmis.

Dviejų pridėjimo rezultatas darnios bangos visada bus stovinti banga. Tai reiškia, kad trukdžių modelis laikui bėgant bus stabilus. Šis reiškinys yra hologramų kūrimo ir rekonstrukcijos pagrindas.

Įprasti šviesos šaltiniai nėra pakankamai nuoseklūs, kad juos būtų galima naudoti holografijoje. Štai kodėl lemiamas jo plėtrai buvo 1960 m. išradimas optinis kvantinis generatorius arba lazeris – nuostabus spinduliuotės šaltinis, turintis reikiamą koherentiškumo laipsnį ir galintis skleisti tik vieną bangos ilgį.

Dennisas Gaboras, tyrinėdamas vaizdo įrašymo problemą, sugalvojo puikią idėją. Jo įgyvendinimo esmė yra tokia. Jei sija darni šviesa padalinti į dvi ir užfiksuotą objektą apšviesti tik viena spindulio dalimi, antrą dalį nukreipiant į fotografinę plokštę, tuomet nuo objekto atsispindėję spinduliai trukdys spinduliams, kurie iš šviesos šaltinio krenta tiesiai ant plokštelės. Šviesos spindulys, patenkantis į plokštę, vadinamas palaikantis, o spindulys atsispindėjo arba praėjo per objektą tema. Atsižvelgiant į tai, kad šie spinduliai gaunami iš to paties spinduliuotės šaltinio, galite būti tikri, kad jie yra koherentiški. Objekto bangos ir atskaitos bangos interferencijos modelio fotografinis įrašas turi savybę atkurti objekto vaizdą, jei atskaitos banga vėl nukreipiama į tokį įrašą. Tie. Kai plokštelėje įrašytas vaizdas bus apšviestas atskaitos spinduliu, bus atkurtas objekto vaizdas, kurio vizualiai neįmanoma atskirti nuo tikrojo. Jei pažvelgsite pro plokštelę po skirtingi kampai, galite stebėti objekto vaizdą perspektyvoje su skirtingos pusės. Žinoma, tokiu stebuklingu būdu gautos fotografinės plokštelės fotografija vadinti negalima. Tai holograma.

1962 metais I. Leithas ir J. Upatnieksas gavo pirmąsias perduodančias tūrinių objektų hologramas, pagamintas naudojant lazerį. Į permatomą veidrodį nukreipiamas koherentinės lazerio spinduliuotės spindulys, kurio pagalba gaunami du pluoštai - objekto spindulys ir atskaitos spindulys. Atskaitos spindulys nukreipiamas tiesiai į fotografinę plokštę. Objekto spindulys apšviečia objektą, kurio holograma yra įrašyta. Nuo objekto atsispindėjęs šviesos spindulys – objekto spindulys – atsitrenkia į fotografinę plokštę. Plokštės plokštumoje du pluoštai - objektas ir atskaitos pluoštai - sudaro sudėtingą interferencijos modelį, kuris dėl dviejų šviesos pluoštų darnos išlieka nepakitęs laike ir yra vaizdas. stovinti banga. Belieka jį užregistruoti įprastu fotografiniu būdu. Gautas interferencijos modelis yra užkoduotas vaizdas, apibūdinantis objektą taip, kaip jis matomas iš visų fotografinės plokštelės taškų. Šiame vaizde saugoma informacija apie nuo objekto atsispindinčių bangų amplitudę ir fazę.

Jei holograma įrašoma tam tikroje tūrinėje terpėje, tai gautas stovinčios bangos modelis vienareikšmiškai atkuria ne tik amplitudę ir fazę, bet ir spektrinė kompozicija joje užfiksuota spinduliuotė. Ši aplinkybė buvo trimačių (tūrinių) hologramų kūrimo pagrindas. Tūrinių hologramų veikimas yra pagrįstas Braggo difrakcijos efektu: dėl bangų, sklindančių į vidų, trukdžių. tiršta emulsija, susidaro plokštumos, apšviestos didesnio intensyvumo šviesa.

Sukūrus hologramą, atvirose plokštumose susidaro juodi sluoksniai. Dėl to susidaro vadinamosios Braggo plokštumos, kurios turi savybę iš dalies atspindėti šviesą.

Tie. emulsijoje sukuriamas trimatis interferencinis raštas.

Tokia storasluoksnė holograma leidžia efektyviai rekonstruoti objekto bangą, jei įrašymo ir rekonstrukcijos metu atskaitos pluošto kritimo kampas išlieka nepakitęs. Atkūrimo metu taip pat neleidžiama keisti šviesos bangos ilgio. Toks tūrinės perdavimo hologramos selektyvumas leidžia plokštelėje įrašyti iki kelių dešimčių vaizdų, atitinkamai keičiant etaloninio pluošto kritimo kampą įrašymo ir rekonstrukcijos metu.

Rekonstruojant tūrinę hologramą, priešingai nei plokščias perdavimo hologramas, susidaro tik vienas vaizdas dėl rekonstrukcijos pluošto atspindėjimo nuo hologramos tik viena kryptimi, kurią lemia Bragg kampas.

Atspindinčios tūrinės hologramos įrašomos naudojant kitą schemą. Šių hologramų kūrimo idėja priklauso Yu.N. Denisyukas. Todėl tokio tipo hologramos žinomos jų kūrėjo vardu.

Atskaitos ir objekto šviesos pluoštai formuojami naudojant skirstytuvą ir nukreipiami per veidrodį į plokštę iš abiejų pusių. Objekto banga apšviečia fotografinę plokštę iš emulsijos sluoksnio pusės, o atskaitos banga – iš stiklo pagrindo pusės. Esant tokioms įrašymo sąlygoms, Braggo plokštumos yra beveik lygiagrečios fotografinės plokštės plokštumai. Taigi fotosluoksnio storis gali būti palyginti mažas.

9.4. Integrinių grandynų elementai.

Formos pradžia

INTEGRUOTA GRANDINĖ(IC), mikroelektroninė grandinė, suformuota ant mažos plokštelės (kristalinės arba „lusto“) puslaidininkinė medžiaga, dažniausiai silicis, kuris naudojamas kontrolei elektros šokas ir jo stiprinimas. Įprastą IC sudaro daugybė tarpusavyje sujungtų mikroelektroninių komponentų, tokių kaip tranzistoriai, rezistoriai, kondensatoriai ir diodai, pagaminti lusto paviršiniame sluoksnyje. Silicio kristalų dydžiai svyruoja nuo maždaug 1,3 x 1,3 mm iki 13 x 13 mm. Integrinių grandynų pažanga paskatino didelio masto ir labai didelio masto integrinių grandynų (LSI ir VLSI) technologijų kūrimą. Šios technologijos leidžia gaminti IC, kurių kiekvienoje yra daug tūkstančių grandinių: viename luste gali būti daugiau nei 1 mln. važiuoklė. IC yra mažesni, greitesni ir patikimesni; Jie taip pat yra pigesni ir mažiau jautrūs gedimams dėl vibracijos, drėgmės ir senėjimo. Miniatiūrizavimas elektroninės grandinės tapo įmanoma dėka ypatingos savybės puslaidininkiai. Puslaidininkis yra medžiaga, kurios elektrinis laidumas (laidumas) yra daug didesnis nei dielektrikas, pavyzdžiui, stiklas, bet žymiai mažesnis nei laidininkai, tokie kaip varis. IN kristalinė gardelė kambario temperatūroje yra per mažai puslaidininkių medžiagų, pvz., silicio laisvųjų elektronų užtikrinti didelį laidumą. Todėl gryni puslaidininkiai turi mažą laidumą. Tačiau atitinkamos priemaišos įvedimas į silicį padidina jo elektros laidumas. Priemonės į silicį įvedamos dviem būdais. Esant stipriam dopingui arba tais atvejais, kai nėra būtina tiksliai kontroliuoti įterptų priemaišų kiekį, dažniausiai naudojamas difuzijos metodas. Fosforo arba boro difuzija paprastai atliekama priedo atmosferoje, esant 1000–1150  C temperatūrai nuo pusvalandžio iki kelių valandų. Implantuojant jonus, silicis yra bombarduojamas didelės spartos legiruojančiais jonais. Implantuotų priemaišų kiekis gali būti reguliuojamas kelių procentų tikslumu; tikslumas kai kuriais atvejais yra svarbus, nes tranzistoriaus stiprinimas priklauso nuo priemaišų atomų, implantuotų 1 cm 2 bazės, skaičiaus.

Tarp daugybės holografijoje naudojamų schemų apsvarstysime tik kai kurias turinčias būdingi bruožai. Išsamiausiai ištirtos difuziškai išsibarsčiusių objektų hologramų gavimo schemos. Viena iš tokių schemų parodyta fig. 13. Čia nuo objekto atsispindėjusi spinduliuotė kartu su atskaitos banga patenka ant šviesai jautraus sluoksnio.

Kaip lazerio spindulio skirstytuvą patogu naudoti daugiasluoksnį dielektrinį veidrodį, kurio atspindžio koeficientą galima nesunkiai keisti plačiame diapazone, keičiant lazerio spindulio kritimo kampą. Tai leidžia nustatyti reikiamą atskaitos ir signalo pluoštų energijų santykį tiesiog sukant pluošto skirstytuvą ir išvengti nuostolių, kurie atsiranda naudojant slopintuvus.

Besisukantis veidrodis 1 leidžia nesunkiai nustatyti optimalią objekto apšvietimo kryptį, o veidrodis 2 padeda išlyginti atskaitos ir signalo bangų nueitus kelius nuo pluošto skirstytuvo iki hologramos. Jau sakėme, kad kelių skirtumas tarp šių bangų turėtų būti mažesnis už lazerio spinduliuotės koherentinį ilgį.

Atvejis, kai atskaitos banga turi plokščią frontą ir atstumas iki objekto yra gana mažas, atitinka Frenelio holografiją. Kiekvienas objekto taškas šiuo atveju rodomas hologramoje signalo pavidalu su kintamu erdviniu dažniu, kurį lemia kampas tarp atskaitos ir signalo bangų.

Kaip jau minėta, hologramoje įrašytą erdvinį dažnį riboja fotosluoksnio skiriamoji geba. Noras sušvelninti fotosluoksnio raiškos reikalavimus realizuojamas Furjė holografijoje, kur atskaitos banga turi sferinį frontą ir yra sukurta taškinio šaltinio, esančio prieš šviesai jautrų sluoksnį tokiu pat atstumu kaip ir objektas (14 pav.). Čia kiekvienas objekto taškas hologramoje rodomas kaip signalas su pastoviu erdviniu dažniu, kuris yra mažesnis, tuo mažesnis jo atstumas iki atskaitos bangos šaltinio. Kitaip tariant, šiuo atveju tarpas tarp interferencijos kraštų kiekvienam objekto taškui hologramos plokštumoje nekinta. Tai lengva suprasti, jei prieš transformuojančią hologramą įdedate objektyvą sferinės bangosį plokščias.

Ši Furjė holografijos savybė leidžia gauti hologramas su gana mažos skiriamosios gebos fotografinėmis emulsijomis. Šis metodas ypač patogus fotografuojant smulkūs daiktai, nes didėjant atstumui tarp objekto ir atskaitos bangos šaltinio, didėja erdvinis dažnis ir mažėja vaizdo ryškumas. Atkurtas vaizdas turi vieną įdomi savybė: abu vaizdai, įsivaizduojami ir realūs, yra toje pačioje plokštumoje ir yra stebimi kartu su atskaitos pluoštu, esančiu tarp jų. Šie vaizdai yra vienodi, bet vienas kito atžvilgiu apversti 180°.

Jei atskaitos bangos sferinio fronto kreivio spindulys palaipsniui didinamas, tai yra, priartinamas prie plokštumos atskaitos bangos atvejo, tada vienas iš rekonstruotų vaizdų palaipsniui tampa ne toks aiškus (dėl defokusavimo), o tai atitinka perėjimas nuo Furjė holografijos prie Frenelio holografijos. Fig. 15 paveiksle parodyta vieno iš tarpinių atvejų atkurto vaizdo nuotrauka, iliustruojanti perėjimą prie Frenelio holografijos. Čia matomas vienas iš rekonstruotų vaizdų kartu su šviesia dėmė, kurią sukuria atskaitos pluoštas. Holograma buvo nufilmuota naudojant impulsinį rubino lazerį.

Be objektų fotografavimo atspindintoje šviesoje, reikšmingas susidomėjimas yra skaidrių ir permatomų objektų hologramų kūrimas, ypač skirtas informacijai iš skaidrumo įrašyti. Lazerio spindulys yra padalintas į du pluoštus, kaip parodyta Fig. 16, o vieno iš sijų kelyje įrengtas baneris. Pažymėtina, kad šviesa, einanti per banerį, sklinda pagal įstatymus geometrinė optika ir sudaro vaizdą ant hologramos, kuris yra artimas šešėliniam vaizdui. Tokiu atveju neišnaudojama bet kurio hologramos taško galimybė turėti informaciją apie visą fotografuojamą objektą, o stebint atkuriamą vaizdą, fotografuojant hologramą reikia griežtai žiūrėti išilgai skaidrumą apšviečiančio pluošto, nes kitu atveju vaizdo ryškumas smarkiai sumažėja. Siekiant pašalinti šį trūkumą, skaidrumas apšviečiamas per smegenų stiklą, o atstumas nuo šlifuoto stiklo iki skaidrumo neturėtų būti per didelis, nes po šlifuoto stiklo šviesos spindulys pasiskirsto, o didėjant atstumui iki skaidrumo, apšvietimas pastarųjų mažėja.

Jau pažymėjome, kad objektų tūrio gylį fotografuojant hologramas lemia optinių generatorių laiko darna. Šiuo metu esamų helio-neoninių lazerių, kurie yra tinkamiausi hologramoms gaminti, koherencijos ilgis siekia keliasdešimt centimetrų, todėl objektų tūrio gylis šios reikšmės neturėtų viršyti. Tačiau jei norime gauti hologramą iš kelių objektų vienu metu, išsidėsčiusių vienas po kito dideliame gylyje (žymiai viršijant koherentiškumo ilgį), tai tampa įmanoma naudojant specialius peršviečiamus. Kaip pavyzdį apsvarstykite trijų objektų diagramą, pateiktą Fig. 17.

Signalo spindulys padalijamas naudojant permatomų veidrodžių sistemą, o kiekvienas gautas pluoštas naudojamas apšviesti savo objektų grupę, kurios tūrio gylis yra mažesnis už lazerio koherencijos ilgį. Veidrodžių išdėstymas parenkamas taip, kad kiekviena objektų grupė būtų apšviesta šviesos pluoštu, kurio kelio ilgis iki fotografinės plokštės būtų lygus atskaitos pluošto kelio ilgiui. Veidrodžių skaidrumas turi būti parinktas taip, kad visų objektų apšvietimas būtų vienodas.

Apsvarstyta schema leidžia gauti scenos hologramą su didelis gylis ekspozicijos tūris. Šiuo atveju lazerio signalo pluošto energija apšviečia visus objektus vienu metu. Galite sumažinti ekspozicijos laiką, jei apšviečiate objektų grupes po vieną pagal tą pačią schemą, ty nuosekliai fotografuojate kiekvieno objekto hologramas toje pačioje fotografinėje plokštelėje. Norėdami tai padaryti, vietoj permatomų veidrodžių reikia naudoti vieną visiškai atspindintį veidrodį, kiekvieną kartą pastatydami jį taip, kad būtų apšviesta tik viena objektų grupė.

Kaip iliustracija pav. 18 parodytos virtualių hologramos vaizdų nuotraukos, gautos aukščiau nurodytu būdu. Šios nuotraukos atitinka fotoaparato fokusavimą skirtinguose gyliuose. Holograma užfiksavo maždaug metro gylyje esančius kubus su raidėmis. Kiekvieno subjekto ekspozicijos laikas buvo kelios sekundės. Holograma buvo nufilmuota naudojant 10 galios helio-neoninį lazerį mw(su vienu skersiniu ir daugybe išilginių virpesių tipų) ant Mikrat 900 fotografinės plokštės.

Reikėtų pažymėti, kad yra daugybė kitų schemų, leidžiančių gauti didelio tūrio gylio hologramas.

Baigdamas turiu pasakyti keletą žodžių apie hologramų fotografavimo procesą. Kadangi ekspozicijos laikas naudojant nuolatinių bangų lazerius svyruoja nuo sekundės dalių iki kelių minučių (priklausomai nuo lazerio galios, filmo jautrumo ir objekto dydžio), vibracija atlieka svarbų vaidmenį. įvairių elementų schemos. Jei vibracijos amplitudė yra panaši į bangos ilgį, tai sukelia trikdžių modelio „ištepimą“ ir hologramos kokybės pablogėjimą. Būtent todėl hologramos dažniausiai šaudomos ant gana masyvaus pagrindo, o grandinės elementai fiksuojami gana standžiai. Tai netaikoma pačiam lazeriui, kurio virpesiai neturi didelės įtakos hologramų kokybei.

Natūralu, kad fotografuojant hologramą labai trumpai, vibracijų įtaka mažėja. Jis visiškai pašalinamas impulsinės holografijos atveju, kai ekspozicijos laikas nustatomas pagal lazerio spinduliuotės impulso trukmę, kuri paprastai yra 10 -3 -10 -9 sek.

1. Įrašymo schema Denisyuko hologramos

Taigi mes einame praktinis kursas pagal holografiją. 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 . 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. Interferencija stebima sudėjus dvi bangas, kai su sąlyga, kad jos yra koherentinės, t.y. tarp šių bangų pastovus fazių skirtumas, atsiranda būdingas erdvinis šviesos intensyvumo pasiskirstymas – interferencinis modelis. Fotografinio detektoriaus plokštelė tai užfiksuoja kintančiomis šviesiomis ir tamsiomis juostelėmis arba interferograma.

Liekamiesiems įtempiams nustatyti buvo naudojama ir įprastinė interferometrija, tačiau šį darbą buvo galima atlikti tik gerai įrengtoje laboratorijoje: reikėjo specialiai paruošti tiriamo objekto paviršių, suteikiant jam

teisinga forma

, specialus apšvietimas ir įranga. Kai buvo sukurtas lazeris, t.y. spinduliuotės šaltinis, turintis didelę erdvinę ir laiko koherentiškumą, pradėjo kurtis optinė holografija – objekto išsklaidytų šviesos bangų fiksavimo ir atkūrimo būdas, pernešantis informaciją apie jo formą (t.y. trimatį objekto vaizdą). Kai kurie interferometrijos metodai tapo labai supaprastinti, nes buvo pašalintos apšvietimo ir paviršiaus paruošimo problemos. Pagrindinė Leith-Upatnieks hologramos įrašymo optinė schema parodyta 4 paveiksle. Lazerio spindulį 1 išplečia lęšis 2 ir peršviečiamas veidrodis 3 padalija į dvi dalis. Viena dalis yra atskaitos spindulys (RL), jis praeina pro veidrodį ir tuoj pat krenta ant fotografijos plokštelės-detektoriaus 5. Antroji dalis, atsispindėjusi nuo veidrodžio, apšviečia objektą 4 ir, difuziškai jo išsklaidyta, pereina pro objektyvą. 6 ir taip pat nukrenta ant detektoriaus. Tai objekto spindulys (SL).

4 pav.

Scheminė diagrama

Leith-Upatnieks hologramos įrašai:

1 - lazeris; 2 - objektyvas; 3 - permatomas veidrodis; 4 - objektas; 5 - fotografijos plokštelės detektorius; 6 - objektyvas padidinimo režimu.

5 pav. – Yu.N. hologramos įrašymo schema. Denisyukas.

Registruojant hologramą tokioje schemoje, a didelis skaičius iš dalies atspindintys paviršiai, vadinami sluoksniais, veikiantys kaip 15 atspindintis trukdžių filtras. Net 10–12 mikronų storio įrašymo terpėje šių sluoksnių skaičius gali būti didesnis nei 50. Didelis skaičius Hologramoje esantys iš dalies atspindintys paviršiai lemia didelį jų spektrinį selektyvumą, leidžiantį atkurti ant jų užfiksuotą vaizdą baltoje šviesoje. Tokios hologramos vadinamos Yu.N. Denisyuk arba atspindinčios tūrinės hologramos. Reikėtų pažymėti, kad garsi nuotrauka Lippmannas iš esmės yra ypatingas Denisjuko hologramos atvejis.

Kuris su labai aukštas laipsnis tikslumas sutampa, atsiranda stovinti 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). Stovimoje zonoje elektromagnetinė banga dedama (ar kita įrašymo medžiaga), dėl to šioje plokštėje atsiranda sudėtingas tamsėjančių juostų modelis, atitinkantis elektromagnetinės energijos (modelio) pasiskirstymą šioje erdvės srityje. Jei dabar šią plokštę apšvies banga, artima etaloninei, ji pavers šią bangą banga, artima objektinei. Taigi matysime (skirtingu tikslumo laipsniu) tą pačią šviesą, kuri atsispindėtų nuo įrašymo objekto.

Šviesos šaltiniai

Įrašant hologramą itin svarbu, kad objekto ir atskaitos bangų ilgiai (dažniai) maksimaliai tiksliai sutaptų tarpusavyje ir nesikeistų per visą įrašymo laiką (kitaip įrašas nebus įrašytas į įrašą). aiškus vaizdas). Tai galima pasiekti tik tada, kai įvykdomos dvi sąlygos:

1. abi bangas iš pradžių skleidė tas pats šaltinis
2. šis šaltinis skleidžia labai stabilaus bangos ilgio bangą (spinduliavimą)

Vienintelis šviesos šaltinis, gerai tenkinantis antrąją sąlygą, yra . Iki lazerių išradimo holografija praktiškai nebuvo vystoma. Šiandien holografija kelia vieną iš griežčiausių lazerio koherencijos reikalavimų.

Dažniausiai darna paprastai apibūdinama koherentiškumo ilgiu – skirtumu optiniai takai dvi bangos, kuriose trukdžių modelio aiškumas sumažėja perpus, palyginti su trukdžių modeliu, kurį sukuria bangos, nukeliavusios tokį patį atstumą nuo šaltinio. Įvairių lazerių koherencijos ilgis gali svyruoti nuo kelių milimetrų (didelės galios lazeriai, skirti suvirinimui, pjovimui ir kitoms reikmėms, kurioms šis parametras nereikalingas) iki dešimčių metrų (specialūs, vadinamieji vieno dažnio lazeriai, skirti programoms, kurioms reikia darna).

Holografijos istorija

Pirmoji holograma buvo gauta metais (ilgai prieš lazerių išradimą) eksperimentų metu, siekiant padidinti skiriamąją gebą. Jis taip pat sugalvojo patį žodį „holografija“, kuriuo pabrėžė visišką objekto optinių savybių įrašymą. Deja, jo hologramos buvo kitokios žemos kokybės. Neįmanoma gauti aukštos kokybės hologramos be koherentinio šviesos šaltinio.

Leith-Upatnieks žymėjimo 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 nukreipiami į objektą bei plokštę naudojant veidrodžius. Abi bangos (objektas ir atskaita) krenta ant plokštelės iš vienos pusės. Taikant šią įrašymo schemą, susidaro perdavimo holograma, kurios atkūrimui reikalingas šaltinis, skleidžiantis šviesą labai mažu bangos ilgių diapazonu ( monochrominė spinduliuotė), idealiu atveju - .

Denisyuko įrašymo schema

Pagal šią schemą lazerio spindulys išplečiamas ir nukreipiamas į. Dalis pro jį einančio spindulio apšviečia objektą. Nuo objekto atsispindėjusi šviesa sudaro objekto bangą. Kaip matyti, objektas ir atskaitos bangos krenta ant plokštelės iš skirtingų pusių. Šioje schemoje įrašoma atspindinti holograma, kuri savarankiškai išpjauna siaurą atkarpą (skyrius) iš ištisinio spektro ir atspindi tik tai. Dėl šios priežasties hologramos vaizdas matomas įprastoje baltoje šviesoje arba lempoje (žr. paveikslėlį straipsnio pradžioje). Iš pradžių holograma išpjauna bangos ilgį, kuriuo ji buvo įrašyta (tačiau apdorojant ir saugant hologramą gali keistis jos storis, taip pat keičiasi ir bangos ilgis), todėl galima įrašyti tris vieno objekto hologramas viename. plokštę, o naudojant lazerius, galiausiai gaunama spalvota holograma, kurios beveik neįmanoma atskirti nuo paties objekto.

Ši schema pasižymi ypatingu paprastumu ir taikymo atveju (ypač mažų matmenų ir sukuria besiskiriantį spindulį nenaudojant ) ji sumažinama iki vieno lazerio ir tam tikro pagrindo, ant kurio pritvirtinamas lazeris, plokštė ir objektas. Būtent šios schemos naudojamos įrašant mėgėjiškas hologramas.

Foto medžiaga

Holografija yra labai reikli fotografinės medžiagos skyrai. Atstumas tarp dviejų modelio maksimumų yra tokio paties dydžio kaip ir lazerio bangos ilgis, pastarasis dažniausiai yra 633 (helio-neono) arba 532 (antrasis harmoninis lazeris) nanometrai. Taigi ši vertė yra maždaug 0,0005 mm. Norint gauti aiškų interferencijos modelio vaizdą, reikėjo fotografinių plokščių su nuo 3000 (Leit-Upatnieks) iki 5000 (Denisyuk) linijų milimetre.

Pagrindinė fotografinė medžiaga hologramoms įrašyti yra specialios fotografinės plokštelės, pagamintos tradicinio sidabro bromido pagrindu. Dėl specialių priedų ir specialaus vystymo mechanizmo buvo galima pasiekti daugiau nei 5000 eilučių viename milimetre skiriamąją gebą, tačiau tai kainuoja itin mažo plokštės jautrumo ir siauro spektro diapazono (tiksliai suderinto su lazerio spinduliuote) kaina. ). Plokštelių jautrumas yra toks mažas, kad jas kelias sekundes galima nustatyti po tiesia linija. saulės šviesa be poveikio rizikos.

Be to, kartais naudojamos bichromuotos želatinos pagrindu pagamintos fotografijos plokštės, kurios turi dar didesnę skiriamąją gebą ir leidžia įrašyti labai ryškias hologramas (iki 90 % krentančios šviesos paverčiama vaizdu), tačiau jos yra dar mažiau jautrios ir yra jautrus tik toje srityje trumpos bangos(mėlyna ir, kiek mažiau, žalia spektro dalis).

Įjungta šiuo metu pasaulyje yra tik viena pramoninė (išskyrus keletą mažų) holografinių fotografijos plokščių gamyba - Rusijos „Slavich Company“.

Kai kurios įrašymo schemos leidžia rašyti ant mažesnės skiriamosios gebos plokštelių, net ir ant įprastų fotografinių juostų, kurių skiriamoji geba yra apie 100 eilučių milimetre, tačiau šios schemos turi daug apribojimų ir nenumato aukštos kokybės vaizdai.

Mėgėjiška holografija

Kaip jau parašyta aukščiau, Denisyuko schema, naudojant lazerinį diodą kaip nuoseklios šviesos šaltinį, pasirodo labai paprasta, todėl tokias hologramas buvo galima įrašyti namuose nenaudojant specialios įrangos.

Norėdami įrašyti hologramą, pakanka sukurti tam tikrą kadrą, ant kurio bus fiksuotai pritvirtintas lazeris, fotografinė plokštelė (dažniausiai PFG-03M) ir įrašomas objektas. Vienintelis rimtas reikalavimas, keliamas dizainui, yra minimali vibracija. Instaliacija turi būti montuojama ant vibraciją slopinančių atramų likus kelioms minutėms iki ekspozicijos ir jos metu negalima liesti (dažniausiai ekspozicija matuojama atidarant ir uždarant lazerio spindulį su ekranu, kuris nėra mechaniškai sujungtas su instaliacija); ; paprasčiausiu atveju galite tiesiog laikyti rankoje).

Mėgėjiška holografija naudoja pigius ir lengvai prieinamus puslaidininkinius lazerius:

1. lazeriniai rodyklės
2. lazeriniai moduliai
3. atskiri lazeriniai diodai

Lazeriniai rodyklės yra lengviausiai naudojamas ir prieinamas nuoseklios šviesos šaltinis. Už mažus pinigus jų galite nusipirkti beveik visur. Atsukus ar nupjovus spindulį fokusuojantį objektyvą, žymeklis pradeda šviesti kaip žibintuvėlis (išskyrus tai, kad jo taškas yra pailgintas viena kryptimi), leidžiantis apšviesti fotoplokštę ir už jos esančią sceną. Tiesiog reikia kaip nors (pavyzdžiui, skalbinių segtuku) pritvirtinti mygtuką įjungtoje būsenoje. Rodyklės trūkumai – nenuspėjama jų kokybė ir poreikis nuolat pirkti naujas baterijas.

Pažangesnis šaltinis – lazerinis modulis, kurio fokusavimo lęšį vėl reikia atsukti arba nupjauti. Skirtingai nuo rodyklės, modulis maitinamas ne iš jame esančių baterijų, o iš išorinis šaltinis, kuris gali būti stabilizuotas 3V maitinimo šaltinis. Toks maitinimo blokas, kaip ir pats lazerinis modulis, dažniausiai parduodamas radijo dalių parduotuvėse už palyginti nedidelius pinigus. Išsikrovusių baterijų nebuvimas prisideda prie stabilaus veikimo. Paprastai lazeriniai moduliai yra pagaminti geriau nei rodyklės, tačiau jų darna taip pat nenuspėjama.

Galiausiai, atskiri lazeriniai diodai yra sunkiausiai valdomi šviesos šaltiniai. Skirtingai nei moduliai ir rodyklės, juose nėra įmontuoto maitinimo šaltinio, todėl teks jį surinkti arba nusipirkti (pastarasis labai brangus). Faktas yra tas, kad lazeriniai diodai, kaip taisyklė, naudoja visiškai nestandartinę maitinimo įtampą, pavyzdžiui, 1,8 V, 2,7 V ir kt. Be to, jiems svarbiau ne maitinimo įtampa, o srovė. Paprasčiausias blokas Maitinimo šaltinis susideda iš miliampermetro, kintamo rezistoriaus ir standartinio 3-5V stabilizuoto maitinimo šaltinio. Be to, lazerinis diodas negali pats aušinti, jis turi būti sumontuotas ant radiatoriaus. Mėgėjiškai holografijai naudojamų diodų šiluminė galia neviršija šimtų milivatų, todėl pakanka minimalaus dydžio radiatoriaus, tačiau kuo didesnis radiatorius, tuo stabilesnė temperatūra, o darna tiesiogiai priklauso nuo temperatūros stabilumo.

Kaip jau parašyta aukščiau, rodyklių ir modulių darna yra visiškai nenuspėjama, nes Šis parametras nėra svarbus normaliam jų naudojimui. Visai įmanoma, kad turėsite nusipirkti kelis modulius / nuorodas, kol pamatysite labai nuoseklų egzempliorių. Kad koherentiškumas yra nepakankamas, galite suprasti iš įrašytos hologramos: jei joje yra būdingos juostelės, kurios juda sukant, tai lazeris generuoja kelis bangos ilgius ir jo koherentiškumas yra mažas.

Lazerinių diodų atveju situacija pastebimai geresnė. Pirma, jei diodas turi prastą emisijos spektrą (ty mažą koherentiškumą) įprastu veikimo režimu, tada šiek tiek sumažindami arba padidindami per jį srovę, galite pabandyti gauti gerą spektrą. Antra, kai kuriuos diodus gamintojas gamina atsižvelgdamas į didelės koherencijos reikalavimus. Tai lazeriai su vienu išilginiu režimu (Single longitudinal mode) arba vieno dažnio lazeriai. Jų darnos ilgis gerokai viršija metrą, o tai gerokai viršija mėgėjiškos holografijos poreikius. Be to, tokių lazerių kaina prasideda nuo kelių dešimčių dolerių, o tai yra gana prieinama daugumai mėgėjų. Visų pirma, tokius lazerinius diodus gamina „Opnext“ kartu su „Hitachi“.

Didžiausias pasiskirstymas daugumoje įvairios programos gavo raudonus puslaidininkinius lazerius su bangos ilgis 650 nm. Gauti tie patys lazeriai didžiausias paskirstymas mėgėjų holografijoje. Jie išsiskiria maža kaina, gana didele galia, o akies (ir PFG-03M fotografinių plokštelių, naudojamų Denisyuko hologramoms įrašyti) jautrumas šiam bangos ilgiui yra gana didelis. Rečiau holografijoje naudojami lazeriai, kurių bangos ilgis yra 655-665 nm. Fotografinės plokštės (ir akies) jautrumas šiam diapazonui yra pastebimai (apie 2 kartus) mažesnis nei iki 650 nm, tačiau tokie lazeriai turi daug kartų didesnę galią už panašią kainą. 635 nm lazeriai yra dar mažiau paplitę. Jų spektras itin artimas raudonojo He-Ne lazerio (633 nm) spektrui, kuriam fotografinės plokštės yra paaštrintos, o tai užtikrina maksimalų jautrumą (akies jautrumas taip pat ženkliai, dvigubai didesnis nei esant 650 nm). Tačiau šie lazeriai turi aukšta kaina, mažas efektyvumas ir retai turi didelę galią. Be to, šių lazerių poliarizacija yra statmena ilgesnio bangos ilgio lazerių poliarizacijai, tačiau tai nėra nei privalumas, nei trūkumas, tiesiog į tai reikia atsižvelgti montuojant lazerį, kad būtų užtikrintas minimalus šviesos atspindys nuo stiklo. fotografinė plokštelė.

Nuorodos

• Holografija – virtuali galerija- didžiausia holografijai skirta svetainė NVS