Галаграфія - гэта ... Паняцце, прынцып дзеяння, прымяненне

Галаграфічнае малюнак сёння знаходзіць усё большае ўжыванне. Некаторыя нават лічаць, што яно можа з часам замяніць вядомыя нам сродкі сувязі. Так гэта ці не, але ўжо цяпер яно актыўна выкарыстоўваецца ў самых розных галінах. Да прыкладу, усім нам знаёмыя галаграфічныя налепкі. Мноства вытворцаў выкарыстоўвае іх як сродак абароны ад падробкі. На фота ніжэй прадстаўлены некаторыя галаграфічныя налепкі. Іх прымяненне - вельмі эфектыўны спосаб абароны тавараў або дакументаў ад падробкі.

Гісторыя вывучэння галаграфіі

Аб'ёмны малюнак, якое атрымліваецца ў выніку праламлення прамянёў, пачатак вывучацца адносна нядаўна. Аднак мы ўжо можам казаць пра існаванне гісторыі яго вывучэння. Дэніс Габар, ангельскі навуковец, у 1948 годзе ўпершыню вызначыў, што такое галаграфія. Гэта адкрыццё было вельмі важным, але яго вялікае значэнне ў той час не было яшчэ відавочным. Якія працавалі ў 1950-я гады даследнікі пакутавалі ад адсутнасці крыніцы святла, які валодае кагерэнтнасці, - вельмі важнай уласцівасцю для развіцця галаграфіі. Першы лазер быў выраблены ў 1960 годзе. З дапамогай гэтага прыбора можна атрымаць святло, які мае дастатковую кагерэнтнасць. Юрыс Упатниекс і Иммет Лейто, амерыканскія навукоўцы, выкарыстоўвалі яго для стварэння першых галаграм. З іх дапамогай атрымліваліся трохмерныя выявы прадметаў.

У наступныя гады даследаванні працягваліся. Сотні навуковых артыкулаў, у якіх вывучалася паняцце аб галаграфіі, з тых часоў былі апублікаваныя, а таксама выдадзена мноства кніг, прысвечаных гэтаму метаду. Аднак гэтыя працы адрасаваныя спецыялістам, а не шырокаму чытачу. У дадзеным артыкуле мы паспрабуем распавесці пра ўсё даступным мовай.

Што такое галаграфія

Можна прапанаваць наступнае вызначэнне: галаграфія - гэта атрымліваецца з дапамогай лазера аб'ёмная фатаграфія. Аднак дадзенае вызначэнне не зусім здавальняюча, так як ёсць мноства іншых відаў трохмернай фатаграфіі. Тым не менш у ім адлюстравана найбольш істотнае: галаграфія - гэта тэхнічны метад, які дазваляе "запісваць" знешні выгляд таго ці іншага аб'екта; з яе дапамогай атрымліваецца трохмерны малюнак, якое выглядае так, як рэальны прадмет; прымяненне лазераў адыграла вырашальную ролю для яе развіцця.

Галаграфія і яе прымяненне

Даследаванне галаграфіі дазваляе растлумачыць многія пытанні, звязаныя з звычайнай фатаграфіяй. У якасці выяўленчага мастацтва аб'ёмны малюнак можа нават кінуць выклік апошняй, паколькі яно дазваляе адлюстроўваць навакольны свет больш дакладна і правільна.

Навукоўцы часам вылучаюць эпохі ў гісторыі чалавецтва па сродках сувязі, якія былі вядомыя ў тыя ці іншыя стагоддзя. Можна казаць, да прыкладу, пра што існавалі ў Старажытным Егіпце іерогліфах, аб вынаходстве ў 1450 годзе друкаванага станка. У сувязі з назіраным ў наш час тэхнічным прагрэсам новыя сродкі сувязі, такія як тэлебачанне і тэлефон, занялі пануючае становішча. Хоць галаграфічны прынцып знаходзіцца яшчэ ў дзіцячым стане, калі казаць пра яго выкарыстанні ў сродках інфармацыі, існуюць падставы меркаваць, што заснаваныя на ім прылады ў будучыні змогуць замяніць вядомыя нам сродкі сувязі ці хаця б пашырыць вобласць іх прымянення.

Навукова-фантастычная літаратура і масавая друк нярэдка падаюць галаграфію у няправільным, скажоным святле. Яны часта ствараюць няправільнае ўяўленне аб дадзеным метадзе. Аб'ёмны малюнак, убачанае ўпершыню, зачароўвае. Аднак не меншае ўражанне вырабляе фізічнае тлумачэнне прынцыпу яго прылады.

інтэрферэнцыйныя карціна

Здольнасць бачыць прадметы заснавана на тым, што светлавыя хвалі, пераламляючыся імі ці адлюстроўваючыся ад іх, трапляюць у наш вачэй. Адлюстраваныя ад некаторага аб'екта светлавыя хвалі характарызуюцца формай хвалевага фронту, адпаведнай форме гэтага аб'екта. Карціну цёмных і светлых палос (або ліній) ствараюць дзве групы светлавых кагерэнтныя хваляў, якія интерферируют. Такім чынам, утвараецца аб'ёмная галаграфія. Пры гэтым дадзеныя паласы ў кожным канкрэтным выпадку складаюць камбінацыю, якая залежыць толькі ад формы хвалевых франтоў хваляў, якія ўзаемадзейнічаюць адзін з адным. Такую карціну называюць інтэрферэнцыйнай. Яе можна зафіксаваць, да прыкладу, на фатаграфічнай пласцінцы, калі змясціць яе ў месца, дзе назіраецца інтэрферэнцыя хваль.

разнастайнасць галаграм

Спосабам, якія дазваляюць запісваць (рэгістраваць) адлюстраваны ад прадмета хвалевы фронт, пасля чаго аднаўляць яго так, што назіральніку здаецца, што ён бачыць рэальны прадмет, і з'яўляецца галаграфія. Гэта эфект, які тлумачыцца тым, што якое атрымліваецца малюнак трохмерна ў такой жа меры, што і рэальны прадмет.

Ёсць мноства розных тыпаў галаграм, у якіх лёгка заблытацца. Каб адназначна вызначыць той ці іншы выгляд, варта спажыць чатыры ці нават пяць прыметнікаў. З усяго іх мноства мы разгледзім толькі асноўныя класы, якія выкарыстоўвае сучасная галаграфія. Аднак спачатку трэба распавесці колькі словаў пра такі хвалевым з'яве, як дыфракцыя. Менавіта яна дазваляе нам канструяваць (дакладней, рэканструяваць) хвалевы фронт.

дыфракцыя

Калі які-небудзь прадмет аказваецца на шляху святла, ён адкідвае цень. Святло агінае гэты прадмет, заходзячы часткова ў вобласць цені. Гэты эфект называюць дыфракцыі. Ён тлумачыцца хвалевай прыродай святла, але растлумачыць яго строга досыць складана.

Толькі ў вельмі малым вугле пранікае святло ў вобласць цені, таму мы амаль не заўважаем гэтага. Аднак калі на яго шляху ёсць мноства дробных перашкод, адлегласці паміж якімі складаюць толькі некалькі даўжынь светлавой хвалі, дадзены эфект становіцца досыць прыкметным.

Калі падзенне хвалевага фронту прыходзіцца на вялікую адзінкавае перашкода, "выпадае" адпаведная яго частка, што практычна не ўплывае на астатнюю вобласць дадзенага хвалевага фронту. Калі ж мноства дробных перашкод знаходзіцца на яго шляху, ён змяняецца ў выніку дыфракцыі так, што які распаўсюджваецца за перашкодай святло будзе валодаць якасна іншым хвалевым фронтам.

Трансфармацыя настолькі моцная, што святло пачынае нават распаўсюджвацца ў іншым накірунку. Выходзіць, што дыфракцыя дазваляе нам пераўтварыць зыходны хвалевы фронт у цалкам выдатны ад яго. Такім чынам, дыфракцыя - механізм, з дапамогай якога мы атрымліваем новы хвалевы фронт. Прылада, фармавалую яго вышэйапісаным шляхам, называецца дыфракцыйнай кратамі. Раскажам пра яе падрабязней.

дыфракцыйная рашотка

Гэта невялікая пласцінка з нанесенымі на ёй тонкімі прамымі паралельнымі штрыхамі (лініямі). Яны абароняць адзін ад аднаго на сотую або нават тысячную частку міліметра. Што адбываецца, калі лазерны прамень на сваім шляху сустракае краты, якая складаецца з некалькіх размытых цёмных і яркіх палос? Яго частка будзе прама праходзіць праз краты, а частка - загінацца. Так утвараюцца два новых пучка, якія выходзяць з рашоткі пад пэўным вуглом да зыходнага прамяню і знаходзяцца па абодва бакі ад яго. У выпадку калі адзін лазерны пучок валодае, да прыкладу, плоскім хвалевым фронтам, два ўтварыліся па баках ад яго новых пучка таксама будуць мець плоскія хвалевыя франты. Такім чынам, прапускаючы праз дыфракцыйную краты лазерны прамень, мы фарміруем два новых хвалевых фронту (плоскіх). Па-відаць, дыфракцыйную краты можна разглядаць як самы просты прыклад галаграмы.

рэгістрацыя галаграмы

Знаёмства з асноўнымі прынцыпамі галаграфіі варта пачаць з вывучэння двух плоскіх хвалевых франтоў. Узаемадзейнічаючы, яны ўтвараюць інтэрферэнцыйныя карціну, якую рэгіструюць на змешчанай там жа, дзе знаходзіўся экран, фатаграфічнай пласцінцы. Гэтая стадыя працэсу (першая) у галаграфіі называецца запісам (або рэгістрацыяй) галаграмы.

аднаўленне малюнка

Будзем лічыць, што адна з плоскіх хваляў - А, а другая - В. Хваля А называецца апорнай, а В - прадметнай, то ёсць адлюстраванай ад таго прадмета, малюнак якога фіксуецца. Яна можа не адрознівацца нічым ад апорнай хвалі. Аднак пры стварэнні галаграмы трохмернага рэальнага аб'екта фармуецца значна больш складаны хвалевы фронт святла, адлюстраванага ад прадмета.

Інтэрферэнцыйныя карціна, прадстаўленая на фатаграфічнай плёнцы (гэта значыць малюнак дыфракцыйнай рашоткі), - гэта і ёсць галаграма. Яе можна змясціць на шляху апорнага першаснага пучка (пучка лазернага святла, які валодае плоскім хвалевым фронтам). У гэтым выпадку па абодва бакі фармуюцца 2 новых хвалевых фронту. Першы з іх уяўляе сабой дакладную копію хвалевага прадметнага фронту, які распаўсюджваецца ў тым жа кірунку, што і хваля В. Вышэйапісаная стадыя называецца аднаўленнем малюнка.

галаграфічны працэс

Інтэрферэнцыйныя карціна, якую ствараюць дзве плоскія кагерэнтныя хвалі, пасля яе запісу на фотапласцінцы ўяўляе сабой прылада, якое дазваляе ў выпадку асвятлення адной з гэтых хваль аднавіць іншую плоскую хвалю. Галаграфічны працэс, такім чынам, мае наступныя стадыі: рэгістрацыю і наступнае "захоўванне" хвалевага прадметнага фронту ў выглядзе галаграмы (інтэрферэнцыйнай карціны), і яго аднаўленне праз любы час пры праходжанні апорнай хвалі праз галаграму.

Прадметны хвалевы фронт у рэчаіснасці можа быць любым. Да прыкладу, ён можа адбівацца ад некаторага рэальнага прадмета, калі ён пры гэтым з'яўляецца кагерэнтныя апорнай хвалі. Адукаваная двума любымі хвалевымі франтамі, якія валодаюць кагерэнтнасці, інтэрферэнцыйныя карціна - гэта і ёсць прылада, якое дазваляе дзякуючы дыфракцыі пераўтварыць адзін з дадзеных франтоў у іншы. Менавіта тут і схаваны ключ да такой з'явы, як галаграфія. Дэніс Габар першым выявіў гэта ўласцівасць.

Назіранне фармаванага галаграмай малюнка

У наш час для чытання галаграм пачынае выкарыстоўвацца адмысловую прыладу - галаграфічны праектар. Ён дазваляе пераўтварыць малюнак з двух- ў трохмерную. Аднак для таго каб праглядаць простыя галаграмы, галаграфічны праектар зусім не патрабуецца. Сцісла распавядзем аб тым, як разглядаць такія выявы.

Каб назіраць фармаванае найпростай галаграмай малюнак, трэба змясціць яе прыкладна на адлегласці 1 метра ад вока. Скрозь дыфракцыйную краты трэба глядзець у тым напрамку, у якім плоскія хвалі (адноўленыя) выходзяць з яе. Бо менавіта плоскія хвалі трапляюць у вока назіральніка, галаграфічнае малюнак таксама з'яўляецца плоскім. Яно паўстае перад намі быццам "глухая сцяна", якую раўнамерна асвятляе святло, які мае той жа колер, што і адпаведнае лазернае выпраменьванне. Так як спецыфічных прыкмет гэтая "сцяна" пазбаўленая, немагчыма вызначыць, наколькі далёка яна знаходзіцца. Здаецца, быццам глядзіш на размешчаную ў бясконцасці працяглую сцяну, але пры гэтым бачыш толькі яе частка, якую атрымоўваецца разгледзець праз невялікае "акно", гэта значыць галаграму. Такім чынам, галаграма - гэта раўнамерна святлівая паверхня, на якой мы не заўважаем нічога вартага ўвагі.

Дыфракцыйная рашотка (галаграма) дазваляе нам назіраць некалькі найпростых эфектаў. Іх можна прадэманстраваць і з выкарыстаннем галаграм іншага тыпу. Праходзячы скрозь дыфракцыйную краты, пучок святла расшчапляецца, фармуюцца два новых пучка. З дапамогай пучкоў лазернага выпраменьвання можна асвятляць любую дыфракцыйную краты. Пры гэтым выпраменьванне павінна адрознівацца ад колеру ўсяго выкарыстанага пры яе запісе. Кут выгібу пучка колеру залежыць ад таго, які колер ён мае. Калі ён чырвоны (самы даўгахвалевай), то такі пучок выгінаецца пад вялікім вуглом, чым пучок сіняга колеру, які мае найменшую даўжыню хвалі.

Скрозь дыфракцыйную краты можна прапусціць сумесь ўсіх колераў, гэта значыць белы. У гэтым выпадку кожная каляровая кампанента гэтай галаграмы перакрыўляецца пад сваім уласным кутом. На выхадзе фармуецца спектр, аналагічны стваранаму прызмай.

Размяшчэнне рысак дыфракцыйнай рашоткі

Рыскі дыфракцыйнай рашоткі варта рабіць вельмі блізкімі адзін да аднаго, каб было прыкметна скрыўленне прамянёў. Да прыкладу, для скрыўлення чырвонага прамяня на 20 ° трэба, каб адлегласць паміж рыскамі была менш за 0,002 мм. Калі іх размясціць больш цесна, прамень святла пачынае выгінацца яшчэ мацней. Для "запісы" дадзенай рашоткі патрэбна фотапласцінку, якая здольная рэгістраваць настолькі тонкія дэталі. Акрамя таго, неабходна, каб пласцінка ў працэсе экспазіцыі, а таксама пры рэгістрацыі заставалася зусім нерухомай.

Карціна можа значна вышмаравала нават пры найменшым руху, прычым настолькі, што будзе зусім немагчыма было разгледзець. У гэтым выпадку мы ўбачым ня інтэрферэнцыйныя карціну, а проста шкляную пласцінку, па ўсёй сваёй паверхні аднастайна чорную або шэрую. Вядома, у гэтым выпадку не будуць прайгравацца эфекты дыфракцыі, фармаваныя дыфракцыйнай кратамі.

Прапускалыя і адбівальны галаграмы

Разгледжаная намі дыфракцыйная рашотка называецца прапускае, паколькі яна дзейнічае ў святле, які праходзіць скрозь яе. Калі ж нанесці лініі кратаў ня на празрыстую пласцінку, а на паверхню люстэрка, мы атрымаем дыфракцыйную краты адбівальную. Яна адлюстроўвае пад рознымі кутамі святло розных колераў. Адпаведна, ёсць два вялікіх класа галаграм - адбівальны і прапускалыя. Першыя назіраюцца ў адлюстраваным святле, а другія - у які праходзіць.