1. Σχέδιο καταγραφής των ολογραμμάτων του Denisyuk

Έτσι, ξεκινάμε ένα πρακτικό μάθημα για την ολογραφία. Τα πρώτα μαθήματα θα αφιερωθούν στην εξοικείωση με την εργασία στο σχήμα Denisyuk - το πιο δημοφιλές ολογραφικό σχήμα. Και αυτό δεν προκαλεί έκπληξη, επειδή το σχήμα Denisyuk είναι το απλούστερο από τα ολογραφικά σχήματα. Ωστόσο, μπορεί να καταγράψει ολογράμματα υψηλότερης ποιότητας.
Το σχήμα πήρε το όνομά του από τον διάσημο Ρώσο επιστήμονα - Yuri Nikolayevich Denisyuk, ο οποίος στις αρχές της δεκαετίας του εβδομήντα εφηύρε μια μέθοδο για την καταγραφή ανακλαστικών ολογραμμάτων σε διαφανείς φωτογραφικές πλάκες. Πριν από αυτό, καταγράφηκαν ολογράμματα με τη μέθοδο Leith-Upatnieks και χρειάστηκε λέιζερ για την παρατήρησή τους. Για να κάνει τα ολογράμματα ορατά στο συνηθισμένο, λευκό φως, ο Denisyuk πρότεινε να φωτιστεί η φωτογραφική πλάκα και το αντικείμενο με την ίδια δέσμη λέιζερ. Αυτό απαιτούσε την ανάπτυξη ειδικών φωτογραφικών πλακών, οι οποίες πρέπει να είναι διαφανείς και να έχουν πολύ υψηλή ανάλυση. Η εργασία επιλύθηκε με επιτυχία.

Το πρώτο σχήμα δείχνει το σχήμα καταγραφής των ολογραμμάτων του Denisyuk και το δεύτερο δείχνει μια φωτογραφία της πραγματικής εγκατάστασης. στενή δέσμη φωτός 2 από το λέιζερ 1 καθοδηγείται από έναν καθρέφτη 3 σε ένα χωρικό φίλτρο 4 , που επεκτείνει τη δοκό στο επιθυμητό μέγεθος και ταυτόχρονα αυξάνει την ομοιομορφία της. Διευρυμένη δοκός 5 φωτίζει τη φωτογραφική πλάκα 6 και αντικείμενο 7 στερεωμένο σε άκαμπτη βάση 8 . Το φως του λέιζερ αντανακλάται από το αντικείμενο στη φωτογραφική πλάκα από την πίσω πλευρά. Δύο δέσμες συναντώνται στο επίπεδο της φωτογραφικής πλάκας: που προέρχονται από το λέιζερ, ονομάζεται δέσμη αναφοράς και από το αντικείμενο, ονομάζεται δέσμη σήματος. Αυτές οι δέσμες δημιουργούν ένα μοτίβο παρεμβολής, το οποίο καταγράφεται σε φωτογραφική πλάκα. Το μοτίβο παρεμβολής είναι οι μικρότερες διαφορές στην ένταση του φωτός με περίοδο μικρότερη από 1 micron. Για την εγγραφή μιας τόσο μικρής εικόνας απαιτείται πλήρης ακινησία του αντικειμένου και της φωτογραφικής πλάκας κατά την έκθεση. Επομένως, μαλακά αντικείμενα και ζωντανά αντικείμενα, για παράδειγμα, ένα πορτρέτο ενός ατόμου, δεν μπορούν να καταγραφούν σε ένα κύκλωμα με συνεχές λέιζερ.

Η πιο κοινή και ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδος καταγραφής της εικόνας των αντικειμένων είναι η φωτογραφία. Στη φωτογραφία, η κατανομή της έντασης των κυμάτων φωτός καταγράφεται σε μια δισδιάστατη προβολή της εικόνας του αντικειμένου στο επίπεδο της φωτογραφίας.

Επομένως, όποια οπτική γωνία κι αν κοιτάξουμε τη φωτογραφία, δεν βλέπουμε νέες γωνίες. Επίσης, δεν μπορούμε να δούμε αντικείμενα που βρίσκονται στο βάθος και κρυμμένα μπροστά από αυτούς που στέκονται. Η προοπτική στη φωτογραφία είναι ορατή μόνο από την αλλαγή στα σχετικά μεγέθη των αντικειμένων και την καθαρότητα της εικόνας τους.

Η ολογραφία είναι ένα από τα αξιοσημείωτα επιτεύγματα της σύγχρονης επιστήμης και τεχνολογίας. Το όνομα προέρχεται από τις ελληνικές λέξεις holos - πλήρης και grapho - γράφω, που σημαίνει την πλήρη καταγραφή της εικόνας.

Η ολογραφία διαφέρει θεμελιωδώς από τη συνηθισμένη φωτογραφία καθώς σε ένα φωτοευαίσθητο υλικό καταγράφεται όχι μόνο η ένταση, αλλά και η φάση των κυμάτων φωτός που διασκορπίζονται από ένα αντικείμενο και φέρουν πλήρεις πληροφορίες για την τρισδιάστατη δομή του. Ως μέσο προβολής της πραγματικότητας, ένα ολόγραμμα έχει μια μοναδική ιδιότητα: σε αντίθεση με τη φωτογραφία, η οποία δημιουργεί μια επίπεδη εικόνα, μια ολογραφική εικόνα μπορεί να αναπαράγει ένα ακριβές τρισδιάστατο αντίγραφο του αρχικού αντικειμένου. Τα σύγχρονα ολογράμματα παρατηρούνται υπό φωτισμό με συμβατικές πηγές φωτός και η πλήρης τρισδιάστατη απόδοση σε συνδυασμό με την υψηλή πιστότητα στη μεταφορά των υφών της επιφάνειας παρέχει ένα πλήρες αποτέλεσμα παρουσίας.

Η ολογραφία βασίζεται σε δύο φυσικά φαινόμενα - την περίθλαση και την παρεμβολή των κυμάτων φωτός.

Η φυσική ιδέα είναι ότι όταν δύο δέσμες φωτός υπερτίθενται, υπό ορισμένες συνθήκες, προκύπτει ένα μοτίβο παρεμβολής, δηλαδή τα μέγιστα και τα ελάχιστα της έντασης φωτός εμφανίζονται στο χώρο. Προκειμένου αυτό το μοτίβο παρεμβολής να είναι σταθερό για το χρόνο που απαιτείται για την παρατήρηση και να καταγραφεί, αυτά τα δύο φωτεινά κύματα πρέπει να ταιριάζουν στο χώρο και στο χρόνο. Τέτοια συντονισμένα κύματα ονομάζονται συνεκτικά.

Η προκύπτουσα προσθήκη δύο συνεκτικών κυμάτων θα είναι πάντα στάσιμο κύμα. Δηλαδή, το μοτίβο παρεμβολής θα είναι σταθερό στο χρόνο. Αυτό το φαινόμενο αποτελεί τη βάση της παραγωγής και αποκατάστασης ολογραμμάτων.

Οι συμβατικές πηγές φωτός δεν έχουν επαρκή βαθμό συνοχής για να χρησιμοποιηθούν στην ολογραφία. Ως εκ τούτου, η εφεύρεση το 1960 μιας οπτικής κβαντικής γεννήτριας ή λέιζερ, μιας εκπληκτικής πηγής ακτινοβολίας με τον απαραίτητο βαθμό συνοχής και ικανής να εκπέμπει αυστηρά ένα μήκος κύματος, ήταν καθοριστικής σημασίας για την ανάπτυξή της.

Ο Dennis Gabor, μελετώντας το πρόβλημα της εγγραφής εικόνων, σκέφτηκε μια υπέροχη ιδέα. Η ουσία της εφαρμογής του είναι η εξής. Εάν μια δέσμη συνεκτικού φωτός χωριστεί στα δύο και το αντικείμενο που καταγράφεται φωτίζεται μόνο με ένα μέρος της δέσμης, κατευθύνοντας το δεύτερο μέρος σε μια φωτογραφική πλάκα, τότε οι ακτίνες που ανακλώνται από το αντικείμενο θα παρεμποδίσουν τις ακτίνες που πέφτουν απευθείας στο πλάκα από την πηγή φωτός. Μια δέσμη φωτός που πέφτει σε ένα πιάτο ονομάζεται κεντρικός, και η δέσμη ανακλάται ή μεταδίδεται μέσω του αντικειμένου θέμα.Λαμβάνοντας υπόψη ότι αυτές οι δέσμες προέρχονται από την ίδια πηγή ακτινοβολίας, μπορεί κανείς να είναι σίγουρος ότι είναι συνεκτικές. Μια φωτογραφική εγγραφή του σχεδίου παρεμβολής του αντικειμένου κύματος και του κύματος αναφοράς έχει την ιδιότητα να επαναφέρει την εικόνα του αντικειμένου εάν το κύμα αναφοράς κατευθύνεται ξανά σε μια τέτοια εγγραφή. Εκείνοι. όταν η εικόνα που καταγράφεται στην πλάκα φωτίζεται με μια δέσμη αναφοράς, θα αποκατασταθεί η εικόνα του αντικειμένου, η οποία δεν μπορεί να διακριθεί οπτικά από την πραγματική. Εάν κοιτάξετε μέσα από την πλάκα από διαφορετικές γωνίες, μπορείτε να παρατηρήσετε την εικόνα του αντικειμένου σε προοπτική από διαφορετικές γωνίες. Φυσικά, μια φωτογραφική πλάκα που λαμβάνεται με τέτοιο θαυματουργό τρόπο δεν μπορεί να ονομαστεί φωτογραφία. Αυτό είναι ένα ολόγραμμα.

Το 1962, οι I. Leit και J. Upatnieks απέκτησαν τα πρώτα μεταδοτικά ολογράμματα ογκομετρικών αντικειμένων που κατασκευάστηκαν με λέιζερ. Μια δέσμη συνεκτικής ακτινοβολίας λέιζερ κατευθύνεται σε ένα ημιδιαφανές κάτοπτρο, με τη βοήθεια του οποίου λαμβάνονται δύο ακτίνες - ένα αντικείμενο και μια αναφορά. Η δέσμη αναφοράς κατευθύνεται απευθείας πάνω στη φωτογραφική πλάκα. Η δέσμη του θέματος φωτίζει το αντικείμενο του οποίου το ολόγραμμα καταγράφεται. Η δέσμη φωτός που ανακλάται από το αντικείμενο - η δέσμη του αντικειμένου πέφτει στη φωτογραφική πλάκα. Στο επίπεδο της πλάκας, δύο δέσμες - το αντικείμενο και η αναφορά - σχηματίζουν ένα σύνθετο μοτίβο παρεμβολής, το οποίο, λόγω της συνοχής των δύο ακτίνων φωτός, παραμένει αναλλοίωτο στο χρόνο και είναι εικόνα στάσιμου κύματος. Απομένει μόνο να το καταχωρήσουμε με τον συνηθισμένο φωτογραφικό τρόπο.Το μοτίβο παρεμβολής που προκύπτει είναι μια κωδικοποιημένη εικόνα που περιγράφει το αντικείμενο όπως φαίνεται από όλα τα σημεία της φωτογραφικής πλάκας. Αυτή η εικόνα αποθηκεύει πληροφορίες τόσο για το πλάτος όσο και για τη φάση των κυμάτων που ανακλώνται από το αντικείμενο.

Εάν ένα ολόγραμμα καταγράφεται σε ένα συγκεκριμένο ογκομετρικό μέσο, ​​τότε το προκύπτον μοντέλο ενός στάσιμου κύματος αναπαράγει ξεκάθαρα όχι μόνο το πλάτος και τη φάση, αλλά και τη φασματική σύνθεση της ακτινοβολίας που καταγράφεται σε αυτό. Αυτή η περίσταση αποτέλεσε τη βάση για τη δημιουργία τρισδιάστατων (ογκομετρικών) ολογραμμάτων. Η λειτουργία των ολογραμμάτων όγκου βασίζεται στο φαινόμενο περίθλασης Bragg: ως αποτέλεσμα της παρεμβολής κυμάτων που διαδίδονται σε ένα γαλάκτωμα παχιάς στρώσης, σχηματίζονται επίπεδα που φωτίζονται από φως μεγαλύτερης έντασης.

Μετά την ανάπτυξη του ολογράμματος, σχηματίζονται μαυριστικά στρώματα στα φωτισμένα επίπεδα. Ως αποτέλεσμα αυτού, δημιουργούνται τα λεγόμενα επίπεδα Bragg, τα οποία έχουν την ιδιότητα να ανακλούν μερικώς το φως.

Εκείνοι. δημιουργείται ένα τρισδιάστατο σχέδιο παρεμβολής στο γαλάκτωμα.

Ένα τέτοιο ολόγραμμα παχιάς στρώσης εξασφαλίζει αποτελεσματική ανακατασκευή του αντικειμενικού κύματος, υπό την προϋπόθεση ότι η γωνία πρόσπτωσης της δέσμης αναφοράς παραμένει αμετάβλητη κατά την εγγραφή και την ανακατασκευή. Επίσης δεν επιτρέπεται η αλλαγή του μήκους κύματος του φωτός κατά την αποκατάσταση. Αυτή η επιλεκτικότητα ενός ολογράμματος μετάδοσης όγκου καθιστά δυνατή την εγγραφή έως και πολλών δεκάδων εικόνων σε μια πλάκα αλλάζοντας τη γωνία πρόσπτωσης της δέσμης αναφοράς, αντίστοιχα, κατά την εγγραφή και την αποκατάσταση.

Κατά την ανακατασκευή ενός ολογράμματος όγκου, σε αντίθεση με τα επίπεδα ολογράμματα μετάδοσης, σχηματίζεται μόνο μία εικόνα λόγω της ανάκλασης της ανακατασκευαστικής δέσμης από το ολόγραμμα προς μία μόνο κατεύθυνση, που καθορίζεται από τη γωνία Bragg.

Τα ολογράμματα ανακλαστικού όγκου καταγράφονται σύμφωνα με διαφορετικό σχήμα. Η ιδέα της δημιουργίας αυτών των ολογραμμάτων ανήκει στον Yu.N. Ντενισιούκ. Επομένως, τα ολογράμματα αυτού του τύπου είναι γνωστά με το όνομα του δημιουργού τους.

Οι δέσμες φωτός αναφοράς και αντικειμένου σχηματίζονται με τη βοήθεια ενός διαχωριστή και κατευθύνονται στην πλάκα και από τις δύο πλευρές μέσω ενός καθρέφτη. Το αντικειμενικό κύμα φωτίζει τη φωτογραφική πλάκα από την πλευρά του στρώματος γαλακτώματος, το κύμα αναφοράς από την πλευρά του γυάλινου υποστρώματος. Τα αεροπλάνα Bragg υπό τέτοιες συνθήκες καταγραφής είναι σχεδόν παράλληλα με το επίπεδο της φωτογραφικής πλάκας. Έτσι, το πάχος της φωτοστιβάδας μπορεί να είναι σχετικά μικρό.

9.4. Στοιχεία ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.

Έναρξη φόρμας

ΕΝΣΩΜΑΤΩΜΕΝΟ ΚΥΚΛΩΜΑ(IC), ένα μικροηλεκτρονικό κύκλωμα που σχηματίζεται σε μια μικροσκοπική γκοφρέτα (κρύσταλλο ή "τσιπ") από υλικό ημιαγωγών, συνήθως πυρίτιο, που χρησιμοποιείται για τον έλεγχο και την ενίσχυση του ηλεκτρικού ρεύματος. Ένα τυπικό IC αποτελείται από πολλά διασυνδεδεμένα μικροηλεκτρονικά εξαρτήματα, όπως τρανζίστορ, αντιστάσεις, πυκνωτές και δίοδοι, που κατασκευάζονται στην επιφάνεια ενός τσιπ. Τα μεγέθη των κρυστάλλων πυριτίου κυμαίνονται από περίπου 1,3 x 1,3 mm έως 13 x 13 mm. Η πρόοδος στον τομέα των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων έχει οδηγήσει στην ανάπτυξη τεχνολογιών για μεγάλα και πολύ μεγάλα ολοκληρωμένα κυκλώματα (LSI και VLSI). Αυτές οι τεχνολογίες καθιστούν δυνατή την απόκτηση IC, καθένα από τα οποία περιέχει πολλές χιλιάδες κυκλώματα: σε ένα τσιπ μπορεί να υπάρχουν περισσότερα από 1 εκατομμύριο εξαρτήματα Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα έχουν πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τους προκατόχους τους - κυκλώματα που συναρμολογήθηκαν από μεμονωμένα εξαρτήματα τοποθετημένα σε ένα σασί. Τα IC είναι μικρότερα, πιο γρήγορα και πιο αξιόπιστα. είναι επίσης λιγότερο ακριβά και λιγότερο επιρρεπή σε αστοχίες λόγω κραδασμών, υγρασίας και γήρανσης. Η σμίκρυνση των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων κατέστη δυνατή χάρη στις ειδικές ιδιότητες των ημιαγωγών. Ημιαγωγός είναι ένα υλικό που έχει πολύ μεγαλύτερη ηλεκτρική αγωγιμότητα (αγωγιμότητα) από ένα διηλεκτρικό όπως το γυαλί, αλλά πολύ μικρότερη από αγωγούς όπως ο χαλκός. Σε ένα υλικό ημιαγωγών όπως το πυρίτιο, υπάρχουν πολύ λίγα ελεύθερα ηλεκτρόνια στο κρυσταλλικό πλέγμα σε θερμοκρασία δωματίου για να παρέχουν σημαντική αγωγιμότητα. Επομένως, οι καθαροί ημιαγωγοί έχουν χαμηλή αγωγιμότητα. Ωστόσο, η εισαγωγή κατάλληλης ακαθαρσίας στο πυρίτιο αυξάνει την ηλεκτρική του αγωγιμότητα. Οι προσμείξεις εισάγονται στο πυρίτιο με δύο μεθόδους. Για βαρύ ντόπινγκ ή σε περιπτώσεις όπου δεν είναι απαραίτητος ο ακριβής έλεγχος της ποσότητας της εισαγόμενης ακαθαρσίας, χρησιμοποιείται συνήθως η μέθοδος διάχυσης. Η διάχυση φωσφόρου ή βορίου γενικά πραγματοποιείται σε ατμόσφαιρα ρευστή σε θερμοκρασίες μεταξύ 1000 και 1150°C για μισή ώρα έως αρκετές ώρες. Στην εμφύτευση ιόντων, το πυρίτιο βομβαρδίζεται με ιόντα πρόσμιξης υψηλής ταχύτητας. Η ποσότητα του εμφυτεύσιμου μίγματος μπορεί να ρυθμιστεί εντός λίγων τοις εκατό. Η ακρίβεια είναι σημαντική σε ορισμένες περιπτώσεις, καθώς το κέρδος ενός τρανζίστορ εξαρτάται από τον αριθμό των ατόμων ακαθαρσίας που εμφυτεύονται ανά 1 cm2 της βάσης.

Τα οποία συμπίπτουν με πολύ υψηλό βαθμό ακρίβειας, προκύπτει ένα στάσιμο ηλεκτρομαγνητικό κύμα. Όταν καταγράφεται ένα ολόγραμμα, προστίθενται δύο κύματα σε μια συγκεκριμένη περιοχή του χώρου: ένα από αυτά προέρχεται απευθείας από την πηγή (κύμα αναφοράς) και το άλλο ανακλάται από το αντικείμενο εγγραφής (κύμα αντικειμένου). Στην περιοχή ενός στάσιμου ηλεκτρομαγνητικού κύματος, τοποθετείται ένα (ή άλλο υλικό εγγραφής), με αποτέλεσμα να εμφανίζεται ένα περίπλοκο σχέδιο σκουρόχρωμων ζωνών σε αυτήν την πλάκα, που αντιστοιχεί στην κατανομή της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας (μοτίβο) σε αυτήν την περιοχή του χώρου. Εάν τώρα αυτή η πλάκα φωτίζεται με ένα κύμα κοντά στο κύμα αναφοράς, τότε θα μετατρέψει αυτό το κύμα σε κύμα κοντά στο κύμα του αντικειμένου. Έτσι, θα δούμε (με διαφορετικούς βαθμούς ακρίβειας) το ίδιο φως που θα αντανακλούσε το αντικείμενο της εγγραφής.

Πηγές φωτός

Κατά την εγγραφή ενός ολογράμματος, είναι εξαιρετικά σημαντικό τα μήκη (συχνότητες) του αντικειμένου και των κυμάτων αναφοράς να συμπίπτουν μεταξύ τους με μέγιστη ακρίβεια και να μην αλλάζουν καθ' όλη τη διάρκεια της εγγραφής (διαφορετικά δεν θα εγγραφεί καθαρή εικόνα στην πλάκα) . Αυτό μπορεί να επιτευχθεί μόνο εάν πληρούνται δύο προϋποθέσεις:

1. και τα δύο κύματα εκπέμπονταν αρχικά από την ίδια πηγή
2. αυτή η πηγή εκπέμπει ένα κύμα με πολύ σταθερό μήκος κύματος (ακτινοβολία)

Η μόνη πηγή φωτός που ικανοποιεί καλά τη δεύτερη συνθήκη είναι . Πριν από την εφεύρεση των λέιζερ, η ολογραφία ουσιαστικά δεν αναπτύχθηκε. Μέχρι σήμερα, η ολογραφία επιβάλλει μια από τις πιο αυστηρές απαιτήσεις για τη συνοχή των λέιζερ.

Τις περισσότερες φορές, η συνοχή χαρακτηρίζεται συνήθως από το μήκος συνοχής - αυτή η διαφορά στις οπτικές διαδρομές δύο κυμάτων, στην οποία η ευκρίνεια του σχεδίου παρεμβολής πέφτει στο μισό σε σύγκριση με το σχέδιο παρεμβολής, το οποίο δίνεται από κύματα που έχουν διανύσει την ίδια απόσταση από την πηγή. Για διάφορα λέιζερ, το μήκος συνοχής μπορεί να κυμαίνεται από μερικά χιλιοστά (ισχυρά λέιζερ σχεδιασμένα για συγκόλληση, κοπή και άλλες εφαρμογές που δεν απαιτούν αυτήν την παράμετρο) έως δεκάδες μέτρα (ειδικά, λεγόμενα λέιζερ μονής συχνότητας, για απαιτητική συνοχή εφαρμογές).

Ιστορία της ολογραφίας

Το πρώτο ολόγραμμα ελήφθη το έτος (πολύ πριν από την εφεύρεση των λέιζερ) κατά τη διάρκεια πειραμάτων για την αύξηση της ανάλυσης. Επινόησε επίσης την ίδια τη λέξη «ολογραφία», με την οποία έδωσε έμφαση στην πλήρη καταγραφή των οπτικών ιδιοτήτων ενός αντικειμένου. Δυστυχώς, τα ολογράμματά του ήταν κακής ποιότητας. Είναι αδύνατο να αποκτήσετε ένα ολόγραμμα υψηλής ποιότητας χωρίς μια συνεκτική πηγή φωτός.

Σχέδιο σημειογραφίας Leith-Upatnieks

Σε αυτό το σχήμα εγγραφής, η δέσμη λέιζερ χωρίζεται από μια ειδική συσκευή, ένα διαχωριστικό (στην απλούστερη περίπτωση, οποιοδήποτε κομμάτι γυαλιού μπορεί να λειτουργήσει ως διαχωριστικό), στα δύο. Μετά από αυτό, οι ακτίνες διαστέλλονται με τη βοήθεια φακών και κατευθύνονται προς το αντικείμενο και την πλάκα με τη βοήθεια καθρεφτών. Και τα δύο κύματα (αντικειμενικά και αναφοράς) πέφτουν στην πλάκα από τη μία πλευρά. Με ένα τέτοιο σχήμα καταγραφής, σχηματίζεται ένα μεταδοτικό ολόγραμμα, το οποίο απαιτεί για την αποκατάστασή του μια πηγή που εκπέμπει φως σε πολύ μικρό εύρος μήκους κύματος (μονόχρωμη ακτινοβολία), ιδανικά -.

Το σχέδιο ηχογράφησης του Denisyuk

Σε αυτό το σχήμα, η δέσμη λέιζερ διαστέλλεται και κατευθύνεται προς. Μέρος της δέσμης που διέρχεται από αυτό φωτίζει το αντικείμενο. Το φως που ανακλάται από το αντικείμενο σχηματίζει το αντικειμενικό κύμα. Όπως φαίνεται, το αντικείμενο και τα κύματα αναφοράς προσπίπτουν στην πλάκα από διαφορετικές κατευθύνσεις. Σε αυτό το σχήμα, καταγράφεται ένα ανακλαστικό ολόγραμμα, το οποίο κόβει ανεξάρτητα ένα στενό τμήμα (α) από το συνεχές φάσμα και αντανακλά μόνο αυτό. Χάρη σε αυτό, η εικόνα του ολογράμματος είναι ορατή σε συνηθισμένο λευκό φως ή λαμπτήρες (δείτε την εικόνα στην αρχή του άρθρου). Αρχικά, το ολόγραμμα κόβει το μήκος κύματος με το οποίο καταγράφηκε (ωστόσο, κατά την επεξεργασία και κατά την αποθήκευση, το ολόγραμμα μπορεί να αλλάξει το πάχος του, ενώ αλλάζει και το μήκος κύματος), γεγονός που σας επιτρέπει να καταγράψετε τρία ολογράμματα ενός αντικειμένου σε μια πλάκα. και λέιζερ, με αποτέλεσμα ένα έγχρωμο ολόγραμμα που δεν διακρίνεται σχεδόν από το ίδιο το αντικείμενο.

Αυτό το σχήμα είναι εξαιρετικά απλό και, στην περίπτωση εφαρμογής (που έχει εξαιρετικά μικρές διαστάσεις και δίνει μια αποκλίνουσα δέσμη χωρίς τη χρήση ), μειώνεται σε ένα μόνο λέιζερ και σε κάποια βάση πάνω στην οποία στερεώνονται το λέιζερ, η πλάκα και το αντικείμενο. Αυτά τα σχήματα χρησιμοποιούνται κατά την εγγραφή ερασιτεχνικών ολογραμμάτων.

φωτογραφικό υλικό

Η ολογραφία είναι εξαιρετικά απαιτητική στην ανάλυση φωτογραφικού υλικού. Η απόσταση μεταξύ των δύο μεγίστων του σχεδίου είναι της ίδιας τάξης με το μήκος κύματος του λέιζερ, το τελευταίο είναι συνήθως 633 (ήλιο-νέον) ή 532 (δεύτερη αρμονική λέιζερ) νανόμετρα. Έτσι, αυτή η τιμή είναι περίπου 0,0005 mm. Για να αποκτήσετε μια σαφή εικόνα του σχεδίου παρεμβολής, απαιτήθηκαν φωτογραφικές πλάκες με από 3000 (Leit-Upatnieks) έως 5000 (Denisyuk) γραμμές ανά χιλιοστό.

Το κύριο φωτογραφικό υλικό για την καταγραφή ολογραμμάτων είναι ειδικές φωτογραφικές πλάκες με βάση το παραδοσιακό βρωμιούχο άργυρο. Λόγω των ειδικών πρόσθετων και ενός ειδικού μηχανισμού ανάπτυξης, ήταν δυνατό να επιτευχθεί ανάλυση μεγαλύτερη από 5.000 γραμμές ανά χιλιοστό, αλλά αυτό έχει το κόστος μιας εξαιρετικά χαμηλής ευαισθησίας της πλάκας και ενός στενού φασματικού εύρους (ακριβώς προσαρμοσμένο στο λέιζερ ακτινοβολία). Η ευαισθησία των πλακών είναι τόσο χαμηλή που μπορούν να εκτεθούν στο άμεσο ηλιακό φως για λίγα δευτερόλεπτα χωρίς τον κίνδυνο εξάπλωσης.

Επιπλέον, μερικές φορές χρησιμοποιούνται φωτογραφικές πλάκες με βάση διχρωμιωμένη ζελατίνη, οι οποίες έχουν ακόμη υψηλότερη ανάλυση, επιτρέπουν την καταγραφή πολύ φωτεινών ολογραμμάτων (έως και το 90% του προσπίπτοντος φωτός μετατρέπεται σε εικόνα), αλλά είναι ακόμη λιγότερο ευαίσθητες και είναι ευαίσθητα μόνο στην περιοχή μικρού μήκους κύματος (μπλε και, σε μικρότερο βαθμό, τα πράσινα μέρη του φάσματος).

Αυτή τη στιγμή, υπάρχει μόνο μία βιομηχανική (εκτός από έναν ορισμένο αριθμό μικρών) παραγωγή φωτογραφικών πλακών για ολογραφία στον κόσμο - η Russian Slavich Company.

Ορισμένα σχέδια εγγραφής σάς επιτρέπουν να γράφετε σε πλάκες με χαμηλότερη ανάλυση, ακόμη και σε συνηθισμένες φωτογραφικές ταινίες με ανάλυση περίπου 100 γραμμές ανά χιλιοστό, αλλά αυτά τα σχήματα έχουν πολλούς περιορισμούς και δεν παρέχουν υψηλή ποιότητα εικόνας.

ερασιτεχνική ολογραφία

Όπως ήδη αναφέρθηκε παραπάνω, το σχέδιο του Denisyuk, όταν χρησιμοποιεί μια δίοδο λέιζερ ως πηγή συνεκτικού φωτός, αποδεικνύεται εξαιρετικά απλό, γεγονός που επέτρεψε την καταγραφή τέτοιων ολογραμμάτων στο σπίτι χωρίς τη χρήση ειδικού εξοπλισμού.

Για να καταγράψετε ένα ολόγραμμα, αρκεί να δημιουργήσετε ένα πλαίσιο στο οποίο θα στερεωθεί ένα λέιζερ, μια φωτογραφική πλάκα (κατά κανόνα, PFG-03M) και το αντικείμενο εγγραφής. Η μόνη σοβαρή απαίτηση που επιβάλλεται στη σχεδίαση είναι η ελάχιστη δόνηση. Η εγκατάσταση πρέπει να εγκατασταθεί σε στηρίγματα απόσβεσης κραδασμών· λίγα λεπτά πριν και κατά τη διάρκεια της έκθεσης, δεν πρέπει να αγγίξετε την εγκατάσταση (συνήθως, η έκθεση μετριέται ανοίγοντας και κλείνοντας τη δέσμη λέιζερ με μια οθόνη που δεν είναι μηχανικά συνδεδεμένη με την εγκατάσταση, στην απλούστερη περίπτωση, μπορείτε απλά να το κρατήσετε στο χέρι σας).

Η ερασιτεχνική ολογραφία χρησιμοποιεί φθηνά και οικονομικά λέιζερ ημιαγωγών:

1. δείκτες λέιζερ
2. μονάδες λέιζερ
3. μεμονωμένες διόδους λέιζερ

Οι δείκτες λέιζερ είναι η πιο εύχρηστη και οικονομικά προσιτή πηγή συνεκτικού φωτός. Μπορείτε να τα αγοράσετε σχεδόν οπουδήποτε με λίγα χρήματα. Αφού ξεβιδώσετε ή κόψετε το φακό που εστιάζει τη δέσμη, ο δείκτης αρχίζει να λάμπει σαν φακός (εκτός από το ότι το σημείο του εκτείνεται προς μία από τις κατευθύνσεις), επιτρέποντάς σας να φωτίσετε τη φωτογραφική πλάκα και τη σκηνή πίσω από αυτήν. Είναι απαραίτητο μόνο να στερεώσετε με κάποιο τρόπο (για παράδειγμα, με μανταλάκι) το κουμπί στην κατάσταση ενεργοποίησης. Τα μειονεκτήματα των δεικτών περιλαμβάνουν την απρόβλεπτη ποιότητά τους και την ανάγκη συνεχούς αγοράς νέων μπαταριών.

Μια πιο προηγμένη πηγή είναι μια μονάδα λέιζερ, στην οποία, πάλι, πρέπει να ξεβιδώσετε ή να αφαιρέσετε το φακό εστίασης. Σε αντίθεση με έναν δείκτη, η μονάδα δεν τροφοδοτείται από μπαταρίες στο εσωτερικό της, αλλά από μια εξωτερική πηγή, η οποία μπορεί να είναι μια σταθεροποιημένη παροχή ρεύματος 3V. Ένα τέτοιο τροφοδοτικό, όπως η ίδια η μονάδα λέιζερ, πωλείται συνήθως σε καταστήματα ανταλλακτικών ραδιοφώνου για σχετικά λίγα χρήματα. Η απουσία νεκρών μπαταριών συμβάλλει στη σταθερότητα της εργασίας. Κατά κανόνα, οι μονάδες λέιζερ κατασκευάζονται καλύτερης ποιότητας από τους δείκτες, αλλά η συνοχή τους επίσης δεν είναι προβλέψιμη.

Τέλος, οι μονές δίοδοι λέιζερ είναι οι πιο δύσκολες πηγές φωτός στη λειτουργία. Σε αντίθεση με τις μονάδες και τους δείκτες, δεν έχουν ενσωματωμένο τροφοδοτικό, επομένως θα πρέπει να φτιάξετε ένα ή να το αγοράσετε (το τελευταίο είναι πολύ ακριβό). Το γεγονός είναι ότι οι δίοδοι λέιζερ, κατά κανόνα, χρησιμοποιούν μια εντελώς μη τυπική τάση τροφοδοσίας, για παράδειγμα, 1,8V, 2,7V κ.λπ. Επιπλέον, δεν είναι πιο σημαντικό για αυτούς η τάση τροφοδοσίας, αλλά το ρεύμα. Το απλούστερο τροφοδοτικό αποτελείται από ένα χιλιοστόμετρο, μια μεταβλητή αντίσταση και μια τυπική σταθεροποιημένη τροφοδοσία 3-5V. Επιπλέον, η δίοδος λέιζερ δεν μπορεί να ψυχθεί μόνη της, πρέπει να εγκατασταθεί σε ψυγείο. Η θερμική ισχύς των διόδων που χρησιμοποιούνται για την ερασιτεχνική ολογραφία δεν υπερβαίνει τις εκατοντάδες milliwatts· επομένως, αρκεί ένα θερμαντικό σώμα ελάχιστου μεγέθους, ωστόσο, όσο μεγαλύτερο είναι το ψυγείο, τόσο πιο σταθερή είναι η θερμοκρασία και η συνοχή εξαρτάται άμεσα από τη σταθερότητα της θερμοκρασίας.

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η συνοχή των δεικτών και των ενοτήτων είναι εντελώς απρόβλεπτη, γιατί αυτή η παράμετρος δεν είναι σημαντική για την κανονική χρήση τους. Είναι πολύ πιθανό να χρειαστεί να αγοράσετε πολλές ενότητες/δείκτες προτού πετύχετε μια παρουσία υψηλής συνοχής. Μπορείτε να καταλάβετε ότι η συνοχή είναι ανεπαρκής από το καταγεγραμμένο ολόγραμμα: εάν έχει χαρακτηριστικές λωρίδες που κινούνται όταν περιστρέφεται, τότε το λέιζερ δημιουργεί πολλά μήκη κύματος και η συνοχή του είναι χαμηλή.

Στην περίπτωση των διόδων λέιζερ, η κατάσταση είναι αισθητά καλύτερη. Πρώτον, εάν μια δίοδος παρουσίαζε φτωχό φάσμα εκπομπής (δηλαδή χαμηλή συνοχή) στον κανονικό τρόπο λειτουργίας της, τότε μειώνοντας ή αυξάνοντας ελαφρά το ρεύμα μέσω αυτής, μπορείτε να προσπαθήσετε να αποκτήσετε ένα καλό φάσμα. Δεύτερον, ορισμένες δίοδοι παράγονται από τον κατασκευαστή λαμβάνοντας υπόψη τις απαιτήσεις υψηλής συνοχής. Πρόκειται για λέιζερ με μονή διαμήκη λειτουργία (Single longitudinal mode) ή λέιζερ μονής συχνότητας. Το μήκος συνοχής τους είναι πολύ μεγαλύτερο από ένα μέτρο, που πολλές φορές υπερβαίνει τις ανάγκες της ερασιτεχνικής ολογραφίας. Ταυτόχρονα, η τιμή τέτοιων λέιζερ ξεκινά από αρκετές δεκάδες δολάρια, κάτι που είναι αρκετά προσιτό για τους περισσότερους ερασιτέχνες. Συγκεκριμένα, τέτοιες δίοδοι λέιζερ παράγονται από την Opnext μαζί με την Hitachi.

Τα κόκκινα λέιζερ ημιαγωγών με μήκος κύματος 650 nm έχουν λάβει την ευρύτερη κατανομή σε μια μεγάλη ποικιλία εφαρμογών. Τα ίδια λέιζερ χρησιμοποιούνται ευρύτερα στην ερασιτεχνική ολογραφία. Διακρίνονται για τη χαμηλή τους τιμή, την αρκετά υψηλή ισχύ και την ευαισθησία του ματιού (και των φωτογραφικών πλακών PFG-03M που χρησιμοποιούνται για την καταγραφή των ολογραμμάτων του Denisyuk) σε αυτό το μήκος κύματος είναι αρκετά υψηλή. Τα λέιζερ με μήκη κύματος 655-665nm έχουν φορτιστεί με μικρότερη κατανομή στην ολογραφία. Η ευαισθησία της φωτογραφικής πλάκας (και του ματιού) σε αυτό το εύρος είναι αισθητά (περίπου 2 φορές) μικρότερη από τα 650 nm, αλλά τέτοια λέιζερ έχουν πολλαπλάσια ισχύ σε κοντινή τιμή. Τα λέιζερ 635 nm είναι ακόμη λιγότερο διαδεδομένα. Το φάσμα τους είναι εξαιρετικά κοντά στο φάσμα του κόκκινου λέιζερ He-Ne (633 nm), κάτω από το οποίο ακονίζονται οι φωτογραφικές πλάκες, γεγονός που εξασφαλίζει τη μέγιστη ευαισθησία (η ευαισθησία του ματιού είναι επίσης σημαντικά, διπλάσια, μεγαλύτερη από τα 650 nm). Ωστόσο, αυτά τα λέιζερ είναι ακριβά, έχουν χαμηλή απόδοση και σπάνια έχουν υψηλή ισχύ. Επιπλέον, η πόλωση αυτών των λέιζερ είναι κάθετη σε αυτήν των λέιζερ μεγαλύτερου μήκους κύματος, αλλά αυτό δεν είναι ούτε πλεονέκτημα ούτε μειονέκτημα, απλώς πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την εγκατάσταση του λέιζερ για να εξασφαλιστεί η ελάχιστη ανάκλαση του φωτός από το γυαλί η φωτογραφική πλάκα.

Συνδέσεις

• Ολογραφία - Εικονική Γκαλερί- η μεγαλύτερη τοποθεσία στην ΚΑΚ αφιερωμένη στην ολογραφία

Ολογραφία- ένα σύνολο τεχνολογιών για την ακριβή καταγραφή, αναπαραγωγή και αναμόρφωση των πεδίων κύματος της οπτικής ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, μια ειδική φωτογραφική μέθοδος στην οποία καταγράφονται εικόνες τρισδιάστατων αντικειμένων και στη συνέχεια αποκαθίστανται με χρήση λέιζερ, εξαιρετικά παρόμοια με τα πραγματικά.

Αυτή η μέθοδος προτάθηκε το 1947 από τον Dennis Gabor, ο οποίος επίσης επινόησε τον όρο ολόγραμμακαι έλαβε «για την εφεύρεση και την ανάπτυξη της ολογραφικής αρχής» το Νόμπελ Φυσικής το 1971.

Ιστορία της ολογραφίας

Παρελήφθη το πρώτο ολόγραμμα το 1947 (πολύ πριν την εφεύρεση των λέιζερ) από τον Dennis Gabor κατά τη διάρκεια πειραμάτων για την αύξηση της ανάλυσης του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου. Επινόησε επίσης την ίδια τη λέξη «ολογραφία», με την οποία έδωσε έμφαση στην πλήρη καταγραφή των οπτικών ιδιοτήτων ενός αντικειμένου. Δυστυχώς, τα ολογράμματά του ήταν κακής ποιότητας. Είναι αδύνατο να αποκτήσετε ένα ολόγραμμα υψηλής ποιότητας χωρίς μια συνεκτική πηγή φωτός.

Χαρακτηριστικά κυκλώματος:

Μετά τη δημιουργία το 1960 Τη χρονιά των λέιζερ κόκκινου ρουμπινιού (μήκος κύματος 694 nm, που λειτουργεί σε παλμική λειτουργία) και λέιζερ ηλίου-νέον (μήκος κύματος 633 nm, συνεχής λειτουργία), η ολογραφία άρχισε να αναπτύσσεται γρήγορα.

Το 1962 Το 1999, δημιουργήθηκε ένα κλασικό σχήμα καταγραφής ολογραμμάτων από τους Emmett Leith και Juris Upatnieks από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Μίσιγκαν (ολογράμματα Leith-Upatnieks), στο οποίο καταγράφονται μεταδοτικά ολογράμματα (κατά την αποκατάσταση ενός ολογράμματος, το φως περνά μέσα από μια φωτογραφική πλάκα, αν και στην πράξη ένα μέρος του φωτός ανακλάται από αυτό και δημιουργεί επίσης μια εικόνα που φαίνεται από την αντίθετη πλευρά).

Σχέδιο Leith-Upatnieks

Σε αυτό το σχήμα εγγραφής, η δέσμη λέιζερ χωρίζεται από μια ειδική συσκευή, ένα διαχωριστικό (στην απλούστερη περίπτωση, οποιοδήποτε κομμάτι γυαλιού μπορεί να λειτουργήσει ως διαχωριστικό), στα δύο. Μετά από αυτό, οι ακτίνες επεκτείνονται με τη βοήθεια φακών και κατευθύνονται προς το αντικείμενο και το μέσο εγγραφής (για παράδειγμα, μια φωτογραφική πλάκα) με τη βοήθεια κατόπτρων. Και τα δύο κύματα (αντικειμενικά και αναφοράς) πέφτουν στην πλάκα από τη μία πλευρά. Με ένα τέτοιο σχήμα εγγραφής, σχηματίζεται ένα μεταδοτικό ολόγραμμα, που απαιτεί για την αποκατάστασή του μια φωτεινή πηγή με το ίδιο μήκος κύματος στο οποίο έγινε η εγγραφή, ιδανικά ένα λέιζερ.

Το 1967 Το πρώτο ολογραφικό πορτρέτο καταγράφηκε με ρουμπινί λέιζερ.

Ως αποτέλεσμα μακράς δουλειάς το 1968 Ο Yury Nikolaevich Denisyuk έλαβε υψηλής ποιότητας (πριν από εκείνη την εποχή, η έλλειψη των απαραίτητων φωτογραφικών υλικών εμπόδιζε τη λήψη υψηλής ποιότητας) ολογράμματα που αποκατέστησαν την εικόνα αντανακλώντας το λευκό φως. Για να το κάνει αυτό, ανέπτυξε το δικό του σχέδιο για την καταγραφή ολογραμμάτων. Αυτό το σχήμα ονομάζεται σχήμα Denisyuk και τα ολογράμματα που λαμβάνονται με τη βοήθειά του ονομάζονται ολογράμματα Denisyuk.

Χαρακτηριστικά κυκλώματος:

• παρατήρηση της εικόνας σε λευκό φως.
• αναισθησία στους κραδασμούς του στοιχείου "αντικείμενο-RS".
• υψηλή ανάλυση του μέσου εγγραφής.

Το 1977 Ο Lloyd Cross δημιούργησε το λεγόμενο multiplex ολόγραμμα. Διαφέρει θεμελιωδώς από όλα τα άλλα ολογράμματα στο ότι αποτελείται από ένα πλήθος (από δεκάδες έως εκατοντάδες) μεμονωμένων επίπεδων προβολών που φαίνονται από διαφορετικές γωνίες. Ένα τέτοιο ολόγραμμα, φυσικά, δεν περιέχει πλήρεις πληροφορίες για το αντικείμενο, επιπλέον, κατά κανόνα, δεν έχει κάθετη παράλλαξη (δηλαδή, είναι αδύνατο να κοιτάξετε το αντικείμενο από πάνω και κάτω), αλλά τις διαστάσεις του καταγεγραμμένου αντικειμένου δεν περιορίζονται από το μήκος συνοχής λέιζερ (το οποίο σπάνια υπερβαίνει τα πολλά μέτρα και τις περισσότερες φορές είναι μόνο μερικές δεκάδες εκατοστά) και το μέγεθος μιας φωτογραφικής πλάκας.

Επιπλέον, είναι δυνατό να δημιουργηθεί ένα πολυπλεξικό ολόγραμμα ενός αντικειμένου που δεν υπάρχει καθόλου, για παράδειγμα, σχεδιάζοντας ένα πλασματικό αντικείμενο από πολλές διαφορετικές γωνίες. Η πολλαπλή ολογραφία είναι ανώτερη σε ποιότητα από όλες τις άλλες μεθόδους δημιουργίας ογκομετρικών εικόνων με βάση μεμονωμένες γωνίες (για παράδειγμα, ράστερ φακών), αλλά απέχει πολύ από τις παραδοσιακές ολογραφικές μεθόδους όσον αφορά τον ρεαλισμό.

Το 1986 Ο Abraham Seke πρότεινε την ιδέα της δημιουργίας μιας πηγής συνεκτικής ακτινοβολίας στην περιοχή κοντά στην επιφάνεια ενός υλικού ακτινοβολώντας το με ακτίνες Χ. Δεδομένου ότι η χωρική ανάλυση στην ολογραφία εξαρτάται από το μέγεθος της πηγής συνεκτικής ακτινοβολίας και την απόστασή της από το αντικείμενο, αποδείχθηκε ότι ήταν δυνατή η ανακατασκευή των ατόμων που περιβάλλουν τον εκπομπό σε πραγματικό χώρο.

Σε αντίθεση με την οπτική ολογραφία, σε όλα τα σχήματα ηλεκτρονικής ολογραφίας που προτείνονται μέχρι σήμερα, η αποκατάσταση μιας εικόνας αντικειμένου πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας αριθμητικές μεθόδους σε υπολογιστή.

Το 1988 Ο Barton πρότεινε μια τέτοια μέθοδο για την ανακατασκευή μιας τρισδιάστατης εικόνας, βασισμένη στη χρήση ολοκληρωμάτων τύπου Fourier, και έδειξε την αποτελεσματικότητά της στο παράδειγμα ενός θεωρητικά υπολογισμένου ολογράμματος για ένα σύμπλεγμα γνωστής δομής. Η πρώτη ανακατασκευή μιας τρισδιάστατης εικόνας ατόμων στον πραγματικό χώρο από πειραματικά δεδομένα πραγματοποιήθηκε για την επιφάνεια Cu(001) από την Harp το 1990.

Φυσικές αρχές

Βασικός νόμος της ολογραφίας

Εάν ένα φωτοευαίσθητο υλικό στο οποίο καταγράφηκε ένα μοτίβο παρεμβολής πολλών κυμάτων φωτός τοποθετηθεί στη θέση που βρισκόταν κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εγγραφής και φωτιστεί ξανά με μερικά από αυτά τα κύματα, τότε τα υπόλοιπα θα αποκατασταθούν. Αυτό το χαρακτηριστικό εξηγείται από το γεγονός ότι το ολόγραμμα καταγράφει όχι μόνο την ένταση, όπως σε μια συμβατική φωτογραφική πλάκα, αλλά και τη φάση του φωτός που εκπέμπεται από το αντικείμενο. Είναι πληροφορίες για τη φάση του κύματος που είναι απαραίτητες για το σχηματισμό τρισδιάστατου χώρου κατά την αποκατάσταση και όχι ο δισδιάστατος χώρος που δίνει η συνηθισμένη φωτογραφία. Έτσι, η ολογραφία βασίζεται στην ανακατασκευή του μετώπου του κύματος.

Η ολογραφική διαδικασία αποτελείται από δύο στάδια - καταγραφή και αποκατάσταση.

• Το κύμα από το αντικείμενο παρεμβαίνει στο κύμα "αναφοράς" και το μοτίβο που προκύπτει καταγράφεται.
• Το δεύτερο στάδιο είναι ο σχηματισμός ενός νέου μετώπου κύματος και η λήψη μιας εικόνας του αρχικού αντικειμένου.

Η καταγραφή πληροφοριών σχετικά με τη φάση του κύματος που προέρχεται από το αντικείμενο μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνο από μια φωτεινή πηγή με χαρακτηριστικά σταθερής φάσης. Ιδανικό για αυτό το σκοπό είναι λέιζερ- Συνεκτική πηγή φωτός υψηλής έντασης και υψηλής μονοχρωματικότητας.

Αρχή υπέρθεσης

Η καθημερινή εμπειρία δείχνει ότι ο φωτισμός που παράγεται από δύο ή περισσότερες συμβατικές ασυνάρτητες πηγές φωτός είναι απλώς το άθροισμα των φωτισμών που παράγονται από καθεμία από αυτές ξεχωριστά. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται αρχή της υπέρθεσης.

Ακόμη και ο Huygens στην «Πραγματεία» του έγραψε: «Μία από τις πιο θαυμάσιες ιδιότητες του φωτός είναι ότι όταν προέρχεται από διαφορετικές κατευθύνσεις, οι ακτίνες του παράγουν ένα αποτέλεσμα, περνώντας η μία από την άλλη χωρίς καμία παρέμβαση». Ο λόγος για αυτό είναι ότι κάθε πηγή, που αποτελείται από πολλά άτομα και μόρια, εκπέμπει ταυτόχρονα έναν τεράστιο αριθμό κυμάτων που δεν σχετίζονται σε φάση. Η διαφορά φάσης αλλάζει γρήγορα και τυχαία, και παρά το γεγονός ότι συμβαίνουν παρεμβολές μεταξύ ορισμένων κυμάτων, τα μοτίβα παρεμβολής αλλάζουν με τέτοια συχνότητα που το μάτι δεν έχει χρόνο να παρατηρήσει αλλαγές στον φωτισμό. Επομένως, η ένταση της προκύπτουσας ταλάντωσης γίνεται αντιληπτή ως το άθροισμα των συστατικών των αρχικών ταλαντώσεων και η ακτινοβολία της πηγής είναι "Λευκό φως, δηλαδή όχι μονόχρωμο, αλλά αποτελούμενο από διάφορα μήκη κύματος. Για τον ίδιο λόγο, αυτό το φως είναι μη πολωμένο, αλλά φυσικό, δηλαδή δεν έχει προτιμώμενο επίπεδο ταλάντωσης.

συνεκτικές δονήσεις

Υπό ειδικές συνθήκες δεν τηρείται η αρχή της υπέρθεσης. Αυτό παρατηρείται όταν η διαφορά φάσης των κυμάτων φωτός παραμένει σταθερή για αρκετό χρόνο για να παρατηρηθεί. Τα κύματα μοιάζουν να «ηχούν στον ρυθμό». Τέτοιες δονήσεις ονομάζονται συνεκτικές.

Το κύριο σημάδι συνοχής είναι η πιθανότητα παρεμβολής. Αυτό σημαίνει ότι όταν δύο κύματα συναντώνται, αλληλεπιδρούν, σχηματίζοντας ένα νέο κύμα συνολικά. Ως αποτέλεσμα αυτής της αλληλεπίδρασης, η προκύπτουσα ένταση θα διαφέρει από το άθροισμα των εντάσεων των μεμονωμένων ταλαντώσεων - ανάλογα με τη διαφορά φάσης, σχηματίζεται είτε ένα πιο σκούρο ή πιο ανοιχτό πεδίο, είτε αντί για ένα ομοιόμορφο πεδίο, εναλλασσόμενες ζώνες διαφορετικής έντασης κρόσσια παρεμβολών.

Τα μονοχρωματικά κύματα είναι πάντα συνεκτικά,Ωστόσο, τα φίλτρα, που συχνά αποκαλούνται μονόχρωμα, στην πραγματικότητα δεν δίνουν ποτέ αυστηρά μονοχρωματική ακτινοβολία, αλλά περιορίζουν μόνο τη φασματική περιοχή και, φυσικά, δεν μετατρέπουν τη συνηθισμένη ακτινοβολία σε συνεκτική.

Λήψη συνεκτικής ακτινοβολίας

Προηγουμένως, μόνο μία μέθοδος ήταν γνωστή για τη λήψη συνεκτικής ακτινοβολίας - χρησιμοποιώντας μια ειδική συσκευή - συμβολόμετρο. Η ακτινοβολία μιας συνηθισμένης πηγής φωτός χωρίστηκε σε δύο δέσμες συνεκτικές μεταξύ τους. Αυτές οι δοκοί θα μπορούσαν να παρεμβαίνουν. Μια άλλη μέθοδος είναι πλέον γνωστή χρησιμοποιώντας διεγερμένη εκπομπή. Τα λέιζερ βασίζονται σε αυτήν την αρχή.

Περίθλαση στην ολογραφία

Το κύριο φυσικό φαινόμενο στο οποίο βασίζεται η ολογραφία είναι περίθλαση- απόκλιση από την αρχική του κατεύθυνση του φωτός που διέρχεται κοντά στις άκρες αδιαφανών σωμάτων ή μέσα από στενές σχισμές. Εάν η οθόνη δεν έχει μία, αλλά πολλές σχισμές, τότε προκύπτει ένα μοτίβο παρεμβολής, που αποτελείται από μια σειρά εναλλασσόμενων φωτεινών και σκούρων λωρίδων, φωτεινότερες και στενότερες από ό,τι με μία σχισμή. Στη μέση είναι η φωτεινότερη ζώνη «μηδενικής τάξης», και στις δύο πλευρές της υπάρχουν ζώνες βαθμιαίας φθίνουσας έντασης της πρώτης, δεύτερης και άλλων τάξεων. Καθώς ο αριθμός των σχισμών στην οθόνη αυξάνεται, οι ρίγες γίνονται στενότερες και φωτεινότερες. Ένα πλέγμα με μεγάλο αριθμό λεπτών παράλληλων σχισμών, συχνά έως και 10.000, ονομάζεται πλέγμα περίθλασης.

Ένα πλέγμα, το οποίο είναι ένα ολόγραμμα, χαρακτηρίζεται κυρίως από το γεγονός ότι η περίθλαση δεν συμβαίνει σε μια σχισμή, αλλά σε έναν κύκλο. Το σχήμα περίθλασης από ένα στρογγυλό αδιαφανές αντικείμενο είναι ένας φωτεινός κεντρικός κύκλος που περιβάλλεται από δακτυλίους που εξασθενούν σταδιακά. Εάν, αντί για έναν αδιαφανή δίσκο, τοποθετηθεί ένας δίσκος με δακτυλίους που τον περιβάλλουν στη διαδρομή του κύματος, τότε ο κύκλος στην εικόνα θα γίνει πιο φωτεινός και οι ρίγες θα γίνουν πιο χλωμή. Εάν η διαφάνεια από μια σκοτεινή σε μια φωτεινή περιοχή δεν αλλάζει στα άλματα, αλλά σταδιακά, σύμφωνα με έναν ημιτονοειδές νόμο, τότε μια τέτοια σχάρα σχηματίζει ζώνες μόνο μηδενικής και πρώτης τάξης και η παρεμβολή με τη μορφή ζωνών υψηλότερης τάξης δεν εμφανίζομαι. Αυτή η ιδιότητα είναι πολύ σημαντική κατά την εγγραφή ενός ολογράμματος. Εάν η μετάβαση από έναν σκοτεινό δακτύλιο σε ένα ανοιχτόχρωμο πραγματοποιείται αυστηρά σύμφωνα με έναν ημιτονοειδές νόμο, τότε οι δακτύλιοι στην εικόνα θα εξαφανιστούν και η εικόνα θα είναι ένας μικρός φωτεινός κύκλος, σχεδόν μια κουκκίδα. Έτσι, ένα στρογγυλό ημιτονοειδές πλέγμα θα σχηματίσει από μια παράλληλη δέσμη ακτίνων (ένα επίπεδο κύμα) την ίδια εικόνα με έναν συγκλίνοντα φακό.

Αυτό το πλέγμα ονομάζεται πλέγμα ζώνης(Soré plate, Fresnel plate), μερικές φορές χρησιμοποιείται αντί για φακό. Για παράδειγμα, χρησιμοποιείται σε γυαλιά, αντικαθιστώντας τους βαρείς φακούς γυαλιών υψηλής διάθλασης. Η απόκτηση σχάρων ζώνης είναι δυνατή με διάφορους τρόπους, μηχανικούς και οπτικούς, παρεμβολές. Η χρήση αυτών των σχάρων, που λαμβάνονται με παρεμβολές, είναι η βάση της ολογραφίας.

Καταγραφή ολογράμματος

Για να καταγράψετε ένα ολόγραμμα ενός πολύπλοκου μη φωτεινού αντικειμένου, φωτίζεται με ακτινοβολία λέιζερ. Ένα συνεκτικό κύμα αναφοράς κατευθύνεται στην ίδια πλάκα στην οποία πέφτει το σκεδαζόμενο φως που ανακλάται από το αντικείμενο. Αυτό το κύμα διαχωρίζεται από την ακτινοβολία λέιζερ μέσω κατόπτρων.

Το φως που ανακλάται από κάθε σημείο του αντικειμένου παρεμβαίνει στο κύμα αναφοράς και σχηματίζει ένα ολόγραμμα αυτού του σημείου. Δεδομένου ότι οποιοδήποτε αντικείμενο είναι μια συλλογή από κουκκίδες που διασκορπίζουν το φως, ένα πλήθος στοιχειωδών ολογραμμάτων τοποθετούνται πάνω στη φωτογραφική πλάκα - κουκκίδες, οι οποίες μαζί θα δώσουν ένα πολύπλοκο μοτίβο παρεμβολής του αντικειμένου.

Το ανεπτυγμένο ολόγραμμα τοποθετείται στη θέση όπου βρισκόταν κατά την εγγραφή και το λέιζερ είναι ενεργοποιημένο. Ακριβώς όπως κατά την αποκατάσταση ενός ολογράμματος ενός σημείου, όταν το ολόγραμμα φωτίζεται από μια δέσμη φωτός από ένα λέιζερ που συμμετείχε στην εγγραφή, τα κύματα φωτός που προέρχονταν από το αντικείμενο κατά την εγγραφή αποκαθίστανται. Εκεί που βρισκόταν το αντικείμενο κατά την εγγραφή, είναι ορατή μια εικονική εικόνα. Η πραγματική εικόνα που σχετίζεται με αυτό σχηματίζεται στην άλλη πλευρά του ολογράμματος, από την πλευρά του παρατηρητή. Συνήθως είναι ανεπαίσθητο, αλλά σε αντίθεση με το φανταστικό, μπορεί να ληφθεί στην οθόνη.

Yu. N. Denisyuk (1962)ανέπτυξε μια μέθοδο στην οποία χρησιμοποιούνται τρισδιάστατα μέσα αντί για γαλάκτωμα λεπτής στρώσης για την καταγραφή ενός ολογράμματος. Τα στάσιμα κύματα προκύπτουν σε ένα τόσο παχύ ολόγραμμα, το οποίο διεύρυνε σημαντικά τις δυνατότητες της μεθόδου. Ένα τρισδιάστατο πλέγμα περίθλασης, εκτός από τις ιδιότητες ενός ολογράμματος που περιγράφηκαν προηγουμένως, έχει μια σειρά από σημαντικά χαρακτηριστικά. Η πιο ενδιαφέρουσα δυνατότητα είναι η δυνατότητα επαναφοράς μιας εικόνας χρησιμοποιώντας μια συμβατική πηγή συνεχούς φάσματος - έναν λαμπτήρα πυρακτώσεως, τον ήλιο και άλλους πομπούς. Επιπλέον, τα κύματα μηδενικής τάξης και η πραγματική εικόνα απουσιάζουν σε ένα τρισδιάστατο ολόγραμμα και, κατά συνέπεια, ο θόρυβος μειώνεται.

Το σχήμα για την καταγραφή ενός ολογράμματος φαίνεται στην Εικόνα 1. Ο Denisyuk κατέγραψε ένα ολόγραμμα σε τρισδιάστατο περιβάλλον, συνδυάζοντας έτσι την ιδέα του Gabor με την έγχρωμη φωτογραφία του Lippmann. Τότε τα τμήματα του ολογράμματος με μέγιστη μετάδοση φωτός θα αντιστοιχούν σε εκείνα τα τμήματα του μπροστινού μέρους του αντικειμενικού κύματος στα οποία η φάση του συμπίπτει με τη φάση του κύματος αναφοράς. Επομένως, με τον επακόλουθο φωτισμό του ολογράμματος από το κύμα αναφοράς, σχηματίζεται η ίδια κατανομή πλάτους και φάσης στο επίπεδό του, όπως συνέβη και για το κύμα αντικειμένου, το οποίο εξασφαλίζει την αποκατάσταση...

55. Ολογραφία. Σχέδιο καταγραφής και αποκατάστασης ολογραμμάτων. Καταγραφή ολογραμμάτων σε γαλακτώματα παχιάς στρώσης. Η χρήση ολογραμμάτων

Ολογραφία (από τα ελληνικά holos - ολόκληρο, πλήρες και γραφικό - γράφω) - μια μέθοδος καταγραφής και αποκατάστασης ενός κυματοπεδίου, που βασίζεται στην καταγραφή ενός σχεδίου παρεμβολής, το οποίο σχηματίζεται από ένα κύμα που ανακλάται από ένα αντικείμενο που φωτίζεται από μια πηγή φωτόςμικρό (κύμα θέματος), και ένα κύμα συνεπές με αυτό που προέρχεται απευθείας από την πηγή (κύμα αναφοράς). Το καταχωρημένο μοτίβο παρεμβολής καλείταιολόγραμμα . Το σχήμα εγγραφής ολογράμματος φαίνεται στο σχήμα 1.

Τα θεμέλια της ολογραφίας τέθηκαν το 1948 από τον φυσικό D. Gabor (Μεγάλη Βρετανία). Επιθυμώντας να βελτιώσει το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, ο Gabor πρότεινε να καταγράψει πληροφορίες όχι μόνο για τα πλάτη, αλλά και για τις φάσεις των ηλεκτρονικών κυμάτων με την υπέρθεση ενός συνεκτικού κύματος αναφοράς στο κύμα του αντικειμένου. Ωστόσο, λόγω της έλλειψης ισχυρών πηγών συνεκτικού φωτός, δεν μπόρεσε να αποκτήσει ολογραφικές εικόνες υψηλής ποιότητας. Η ολογραφία γνώρισε μια δεύτερη γέννηση το 1962-1963, όταν οι Αμερικανοί φυσικοί E. Leith και J. Upatnieks χρησιμοποίησαν ένα λέιζερ ως πηγή φωτός και ανέπτυξαν ένα σχήμα με μια κεκλιμένη δέσμη αναφοράς, και ο Yu.N. Ο Denisyuk κατέγραψε ένα ολόγραμμα σε τρισδιάστατο περιβάλλον, συνδυάζοντας έτσι την ιδέα του Gabor με την έγχρωμη φωτογραφία του Lippmann. Μέχρι το 1965 - 1966 δημιουργήθηκαν τα θεωρητικά και πειραματικά θεμέλια της ολογραφίας. Τα επόμενα χρόνια, η ανάπτυξη της ολογραφίας προχώρησε κυρίως στην πορεία της βελτίωσης των εφαρμογών της.

Αφήστε τη δομή παρεμβολής που σχηματίζεται από τα κύματα αναφοράς και αντικειμένων να καταγραφεί από θετικό φωτογραφικό υλικό. Τότε τα τμήματα του ολογράμματος με μέγιστη μετάδοση φωτός θα αντιστοιχούν σε εκείνα τα τμήματα του μπροστινού μέρους του αντικειμενικού κύματος, στα οποία η φάση του συμπίπτει με τη φάση του κύματος αναφοράς. Αυτά τα τμήματα θα είναι όσο πιο διαφανή, τόσο μεγαλύτερη ήταν η ένταση του αντικειμενικού κύματος. Επομένως, με τον επακόλουθο φωτισμό του ολογράμματος από το κύμα αναφοράς, σχηματίζεται η ίδια κατανομή πλάτους και φάσης στο επίπεδό του με αυτό του κύματος αντικειμένου, γεγονός που εξασφαλίζει την αποκατάσταση του τελευταίου.

Ανάκτηση αντικειμενικό κύμα, το ολόγραμμα φωτίζεται από μια πηγή που δημιουργεί ένα αντίγραφουποστηρίζοντας κυματιστά. Ως αποτέλεσμα της διάθλασης φωτός στη δομή παρεμβολής του ολογράμματος στη δέσμη περίθλασηςπρώτη σειρά ένα αντίγραφο του αντικειμενικού κύματος αποκαθίσταται, σχηματίζονταςχωρίς παραμόρφωση φανταστική εικόνααντικείμενο, που βρίσκεται στο σημείο όπου βρισκόταν το αντικείμενο κατά την ολογραφία. Εάν το ολόγραμμα είναι δισδιάστατο, το συζευγμένο κύμα αποκαθίσταται ταυτόχροναμείον πρώτης τάξης, σχηματίζοντας παραμορφωμένη πραγματική εικόναθέμα (Εικόνα 2).

Οι γωνίες στις οποίες διαδίδονται δέσμες περίθλασης μηδενικής και πρώτης τάξης καθορίζονται από τις γωνίες πρόσπτωσης του αντικειμένου και τα κύματα αναφοράς στη φωτογραφική πλάκα. Στο σχήμα Gabor, η πηγή του κύματος αναφοράς και το αντικείμενο βρίσκονταν στον άξονα του ολογράμματος (αξονικό σχήμα ). Σε αυτή την περίπτωση, και τα τρία κύματα διαδίδονταν πίσω από το ολόγραμμα προς την ίδια κατεύθυνση, δημιουργώντας αμοιβαία παρεμβολή. Στο σχήμα των Leith και Upatnieks, τέτοιες παρεμβολές εξαλείφθηκαν με την κλίση του κύματος αναφοράς (εκτός άξονα).

δομή παρεμβολήςμπορεί να καταχωρηθεί από φωτοευαίσθητο υλικό με έναν από τους παρακάτω τρόπους:

1. με τη μορφή διακυμάνσεων στους συντελεστές μετάδοσης ή ανάκλασης του φωτός. Τέτοια ολογράμματα, όταν αποκαθίσταται το μέτωπο κύματος, διαμορφώνουν το πλάτος του κύματος φωτισμού και ονομάζονταιεύρος;
2. με τη μορφή διακυμάνσεων στον δείκτη διάθλασης ή στο πάχος (ανάγλυφο). Τέτοια ολογράμματα, κατά την ανακατασκευή του μετώπου κύματος, διαμορφώνουν τη φάση του κύματος φωτισμού και επομένως ονομάζονταιφάση .

Συχνά η διαμόρφωση φάσης και πλάτους εκτελείται ταυτόχρονα. Για παράδειγμα, μια συμβατική φωτογραφική πλάκα καταγράφει μια δομή παρεμβολής με τη μορφή παραλλαγών στο μαύρισμα, στο δείκτη διάθλασης και στο ανάγλυφο. Μετά τη λεύκανση του ολογράμματος, παραμένει μόνο η διαμόρφωση φάσης.

Δομή παρεμβολών καταγεγραμμένη σε φωτογραφική πινακίδασυνήθως επιμένει για πολύ καιρό,η διαδικασία εγγραφής είναι ξεχωριστή από τη διαδικασία επαναφοράς (σταθερά ολογράμματα). Ωστόσο, υπάρχουν φωτοευαίσθητα μέσα (μερικές βαφές, κρύσταλλοι, ατμοί μετάλλων) που αντιδρούν σχεδόν αμέσως με τα χαρακτηριστικά φάσης ή πλάτους στο φωτισμό. Σε αυτή την περίπτωση, το ολόγραμμα υπάρχει κατά τη δράση του αντικειμένου και των κυμάτων αναφοράς στο μέσο και η αποκατάσταση του μετώπου κύματος πραγματοποιείται ταυτόχρονα με την εγγραφή, ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης των κυμάτων αναφοράς και αντικειμένου με την παρεμβολή. δομή που σχηματίζεται από αυτούς (δυναμικά ολογράμματα). στις αρχές δυναμική ολογραφίαΜπορούν να δημιουργηθούν συστήματα μόνιμης και τυχαίας μνήμης, διορθωτές ακτινοβολίας λέιζερ, ενισχυτές εικόνας, συσκευές ελέγχου ακτινοβολίας λέιζερ και αντιστροφή μετώπου κύματος.

Εάν το πάχος του φωτοευαίσθητου στρώματος είναι πολύ μεγαλύτερο από την απόσταση μεταξύ γειτονικών επιφανειών μεγίστων παρεμβολών, τότε το ολόγραμμα θα πρέπει να θεωρηθεί ωςογκομετρικοό . Εάν η καταγραφή της δομής παρεμβολής εμφανίζεται στην επιφάνεια του στρώματος ή εάν το πάχος του στρώματος είναι συγκρίσιμο με την απόστασηρε μεταξύ γειτονικών στοιχείων της δομής, τότε ονομάζονται ολογράμματαεπίπεδος. Κριτήριο για τη μετάβαση από τα δισδιάστατα στα τρισδιάστατα ολογράμματα: .

Ογκομετρικά ολογράμματαείναι τρισδιάστατες δομές στις οποίες οι επιφάνειες των κόμβων και των αντικόμβων καταγράφονται ως μεταβολές του δείκτη διάθλασης ή του συντελεστή ανάκλασης του μέσου. Οι επιφάνειες των κόμβων και των αντικόμβων κατευθύνονται κατά μήκος της διχοτόμου της γωνίας που αποτελεί το αντικείμενο και τις δέσμες αναφοράς. Τέτοιες πολυστρωματικές δομές, όταν φωτίζονται από ένα κύμα αναφοράς, λειτουργούν σαν τρισδιάστατα πλέγματα περίθλασης. Το φως που ανακλάται κατοπτρικά από τα στρώματα αποκαθιστά το κύμα του αντικειμένου.

Οι ακτίνες που ανακλώνται από διαφορετικά στρώματα ενισχύουν η μία την άλλη εάν βρίσκονται σε φάση, δηλαδή η διαφορά διαδρομής μεταξύ τους είναι ίση με (Κατάσταση Lippmann–Bragg). Η συνθήκη ικανοποιείται αυτόματα μόνο για το μήκος κύματος υπό το φως του οποίου καταγράφηκε το ολόγραμμα. Αυτό καθορίζει την επιλεκτικότητα του ολογράμματος ως προς το μήκος κύματος της πηγής, υπό το φως της οποίας αποκαθίσταται το μέτωπο κύματος. Γίνεται δυνατή η επαναφορά της εικόνας χρησιμοποιώντας μια πηγή συνεχούς φάσματος (τον Ήλιο, μια λάμπα πυρακτώσεως). Εάν η έκθεση πραγματοποιήθηκε με φως που περιέχει πολλές φασματικές γραμμές (κόκκινο, μπλε, πράσινο), τότε για κάθε μήκος κύματος σχηματίζεται η δική του τρισδιάστατη δομή παρεμβολής. Τα αντίστοιχα μήκη κύματος θα ξεχωρίζουν από το συνεχές φάσμα όταν φωτίζεται το ολόγραμμα, γεγονός που θα αποκαταστήσει όχι μόνο τη δομή του κύματος, αλλά και τη φασματική του σύνθεση, δηλαδή τη λήψη έγχρωμης εικόνας. Τα τρισδιάστατα ολογράμματα σχηματίζουν ταυτόχρονα μόνο μία εικόνα (φανταστική ή πραγματική) και δεν παράγουν κύματα μηδενικής τάξης.

Ιδιότητες ολογραμμάτων.

ΑΛΛΑ) Η κύρια ιδιότητα των ολογραμμάτων, που τα διακρίνει από μια φωτογραφική εικόνα, είναι ότι μόνο η κατανομή του πλάτους του αντικειμένου κύματος που προσπίπτει σε αυτό καταγράφεται στην εικόνα, ενώ η κατανομή της φάσης του αντικειμενικού κύματος σε σχέση με τη φάση το κύμα αναφοράς καταγράφεται επίσης στο ολόγραμμα. Οι πληροφορίες σχετικά με το πλάτος του αντικειμενικού κύματος καταγράφονται στο ολόγραμμα με τη μορφή της αντίθεσης του ανάγλυφου παρεμβολής και οι πληροφορίες για τη φάση καταγράφονται με τη μορφή και τη συχνότητα των κροσσών παρεμβολής. Ως αποτέλεσμα, το ολόγραμμα, όταν φωτίζεται από το κύμα αναφοράς του, επαναφέρει ένα αντίγραφο του αντικειμενικού κύματος.

ΣΙ) Οι ιδιότητες ενός ολογράμματος, που συνήθως καταγράφεται σε αρνητικό φωτογραφικό υλικό, παραμένουν οι ίδιες όπως και στην περίπτωση μιας θετικής εγγραφής - οι φωτεινές περιοχές του αντικειμένου αντιστοιχούν στις φωτεινές περιοχές της ανακατασκευασμένης εικόνας και οι σκοτεινές περιοχές αντιστοιχούν στο σκοτάδι αυτές. Αυτό είναι εύκολο να γίνει κατανοητό, λαμβάνοντας υπόψη ότι οι πληροφορίες σχετικά με το πλάτος του αντικειμενικού κύματος βρίσκονται στην αντίθεση της δομής παρεμβολής, η κατανομή της οποίας στο ολόγραμμα δεν αλλάζει όταν η θετική διαδικασία αντικαθίσταται από μια αρνητική. Με μια τέτοια αντικατάσταση, μετατοπίζεται μόνο η φάση του ανακατασκευασμένου κύματος αντικειμένου. Αυτό είναι ανεπαίσθητο από την οπτική παρατήρηση, αλλά μερικές φορές εμφανίζεται στην ολογραφική συμβολομετρία.

ΣΤΟ) Εάν, κατά την εγγραφή ενός ολογράμματος, φως από κάθε σημείο του αντικειμένου πέφτει σε ολόκληρη την επιφάνεια του ολογράμματος, κάθε μικρό τμήμα του τελευταίου είναι ικανό να επαναφέρει ολόκληρη την εικόνα του αντικειμένου. Ωστόσο, ένα μικρότερο τμήμα του ολογράμματος θα επαναφέρει ένα μικρότερο τμήμα του μετώπου κύματος που μεταφέρει πληροφορίες για το αντικείμενο. Εάν αυτή η περιοχή είναι πολύ μικρή, τότε η ποιότητα της ανακατασκευασμένης εικόνας υποβαθμίζεται.

Στην περίπτωση εστιασμένων ολογραμμάτων εικόνας, κάθε σημείο του αντικειμένου στέλνει φως σε μια αντίστοιχη μικρή περιοχή του ολογράμματος. Επομένως, ένα θραύσμα ενός τέτοιου ολογράμματος αποκαθιστά μόνο το αντίστοιχο τμήμα του αντικειμένου.

ΣΟΛ) Το συνολικό διάστημα φωτεινότητας που μεταδίδεται από μια φωτογραφική πλάκα, κατά κανόνα, δεν υπερβαίνει τη μία ή δύο τάξεις μεγέθους, ενώ τα πραγματικά αντικείμενα έχουν συχνά πολύ μεγαλύτερες διαφορές φωτεινότητας. Σε ένα ολόγραμμα με ιδιότητες εστίασης, όλο το φως που πέφτει σε ολόκληρη την επιφάνειά του χρησιμοποιείται για τη δημιουργία των φωτεινότερων τμημάτων της εικόνας και είναι ικανό να μεταδίδει διαβαθμίσεις φωτεινότητας έως και πέντε έως έξι τάξεις μεγέθους.

ΡΕ) Εάν, κατά την ανακατασκευή του μετώπου κύματος, το ολόγραμμα φωτίζεται από μια πηγή αναφοράς που βρίσκεται σε σχέση με το ολόγραμμα με τον ίδιο τρόπο όπως και κατά την έκθεσή του, τότε η ανακατασκευασμένη φανταστική εικόνα συμπίπτει σε σχήμα και θέση με το ίδιο το αντικείμενο. Όταν αλλάζει η θέση της πηγής επαναφοράς, όταν αλλάζει το μήκος κύματός της ή αλλάζει ο προσανατολισμός του ολογράμματος και το μέγεθός του, η αντιστοιχία παραβιάζεται. Κατά κανόνα, τέτοιες αλλαγές συνοδεύονται από εκτροπές της ανακατασκευασμένης εικόνας.

ΜΙ) Η ελάχιστη απόσταση μεταξύ δύο γειτονικών σημείων ενός αντικειμένου, η οποία μπορεί ακόμα να φανεί χωριστά κατά την παρατήρηση της εικόνας ενός αντικειμένου χρησιμοποιώντας ένα ολόγραμμα, ονομάζεταιανάλυση ολογράμματος. Μεγαλώνει με το μέγεθος του ολογράμματος. Γωνιακή ανάλυση ενός γύρου (διάμετροςρε ) του ολογράμματος καθορίζεται από τον τύπο: . Γωνιακή ανάλυση τετράγωνου ολογράμματος με τετράγωνη πλευρά ίση μεμεγάλο , καθορίζεται από τον τύπο: .

Στα περισσότερα ολογραφικά σχήματα, το μέγιστο μέγεθος του ολογράμματος περιορίζεται από την ανάλυση του φωτογραφικού υλικού εγγραφής. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η αύξηση του μεγέθους του ολογράμματος σχετίζεται με την αύξηση της γωνίας μεταξύ του αντικειμένου και των δεσμών αναφοράς και της χωρικής συχνότητας. Εξαίρεση αποτελεί το σχήμα της ολογραφίας Fourier χωρίς φακούς, στο οποίο δεν αυξάνεται με την αύξηση του μεγέθους του ολογράμματος.

ΣΟΛ) Καθορίζεται η φωτεινότητα της ανακατασκευασμένης εικόναςαπόδοση περίθλασης, που ορίζεται ως ο λόγος της φωτεινής ροής στο ανακατασκευασμένο κύμα προς τη ροή φωτός που προσπίπτει στο ολόγραμμα κατά την αποκατάσταση. Καθορίζεται από τον τύπο του ολογράμματος, τις συνθήκες καταγραφής του και τις ιδιότητες του υλικού εγγραφής.

Η μέγιστη επιτεύξιμη απόδοση περίθλασης των ολογραμμάτων είναι:

Για δισδιάστατη μετάδοσηολογράμματα

- πλάτος - 6,25%,

- φάση - 33,9 5;

Για δισδιάστατο ανακλαστικό– αντίστοιχα 6,25 και 100%·

Για 3D μεταδοτικόολογράμματα - 3,7 και 100%.

– για τρισδιάστατο ανακλαστική - 7,2 και 100%.

Εφαρμογές ολογραφίας. Κατά την αποκατάσταση ολογραμμάτων, δημιουργείται μια πλήρης ψευδαίσθηση της ύπαρξης ενός αντικειμένου που δεν διακρίνεται από το πρωτότυπο. Αυτή η ιδιότητα των ολογραμμάτων χρησιμοποιείται σε επιδείξεις διαλέξεων, κατά τη δημιουργία τρισδιάστατων αντιγράφων έργων τέχνης, ολογραφικών πορτρέτων. Οι τρισδιάστατες ολογραφικές εικόνες χρησιμοποιούνται στη μελέτη κινούμενων σωματιδίων, σταγόνων βροχής ή ομίχλης, ιχνών πυρηνικών σωματιδίων σε θαλάμους φυσαλίδων και σπινθήρων.

Με τη βοήθεια ολογραφικών συσκευών πραγματοποιούνται διάφοροι μετασχηματισμοί κυμάτων, συμπεριλαμβανομένης της αντιστροφής μετώπου κύματος για την εξάλειψη των οπτικών εκτροπών. Μία από τις πρώτες εφαρμογές της ολογραφίας σχετίζεται με τη μελέτη των μηχανικών τάσεων. Η ολογραφία χρησιμοποιείται για την αποθήκευση και επεξεργασία πληροφοριών. Αυτό εξασφαλίζει υψηλή πυκνότητα εγγραφής και αξιοπιστία εγγραφής.

Ο όγκος της εικόνας κάνει τη δημιουργία ολογραφικού κινηματογράφου και τηλεόρασης πολλά υποσχόμενη. Η κύρια δυσκολία με αυτό είναι η δημιουργία τεράστιων ολογραμμάτων που θα μπορούσαν να παρατηρηθούν ταυτόχρονα από μεγάλο αριθμό θεατών. Επιπλέον, το ολόγραμμα πρέπει να είναι δυναμικό. Για τη δημιουργία ολογραφικής τηλεόρασης, είναι απαραίτητο να ξεπεραστεί η δυσκολία που προκαλείται από την ανάγκη επέκτασης του εύρους ζώνης κατά πολλές τάξεις μεγέθους προκειμένου να μεταδοθούν τρισδιάστατες κινούμενες εικόνες.

Το ολόγραμμα μπορεί να κατασκευαστεί όχι μόνο με την οπτική μέθοδο, αλλά και να υπολογιστεί σε υπολογιστή (ψηφιακό ολόγραμμα). Τα ολογράμματα μηχανών χρησιμοποιούνται για τη λήψη τρισδιάστατων εικόνων αντικειμένων που δεν υπάρχουν ακόμη. Τα ολογράμματα μηχανών σύνθετων οπτικών επιφανειών χρησιμοποιούνται ως πρότυπα για τη δοκιμή παρεμβολών στις επιφάνειες του προϊόντος.

Είναι επίσης γνωστή η ακουστική ολογραφία, η οποία μπορεί να συνδυαστεί με μεθόδους οπτικοποίησης ακουστικών πεδίων.

Πρόσθετο υλικό

Όταν τα κύματα αναφοράς και αντικειμένου συναντώνται στο διάστημα, σχηματίζεται ένα σύστημα στάσιμων κυμάτων. Τα μέγιστα πλάτους των στάσιμων κυμάτων αντιστοιχούν στις ζώνες στις οποίες τα παρεμβαλλόμενα κύματα βρίσκονται στην ίδια φάση και τα ελάχιστα αντιστοιχούν στις ζώνες στις οποίες τα παρεμβαλλόμενα κύματα βρίσκονται σε αντιφάση. Για σημείο αναφοράςΠερίπου 1 και σημείο αντικείμενοΠερίπου 2 οι επιφάνειες των μεγίστων και ελάχιστων είναι ένα σύστημα υπερβολοειδών περιστροφής. Η χωρική συχνότητα της δομής παρεμβολής (το αντίστροφο της περιόδου της) καθορίζεται από τη γωνία στην οποία οι ακτίνες φωτός συγκλίνουν σε ένα δεδομένο σημείο - που προέρχονται από την πηγή αναφοράς και προέρχονται από το αντικείμενο: , όπου είναι το μήκος κύματος. Επίπεδα που εφάπτονται στην επιφάνεια των κόμβων και των αντικόμβων σε κάθε σημείο του χώρου διχοτομούν τη γωνία. Στο σχήμα Gabor, η πηγή αναφοράς και το αντικείμενο βρίσκονται στον άξονα του ολογράμματος, η γωνία είναι κοντά στο μηδέν και η χωρική συχνότητα είναι ελάχιστη. Τα αξονικά ολογράμματα ονομάζονται επίσηςμονή δοκό , δεδομένου ότι χρησιμοποιείται μια δέσμη φωτός, το ένα μέρος της οποίας διασκορπίζεται από το αντικείμενο και σχηματίζει ένα αντικειμενικό κύμα και το άλλο μέρος, που έχει περάσει μέσα από το αντικείμενο χωρίς παραμόρφωση, είναι κύμα αναφοράς.

Στο σχήμα των Leith και Upatnieks, η συνεκτική κεκλιμένη δοκός αναφοράς σχηματίζεται ξεχωριστά (ολόγραμμα διπλής δέσμης). Για ολογράμματα διπλής δέσμης, η χωρική συχνότητα είναι μεγαλύτερη από ό,τι για ολογράμματα μονής δέσμης. Επομένως, για την καταχώρηση ολογραμμάτων δύο ακτίνων, απαιτούνται φωτογραφικά υλικά με μεγαλύτερη χωρική ανάλυση.

Εάν οι δέσμες αναφοράς και αντικειμένου πέφτουν στο φωτοευαίσθητο στρώμα από διαφορετικές πλευρές (~ 180 0 ), τότε είναι μέγιστο και κοντά στο 2/ (ολογράμματα σε συγκρουόμενες δέσμες). Τα μέγιστα παρεμβολών βρίσκονται κατά μήκος της επιφάνειας του υλικού στο πάχος του. Αυτό το σχέδιο προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Denisyuk. Εφόσον, όταν ένα τέτοιο ολόγραμμα φωτίζεται από μια δέσμη αναφοράς, το ανακατασκευασμένο κύμα αντικειμένου διαδίδεται προς τη φωτίζουσα δέσμη, τέτοια ολογράμματα μερικές φορές ονομάζονταιανακλαστικός.

Τύποι ολογραμμάτων. Η δομή του ολογράμματος εξαρτάται από τη μέθοδο σχηματισμού του αντικειμένου και των κυμάτων αναφοράς και από τη μέθοδο καταγραφής του σχεδίου παρεμβολής. Ανάλογα με τη σχετική θέση του αντικειμένου και της πλάκας, καθώς και με την παρουσία οπτικών στοιχείων μεταξύ τους, η σχέση μεταξύ των κατανομών πλάτους-φάσης του αντικειμενικού κύματος στα επίπεδα του ολογράμματος και του αντικειμένου είναι διαφορετική. Εάν το αντικείμενο βρίσκεται στο επίπεδο του ολογράμματος ή εστιάζεται σε αυτό, τότε η κατανομή πλάτους-φάσης στο ολόγραμμα θα είναι η ίδια όπως στο επίπεδο του αντικειμένου (εστιασμένη εικόνα ολόγραμμα; σχήμα 3).

Όταν το αντικείμενο βρίσκεται αρκετά μακριά από την πλάκα, ή στην εστία του φακού L, τότε κάθε σημείο του αντικειμένου στέλνει μια παράλληλη δέσμη φωτός στην πλάκα. Σε αυτή την περίπτωση, η σχέση μεταξύ των κατανομών πλάτους-φάσης του αντικειμενικού κύματος στο επίπεδο του ολογράμματος και στο επίπεδο του αντικειμένου δίνεται από τον μετασχηματισμό Fourier (το σύνθετο πλάτος του αντικειμενικού κύματος στην πλάκα είναι η ονομάζεται εικόνα Fourier του αντικειμένου). Το ολόγραμμα σε αυτή την περίπτωση ονομάζεταιΟλόγραμμα Fraunhofer(Εικόνα 4).

Εάν τα σύνθετα πλάτη του αντικειμένου και των κυμάτων αναφοράς είναι οι εικόνες Fourier του αντικειμένου και της πηγής αναφοράς, τότε το ολόγραμμα ονομάζεταιΟλόγραμμα Fourier. Κατά την εγγραφή ενός ολογράμματος Fourier, το αντικείμενο και η πηγή αναφοράς τοποθετούνται συνήθως στο εστιακό επίπεδο του φακού (Εικόνα 5).

Στην περίπτωση ενός ολογράμματος Fourier χωρίς φακό, η πηγή αναφοράς τοποθετείται στο επίπεδο του αντικειμένου (Εικόνα 6). Σε αυτή την περίπτωση, το μέτωπο του κύματος αναφοράς και τα μέτωπα των στοιχειωδών κυμάτων που διασκορπίζονται από μεμονωμένα σημεία του αντικειμένου έχουν την ίδια καμπυλότητα. Ως αποτέλεσμα, η δομή και οι ιδιότητες του ολογράμματος είναι πρακτικά ίδιες με εκείνες του ολογράμματος Fourier.

Ολογράμματα Fresnelσχηματίζονται όταν κάθε σημείο του αντικειμένου στέλνει ένα σφαιρικό κύμα στην πλάκα. Καθώς η απόσταση μεταξύ του αντικειμένου και της πλάκας αυξάνεται, τα ολογράμματα Fresnel μετατρέπονται σε ολογράμματα Fraunhofer και καθώς αυτή η απόσταση μειώνεται, μετατρέπονται σε εστιασμένα ολογράμματα εικόνας.

μικρό

πραγματική εικόνα

Φανταστική εικόνα

Εικόνα 6 - Σχέδιο εγγραφής χωρίς φακό ενός ολογράμματος Fourier

Ολόγραμμα

Εικόνα 5 - Σχέδιο καταγραφής ολογραμμάτων Fourier

πηγή αναφοράς

δοκός αναφοράς

μεγάλο

δοκός αναφοράς

Εικόνα 4 - Σχέδιο εγγραφής ολογράμματος Fraunhofer

Εικόνα 3 - Σχέδιο για την εγγραφή ενός ολογράμματος μιας εστιασμένης εικόνας

Εικόνα 1 - Σχέδιο εγγραφής ολογράμματος

Εικόνα 2 - Σχέδιο ανάκτησης

ολογραφική εικόνα ενός αντικειμένου

δοκός αναφοράς

Ολόγραμμα