Holografija

Holografija (gr. holos 'visas' graphe 'rašymas') – erdvinės informacijos apie objektą užrašymo ir atkūrimo metodas, pagrįstas koherentinių (vienodų bangos ilgių, dažnių ir pastovaus fazių skirtumo bangos) šviesos bangų sklaida ir šios šviesos interferencija su tam tikru atraminiu optiniu signalu. Netiesiogiai holografiją galima vadinti trimate fotografija, kadangi skirtingai nuo nuotraukos, holograma išsaugo objekto tūrinį vaizdą. Ši technika taip pat naudojama kaupti, atkurti ir apdoroti informacijai.

Hologramoje įrašoma visą informaciją apie objekto išsklaidytas šviesos bangas (sklidimo kryptį, amplitudę, fazę, bangos ilgius, poliarizaciją). Apšvietus holograma tokiu pačiu šaltiniu, kaip ir atraminis hologramos įrašymo metu, iš hologramos išėjusios šviesos bangos difraguodamos ir interferuodamos sukuria realaus daikto menamą vaizdą – matomas erdvinis objekto atvaizdas, arti ir toli esantys daiktai matomi vienodai ryškiai. Keičiant stebėjimo vietą galima stebėti įvairias objekto detales. Hologramos veikimo principas yra pagrįstas trimatės difrakcinės gardelės sudarymu ir objekto optinės informacijos atkūrimu difrakciniame vaizde.

Hologramos gali būti ir natūralių spalvų.

Istorija

Holografijos idėją 1947 m. iškėlė vengrų fizikas Denis Gaboras (Dennis Gabor) ir už tai 1971 m. buvo apdovanotas Nobelio premija.

Naują įkvėpimą holografija gavo 1960 m. metais, kai buvo išrastas lazeris – koherentinės šviesos šaltinis. Pirmoji holograma, kurioje pavaizduoti trimačiai objektai, užrašyta 1962 m. Tarybų Sąjungos mokslininko Jurijaus Denisiuko (Юрий Денисюк) bei 1963 m. JAV mokslininkų Emmett Leith ir Juris Upatnieks.

Hologramos savybės

Pagrindinės hologramos (holografijos produkto) savybės:

• Bet kuris hologramos gabalėlis turi visą informaciją apie objektą. T.y., sudaužius ar kitaip padalinus hologramos plokštelę, kiekvienoje jų bus matomas visas užrašyto objekto atvaizdas, tačiau pablogės hologramos kokybė ir skyra.
• Hologramas galima stebėti ir naudojant kitą bangos ilgį, tačiau skirsis objekto matmenys (pavyzdžiui, vadinamosios tūrinės hologramos užrašomas tam tikro bangos ilgio lazerio šviesa, tačiau vaizdas gali būti atstatomas ir prie paprastos baltos šviesos lemputės).
• Holograma gaunama tūrinis (arba trimatis) vaizdas, nes registruojama tiek bangos amplitudė, tiek fazė.

Holografijos principas

Hologramos užrašymas

Hologramos užrašymo schema.

Holograma gaunama fotografinėje plokštelėje įrašant difrakcinę gardelę, susidarančia kelių bangų interferencijos metu, kuomet susikirtus apšviečiamo objekto išsklaidytai šviesai su koherentine atramine banga. Koherentinė lazerio šviesa išskaidoma į du pluoštus: atraminį ir apšvietimo. Pastarasis pluoštas apšviečia objektą. Jei šių dviejų pluoštų – atraminio ir objekto išsklaidyto – spinduliai išlieka koherentiški, jie gali interferuoti. Interferencija sukuria įvairaus intensyvumo dėmes, kurios užrašomos holografinėje plokštelėje. Šios dėmės plokštelėje suformuoja tam tikrą difrakcinę gardelę, kuri ir vadinama holograma.

Šios užrašytos dėmės tiesiogiai nevaizduoja atitinkamų fotografuojamo objekto ar erdvės taškų (o įprastoje fotografijoje nuotraukoje užfiksuotas kiekvienas taškas vaizduoja vieną iš objekto atitinkamų taškų). Tiksliau pasakius, ir maža hologramos paviršiaus dalis turi pakankamai informacijos atkurti visam originaliam vaizdui. Tai įmanoma dėl to, jog užrašymo metu kiekvienas holografinės plokštelės taškas užfiksuoja informaciją apie visą vaizdą. Tuos taškus vaizdžiai galima laikyti akimis: holografinėje plokštelėje kiekviena akis mato visą fiksuojamą vaizdą.

Koncepcijos demonstravimui galima atpjauti mažą hologramos dalį. Žiūrint į ją iš to paties atstumo, kaip ir į visą hologramą, bus matoma mažiau vaizdo, tačiau visą vaizdą išvysti galima arba keičiant žiūrėjimo kampą (išlaikant vienodą atstumą), arba priėjus arčiau hologramos. Tai lyg mažas langelis name: vis viena gali pamatyti visą vaizdą lauke, tačiau esi priverstas būti arti to langelio.

Hologramos atkūrimas

Vaizdo atkūrimo schema.

Vaizdas atgaminamas naudojant tą pačią atraminę bangą, kuria apšviečiama holograma. Kai objektas apšviečiamas šia banga, holografinėje plokštelėje užrašyta difrakcinė struktūra atkuria originalius nuo objekto sklidusius šviesos spindulius. Kadangi holografijos metu buvo užrašyti vaizdai iš skirtingų matymo taškų, kiekvieno žiūrovo akys mato paveikslą šiek tiek skirtingu kampu, todėl jis atrodo trimatis. Žiūrovas gali keisti savo padėtį ir stebėti besisukantį (taip pat tolstantį, artėjantį ir pan.) objektą hologramoje taip pat, kaip ir tikrovėje.

Atkurti vaizdą galima ir kitokio bangos ilgio nei buvo naudojama užrašant monochromatine šviesa. Tokiu atveju sukurto atvaizdo matmenys skiriasi nuo objekto matmenų, jis yra kitu atstumu nuo hologramos.

Medžiagos

Hologramų gamybai (ne reprodukcijai) dažniausiai naudojama fotografinės emulsijos, fotorezistai, fotopolimerai, dichromuota želatina ir kt.

Holografijos taikymai

Holografija naudojama įvairiose srityse: nuo mokslo iki vaizduojamųjų menų.

• Holografinė interferometrija – metodas, leidžiantis iš itin tiksliai atstatytos originalios bangos formos nustatyti labai mažas deformacijas, įvairius pokyčius.
• Holografinė atmintis – technologija, leidžianti kaupti informaciją kristaluose ir fotopolimeruose. Taikoma kuriant holografinius diskus (Holographic Versatile Disc), HVC, trimatį optinį informacijos saugojimą.
• Vaizduojamoji holografija – hologramos naudojamos dailėje, reklamose, mokomiesiems tikslams, moksliniams tyrimams, intelektinės nuosavybės apsaugai ir kt.

Skaitmeninė holografija

Skaitmeninė holografija – tai holografija, kai hologramos užrašomos naudojant CCD kameras ir kompiuterius. Kadangi vaizdai atkuriami taip pat kompiuteriais, skaitmeninė holografija gali būti panaudota, pavyzdžiui, apskaičiuoti objekto paviršiaus nelygumus ar stebėti greitai kintančius procesus.

Šaltiniai

1. Vaidutis Antanas Šalna. Optika. Vilnius: Enciklopedija, 2004. 272 p.
2. U. Schnars, W. Jueptner. Digital Holography. Digital hologram recording, numerical reconstruction, and related techniques. Springer, 2005. 164 p.