Terdzumanova

ХОЛОГРАФИЈА

Што е холографија

Холографијата е како жена: таинствена, чудна, а најинтересните работи се случуваат во мрак. Холографијата е еден посебен вид на фотографирање што овозможува предметите да се гледаат во тродимензионална големина. Холографијата и холографската интерферометрија се методи кои доста широко се применуваат во лабараториите, и имаат значајна индустриска примена за испитувања без дополнителни недостатоци. Со помош на холографијата и фотографските плочи, не се регистрира само интензитетот на светлинските зраци како кај обичните фотографии, туку и нивните насоки и фази. Заради тоа холографијата овозможила еден вид дополнување на тродимензионалните структури за снимање на објекти. Развиени се повеќе методи на холографија. Најчесто се користи оптичката холографија која користи ласерска светлина во видливиот дел од спектарот. Во класичните постапки интерферентните ефекти се снимаат со ласерска светлина(монохроматска или бела) на фотографија или на термоосетливи емулзии. Електронската холографија користи дигитални камери. Во некои случаи се користи акустичка, микробранова, холографија со електронски снопови или H-зраци или компјутерска холографија. Покрај холографската интерферометрија, со слични принципи на работа денес се користат pekle интерферометрија, moare интерферометрија и ширографија. Во многу истражувања и во големите светски лабаратории докажани се големи резултати на холографската интерферометрија користена за: испитувањето на течењето на струјата, обликот и димензијата на една слика или на повеќе објекти, анализирање грешки, анализирање на напонот како и деформациите во конструкциските компоненти.

Холографијата е истовремено наука, вештина, занает, уметност, но и значајна индустриска гранка. Целата област за холографијата е основа на светлоста да се однесува слично како бранови на вода. Светлосниот бран може да се запише на филм и така да се добие низа од светли и темни линии (кои самите личат на бранови)-тоа е ХОЛОГРАМ. Линиите се многу густи(има и со неколку илијади на еден милиметар!!!), а нивниот број, густина и облик носат комплетна информација за 3D објектите. Честа заблуда е дека холограмот е еден вид тродимензионална ПРОЕКЦИЈА- слично на проектирана филмска слика на платно во кино. Тоа НЕ Е така, пред се затоа што проектирањето подразбира фрлање на светлината на некоја површина или простор, што холограмот не може да го направи. Тој претставува само ПРОЗОР во виртуелен, тродимензионален свет кој се гледа ПОЗАДИ холограмот . Кој дел од непостоечкиот свет посматрачот ќе може да го види зависи од големината на прозорот-поточно зависи од големината на плочата или филмот на кој е запишан холограмот.

Да споменеме дека е можно да се обезбеди и тродеминзионалната слика да се формира и пред рамни холограми. Но, и тогаш тоа што го гледаме ќе биде ограничено со димензиите на холограмот. Посматрачот го гледа холограмот само во ограничен аголен интервал кој е одреден од големината на холографската плочка. Тродимензионалниот ефект донекаде е ограничен и секако не личи на она што се гледа во филмот Војна на ѕвездите, каде ликот на принцезата Ли лебди во воздухот . Ако холографскиот филм се свие во облик на цилиндар, тогаш постои можност обичен холограм да се види во тридимензионална слика. Ова е специфична техника и не е едноставно експериментално да се реализира. Холограмите се снимаат во посебни уреди, чии најважен дел е ЛАСЕРОТ. Неопходен е и одреден број оптички компоненти , како што се огледалата , а сите заедно мора да се наоѓаат на маса која е механички извонредно стабилна.

Не е претерување ако се каже дека лесен чекор, шепотење или далечен шум на сообраќајот можат во потполност да го оневозможат снимањето на холограмите. Фотографските материјали се многу специфични бидејќи мора да бидат во состојба да можат да се забележат системите на многу густи светли и темни линии. Во зависнот од начинот на кој се снима холограмот , сликата може да се посматра во одбиена(рефлектирана) или пропуштена светлина. Исто така, одредени видови на хологами можат да се видат само доколку се употребува светлината на ласерот, додека други можат да се видат со светлост од обични извори како што се ламбите, светилките (сијалиците) или Сонцето. Голем број од холограмите се еднобојни, но со посебни техники на снимање можно е да снимаат и холограми во боја.

Производство на холограми во ласерски уреди е помалку сериска, заради догловременската подготовка на уредите, осветлување и хемиска обработка. Во извесна мера можно е да се изврши автоматизација и да се скрати времето на изработка ако се користат специфични фотополимерни материјали (пример е технологијата која е развиена во американската фирма DUPONT). За големите серии (каде се мерат илјада и десет илјади идентични холограми) се применува техника на штампање (embossing). Идеjата е едноставна и поtсеќа на техниката за изработка на компакт дисковите (порано за грамофонските плочи). Прво се прави матрица (shim),која во себе носи информација во облик на фин релјеф (слично на дупчињата на CD-ата или браздите на грамофонските плочи) . Таа е изработена од механички тврд и отпорен материјал (како што е никелот). Потоа матрицата е загрева и се става во слој од тенок пластичен материјал (на пр. Полиетилен).Матрицата е во врска со пластичната фолија и на неа ја пренесува својата релјефна структура. Постапката е многу брза бидејќи може да се направи во модифицирани, штампарски и ротациони преси.Оваа техника дава огромна серија на единечни холограми за многу ниска цена. Штампаните холограми имаат многу препознатлив изглед . Тие се тенки сребрени фолии потполно интегрирани во некои супстанции(како што се хартијата, картон или пластика). Понекогаш се применуваат како самолепливи етикети. Кога ќе се осветлат на правилен начин на нив се покажува слика (тридимензионална или дводимензионална) која се прелива во многу бои. Во себе можат да имаат динамички приказ-кратка анимација.

Холограмите не ја даваат својата тродимензионална слика самите од себе- потребно е да се осветлат на адекватен начин. Во спротивно, тоа се само темни плочи на кои што тешко нешто се дознава. Ласерската светлост секогаш е добар избор за посматрање (РЕКОНСТРУКЦИЈА) на холограмите. Сликата која се добива е остра и јасна, со голема длабочина на тродимензионална сцена. Меѓутоа,проблемот е во тоа што ласерските извори значајните улоги се многу скапи, бидејќи ласерскиот сноп е потребно раширен, така што светлоста рамномерно паѓа на целата површина на холограмот-всушност, потребна и е дополнителна оптика. Голем број на комерцијални холограми се прават, така што е невозможно да се посматраат под бела светлина “oбична, не ласерска, изворна. Овде се подразбира различни видови ламби, но и сонцето како природен светлински извор. Адекватното разложување на белата светлина подразбира неколку работи. Пред се светлосниот извор да е доволно моќен и светлината да се емитува на што е можно помала површина. Во таа смисла, од вештачките светлински извори најдобри се рефлекторските халогени светилки, а долгите неонски светилки се сосема неадекватни. Добри се и светлосните извори кои даваат сноп од паралелни зраци- како што е случајот кај Сонцето.

ИСТОРИЈА

Принципот холографија е откиен уште во 1948 година од научникот Dennis Gabon, истражувајќи подобри можности за развивање на електронските микроскопи, но во текот на шеесетите години од 20ти век откривањето на ласерот овозможило практична примена на холографијата. Треба да се спомене дека одамна пред Dennis Gabon одредени откритија од тогашните научници направиле претпоставки за пронаоѓање и разој на техниката холографија:

• 1672год.- Исак Њутон со помош на призма разделил сноп од бела светлина на нејзините спектрални компоненти;
• 1882год.- е одредена брзината на светлината од 299 778 km/s;
• 1948год- Dennis Gabon ги открива основните методи на холографијата;
• 1858год- Ch. H. Towers и A. L. Schawlow објавуваат статија “Инфрацрвени и оптички масер” во која наговестуваат за можноста за ласерско емитирање на кохерентна светлина;
• 1960 год- T. M. Maiman од калифорнискиот "Hughes Aircraft Company Research Laboratory" го гради првиот ласер- импусни рубински ласер;
• 1961 год- Со пронаоѓање на ласерот повторно се буди интерес за холографијата E. Leith и J. Upatnieks од "University of Michigan", ги повторуваат експериментите на Габон, но овој пат со помош на ласер. Y. N. Denisyuk во SSSR, снима холограми за чија репродукција се користи рефлексијата на белата светлина. Техниката на рефлексни холограми интензивно ја развива Stroke и неговата група на од "State University of New York" во средината на шеесетите години на 20ти век;
• 1971год- Dennis Gabon ја добива Нобеловата награда за физика за откривање на основата на холографијата;
• 1972год- L. Cross и D. Smith го снимаат првиот холограмски на објект во движење ;

Снимање на холограми

Објектот се осветлува со паралелен монохроматски кохерентен сноп од светлина (ласер), а дел од тој истиот сноп паѓа и на фотоплочата, на која доаѓа до интерференција на двете полиња од светлина: едниот од изворниот кохерентен сноп, а другиот од распрснатиот сноп од снимениот предмет. На фотоплочата (холограмот) не се гледаат контурните предмети, туку интерференцијата која во своите светли и темни линии ги содржи сите информации за насоката, интензитетот и фазите на светлината на снимениот предмет.

Читање на холограми

За да се реконструира повторно слика од холограмот, потребно е да се повтори постапката која е употребена и при добивање на холограмот. Кога снимениот холограм ќе се осветли подеднакво со рамен референтен бран кој паѓа на подеднаков агол како и при снимањето ,светлината низ холограмот поминува делумно без прекршување, како бран од нулти ред, а делумно се прекршува формирајќи бран од први ред. Еден бран од први ред ја дава реалната слика на објектот, а друг бран од први ред ја дава виртуелната слика. И двете слики се тродимензионални, со што реалната слика може и понатаму да се регистрира (снима) со фотографски постапки, а виртуелната не може. Сликата на објектот добиена со репродукција на холограмот е иста со објектот, има иста големина со објектот, а во зависност од аголот при посматрање на холограмот може да се видат предмети кои стојат еден позади друг. Посматрачот кој го гледа холограмот има домен да гледа светол предмет низ рамката на холограмот.

Својства

Од наведените податоци за снимање и репродукција на холограмите може да се заклучи дека секое место на холограмот ја содржи сликата на објектот. При пресек на два еднакви дела не се губи половина од сликата, туку на секоја половина може повторно да се види целиот објект. Ако продолжиме да го делиме холограмот и понатаму, на секој дел останува барем груба слика на објектот иако се губат деталите. Ова својство на холограмот многу му го подобрува квалитетот , бидејќи ако на фотоосетлива емулзија постојат грешки или прашината уништи дел од емулзијата – квалитето на сликата ќе остане задоволувачки, што не е слушај при класичната фотографска постапка каде секоја грешка значи засекогаш изгубена информација. Уште една предност на холографијата спрема фотографските постапки е дека холограмот поминува само низ процес на развивање, а од настанувањето на фотографијата или дијапозитивот мора да се изведат две хемиски постапки- развивање на негативот и потоа пресликување на негативот во позитив, па развивање на самиот позитив. Постојат многу техники за тродимензионалного претставување на слики или објекти во големи простори за претставување на некои големи проекти како што се претставуваните проекри на видео бимовите. Меѓутоа овие техники се скоро невозможни во права смисла на зборот бидејќи не постојат совршени механизми што го овозможуваат тоа, туку постојат 3D монитори кои содржат специфични електрооптички карактеристики што одговараат на барањето на тродимензионалното претставување.

Каде се применува холографијата?

Освен фотографирањата на брзи појави со голема просторна длабочина, деформацијата на еластичните предмети, холографијата овозможува и нови принципи на работење на компјутерите на база на оптичка меморија. Со помош на холографијата со сноп електрони (електронска холографија) снимена е и внатрешноста на атомот. Иако холографијата овозможува решавање на многу проблеми во физиката и техниката, самата нејзина постапка е релативно сложена и скапа. Затоа холографијата се применува само тогаш кога другите подобро прилагодени методи не можат да постогнат подобри резултати. Во примена се најинтересните и најбараните “dot-matrix” холограми, интегрирани точка по точка на начин кој ја исцртува сликата на матричен принтер. Нивната најчеста примена е зачувување на многу важни информации како што се ингормациите на пасошите, личните карти и кредитните картички. Ова се прави во две фази, каде најпрво се поставуваат информациите на матрична основа, а потоа се прават многу копиии. Се произведуваат и холограми во боја во димензии 50x50 цм каде анимацијата најдобро се гледа кога посматрачот стои пред холограмот. Сликата може да се појави и до 300мм пред рамен холограм. Ова птоизбодство содржи поскап холограм и специјални сојалици кои го осветлуваат самиот холограм.

Холографска интерферометрија во реалниот свет

Примена при проучување на деформацијата на забното ткиво

Деформацијата на забното ткиво се проучува со холографска интерферометрија. Она што се случува во интервал од вклучувањето и исклучувањето на LED диодите, останува парадигма. Поради тоа, развиен е уред кој овозможува следење на процесот на деформација на забното ткиво од почетокот на полимеризацијата, па се до крајот. Холографската плоча се наоѓа сместена во стаклена кивета. Тоа ни овозможува комплетниот процес на хемиската обработка на материјалот да го проследиме без поместување на холографската плоча. Заб со шуплина е исполнет со забен полимер и поставен во уредот. Фотоплочата се вметнува во киветата исполнета со вода. После тоа се врши снимање на холограм, кој се равива (без фикисирање) со проста измена на содржината на киветата. На крајот се врши повторно полнење на киветата со вода, така да сега развиениот холограм повторно се наоѓа опкружен со вода. Забот останува на своето место,а посматрањето се врши со т.н. Холо-плоча. Сега имаме две бранови предници: еден кој доаѓа од самиот заб,и друг кој настанува на холографската плоча. Тие бранови се во состојба меѓусебно да интерферираат. Понатаму, се вклучува полимеризационата ламба и забот почнува постепено да се деформира. Тоа доведува до промена на обликот на рефлектираниот бран, што се гледа како појава на инатерферентни линии. Нивниот број се зголемува и тие се згуснуваат во текот на наредните 40-60 секунди. На крајот од тоа време, процесот се забавува, нема појавување на бојата на интерфентните линии, бидејќи и полимеризацијата е во потполност завршена. Целиот процес се набљудува со CCD камера која е поврзана со компјутер, така што се добива филм кој во потполност го бележи процесот на деформација на забот.

Холографска криптографија

Како метод за таен пренос на и размена на информации

Холографијата нуди нови можности при заштита на пренос и размена на информации. Идеата е да икористи високата моќ на разложување на холограмот. Стандардните криптографски методи (шифрирање, дешифрирање, стеганографија) имаат свој пандан во холографијата. Да наведеме еден едноставен пример. По претпоставка сакаме во обична слика (фотографија), на таен начин да внесеме информација, (на пример некоја друга слика). Наједноставно е да пред фотографијата поставиме (залепиме) тенок, побелен холограм. Преку холограмот, сликата ќе се види и без никакви проблеми. Додека пак со осветлување на холограмот со ласерски сноп, ќе се појави нова, тридимензионална слика. На неинформиран набљудувач, сликата ќе му изгледа вообичаено. Додека, на оној кој знае дека постои додатна информација, и како е таа скриена, не е тешко до бараниот податок да дојде на едноставен начин-со осветлување со помош на ласер.

Холографски стереограм

Ова е технологија која овозможува да се снимаат холограми на објекти кои не постојат во реалноста, туку се плод на компјутерското 3D моделирање

Идеата е да се генерира низ перспективни погледи на ист објект. Со тоа се добива серија слики на кои е ист објект сликан под различни агли. Од овие серии на иста холографска плоча се прави композитен материјал кој ги содржи сите слики одеднаш. Меѓутоа, сите слики не можат истовремено да се видат туку едното око гледа една слика, другото друга. Сликите меѓусебно се разликуваат поради тоа што се сликани сите под различен агол, па нашиот мозок добива илузија за трета димезија. Илузијата делува многу вистински, тие холографски стереограми по тоа личат на вистински холограми. Илузијата е едноставна, но нејзината техничка реализација е комплексна и се реализира со спрецифичен холографски уред. Тој се состои од филм (или LCD екран) на кој се прикажуваат слики, оптички систем за проектирање на слики и помошен координатен стол на кој е сместен фоторегистрирачки материјал. Откако ќе се експонираат целосните серии на слики, резултираниот холограм хемиски се обработува(се развива, фиксира и побелува). Со тоа се обезбедува холографската светлина да биде видлива на бела светлина.

Нови фотографски материјали

Идеален холографски фотоосетлив материјал би требало да ги задоволува следниве услови: висока моќ на разложување (и преку 5000/mm),висока осетливост( во области со J/cm2 ),широка област на спректрална осетливост( цел видлив спектар), едноставно производство, едноставна и нетоксична хемиска обработка, висока стабилност на атмосверски услови и ефекти на UV зрачење. Таков материјал не постои, затоа до денес се врши стална потрага по нови и подобри материјали. Да се сконцентрираме на материјалите од биолошко потекло, како што се: желатин, пулулан, декстран, албумен... Со додавање јон на хромот, и органски бои, како и аденватна хемиска обработка, материјалите стануваат фотоосетливи со добри холографски особини. Основен материјал е полимерот, кој во присуство на хром и под дејство на светлина може додатно да се полимеризира правејќи големи вкрстено полимеризирани ланци. Органските бои како што се еозинот, родаминот,ја менуваат областа на спектралната осетливост. Сето тоа ги менува оптичките, хемиските и механичките особини на материјалите, правејќи ги погодни за снимање холограми. Со оглед на тоа дека осетливоста на материјалите е локализирана на молекулско ниво, просторното разложување е многу големо( за разлика од среброхалогенидната емулзија, каде што разложувањето зависи од големината на кристалот среброхалогенид). Најстар материјал со овие особини е дихромиран желатин, кој се појавил уште од 19тиот век, како материјал за копирање на фотографии. Овој материјал се одликува со осетливост во плаво-зелениот дел од спректарот и појавување на интензивен површински релјеф. Во областа холографија почнал да се користи многу рано и сеуште е материјал на кој се добиваат холограми со извонреден квалитет. Се претпоставува дека квалитетот е поради тоа што во внатрешноста на материјалот се образуваат микропукнатини, каде што разликата помеѓу индексите на прекршување е многу голема, што пак доведува до голема амплитудна модулација. Од гледна точка на холографијата, тоа значи јасна и интензивна тридимензионална слика(стручно кажано, материјалот има голема дифракциона ефикасност). Исто така, карактеристичен материјал е пулулан, полисахарид, кој е продукат од бактеријата Aureobasidium pullulans. Додавајќи хром, со многу поголема концентрација од дихромираниот желатин, се добива материјал со зголемена осетливост. За разлика од дихромираниот желатин, на пулуланот се добиваат холограми со многу изразен површински рејлеф(со длабочина до 100 nm). Припремите и хемиската обработка се исто така едноставни, а атмосферската стабилност на пулуланот е извонредна во споредба со класичниот дихромиран желатин. Постигнати се и високи дифракциони ефикасности ( и до 80%), при што материјалот е многу погоден како за холографија, така и за формирање нано структури.