Характеристика и виды голографии

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Память. Что мы знаем о памяти? Как она работает? Как мы запоминаем все вокруг, узнаем окружающих, и многое другое? Википедия дает нам такое определение: Память -- одна из психических функций и видов умственной деятельности, предназначенная сохранять, накапливать и воспроизводить информацию. По моему мнению, есть всего два вида памяти - это сознательная, когда мы специально запоминаем ту или иную информацию и бессознательная, когда процесс запоминания происходит помимо нашего желания. Например: когда мы знакомимся с незнакомым нам человеком, мы не стараемся запомнить его лицо или манеру разговаривать, все это происходит мимо нашего сознания. При следующей встрече мы бессознательно узнаем ранее виденного нами человека. Это только один из примеров работы нашей памяти. Можно предположить, что процесс запоминания происходит методом создания образа увиденного. Причем создается не только зрительный образ, но и тактильный, и обонятельный. Вид памяти методом создания образа увиденного можно назвать голографической памятью. Термин «голография (полное описание)» появился в 1947 году, его придумал венгерский физик Денис Габор (Denes Gabor). В принципе голография очень близко стоит от того, каким образом мы запоминаем увиденное. Голографическая память дает нам полный зрительный образ объекта, до мельчайших подробностей. Голограмма представляет собой не только научный интерес, как средство изучения человеческой памяти, но и метод создания абсолютных копий объектов. Принцип создания голограммы состоит в том, что на объект направляют источник света, который потом делиться и одна его часть направляется на объект через линзу, а вторая часть, через зеркало. То есть один луч является опорным, а второй отраженным. Наложение этих лучей друг на друга дает интерференционную картину, состоящую из черных линий и точек. Чтоб восстановить картинку достаточно осветить ее таким же лучом. Параллельно с Габором изучением голограмм занимался советский ученый-физик Юрий Николаевич Денисюк. Денисюк получил свою первую голограмму в 1958 году. И хотя метод получения голограммы Денисюком и Габором отличалась, принцип ее получения остался таким же - интерференция. Позднее, в 1962 году Эммет Лейт (Emmett Leith) и Юрис Упатниекс (Juris Upatnieks) получили свою первую голограмму, основываясь не на изучении света, а на изучении радиоволн. В их методе, основой так же являлась интерференция. Голограмма - это набор точек и линий, которые при освещении светом преобразуются в картину. Это открытие привнесло большой вклад в создание накопителей огромного объема. Оказалось, что информацию можно сохранять в большом количестве, если записывать ее под разным углом и большом количестве, и огромного объема. В 1947 году венгерский физик Денис Габор при проведении экспериментов по увеличению разрешающей возможности электронного микроскопа обнаружил возможность фиксирования мельчайших деталей изучаемого тела. Этот метод он назвал «голография» (полное описание). Параллельно с ним пытался создать голограмму советский физик Юрий Николаевич Денисюк. Первую голограмму Денисюк получил в 1958 году. Денисюк и Габор, каждый шел своим путем к получению голограммы. Если голограмма Габора была получена при изучении электронов, то голограмма Денисюка была получена исходя из работ известного французского физика Габриэля Липпмана (Gabriel Lippmann), который изучал фотографию. Метод, позволяющий получать на плоском снимке объёмные изображения, которые можно рассматривать непосредственно глазами, без вспомогательных оптических приспособлений. Метод основан на применении так называемой интегральной пластинки, представляющей собой совокупность маленьких двояковыпуклых линз, располагаемых перед слоем светочувствительной эмульсии. Съёмка объекта интегральной пластинкой производится без какой-либо вспомогательной оптики - каждый линзовый элемент является самостоятельным объективом, формирующим на эмульсии своё микроизображение объекта. Проявленная с обращением и отфиксированная интегральная пластинка просвечивается рассеянным светом со стороны эмульсионного слоя. При этом в области пространства, занятой ранее (при съёмке) объектом, формируется его объёмное (стереоскопическое) изображение. Оно является результатом наложения друг на друга отдельных изображений, возникающих при обратном ходе лучей света через каждый из линзовых элементов. Для такого (интегрального) изображения характерны высокие стереоскопические свойства, игра светотени и бликов, а также разворот самого изображения при оглядывании его с разных сторон.

Массовому применению интегральной Л. ф. препятствуют огромные технические трудности изготовления высококачественных интегральных пластинок. Широкое распространение получили методы, представляющие собой упрощения метода Липмана, например растровая стереофотография и интегральное кино, в котором на стадии проекции изображения используется радиально-растровый стереоэкран, состоящий из конических линзовых элементов.

Метод цветной фотографии, разработанный в 1891 г. Липманом, при котором на многослойную фотопластинку, состоящую из слоя фотографической эмульсии и зеркально отражающего металлического слоя, проецируется световой поток от исходного физического объекта и, после освещения этой проявленной фотопластинки, в результате интерференции световых волн, отразившихся от доменов пластинки, воспроизводится объемное изображение исходного объекта.

Рис. 1. Интегральная фотография по Липману

Предложена Г. Липманом в 1908. Метод, позволяющий получать на плоском снимке объёмные изображения, которые можно рассматривать непосредственно глазами, без вспомогательных оптических приспособлений. Метод основан на применении так называемой интегральной пластинки, представляющей собой совокупность маленьких двояковыпуклых линз, располагаемых перед слоем светочувствительной эмульсии. Массовому применению интегральной Липмановской фотографии препятствуют огромные технические трудности изготовления высококачественных интегральных пластинок. Широкое распространение получили методы, представляющие собой упрощения метода Липмана, например растровая стереофотография и интегральное кино, в котором на стадии проекции изображения используется радиально-растровый стереоэкран, состоящий из конических линзовых элементов. Один и вариантов идеи Липмана воплотил японский Национальный институт информационных и коммуникационных технологий, разработав 3D микролинзовый дисплей в форме куба, названый, в последствии, gCubik.

Рис. 2. Голография

голограмма интегральный лазерный фотопластинка

Денисюк первый получил голограмму, которую можно было увидеть при освещении обычным белым светом. Развитие голографии двигалось очень медленно до появления в 1960 году лазера. С появлением лазера появилась возможность получить более точные характеристики исследуемого объекта. Совершенно независимо от Денисюка после появления лазеров начали исследования в области голографии Эммет Лейт (Emmett Leith) и Юрис Упатниекс (Juris Upatnieks), Первая 3D-голограмма была записана Юрием Денисюком в Советском Союзе в 1962 г.

А позднее в том же году -- Эмметом Лейтом и Юрисом Упатниксом в Мичиганском университете в США (University of Michigan, USA). Они ранее специализировались в области радиофизики, и им было легко почувствовать принципиальную общность между идеями Габора и некоторыми методами, давно применяемыми в радиотехнике. Поэтому, несомненно, они смогли предвидеть чрезвычайно широкие возможности, открываемые перед голографией применением лазеров. Радиопередатчик излучает в пространство радиоволны вполне определенной частоты. Они в высшей степени когерентны. Но в таком виде радиоволны несут предельный минимум информации. Приняв их, можно лишь узнать, что передатчик включен, измерить его частоту и определить местонахождение. Для того чтобы передать по радио какую-нибудь информацию, необходимо нарушить неизменность радиоволн, вплести в них информацию, подлежащую передаче. Для этого можно изменять амплитуду, частоту или фазу волны. Эта процедура называется модуляцией - амплитудной, частотной или фазовой соответственно. Саму радиоволну, над которой проводятся эти процедуры, радисты называют несущей. Для того чтобы в месте приема извлечь из модулированной несущей информацию, которую она несет, необходимо провести операцию, обратную модуляции, - демодуляцию. В результате образуются сигналы, при помощи которых можно на экране телевизора восстановить передаваемые изображения или при помощи громкоговорителя восстановить переданный звук. Одним из простейших методов, теперь почти не применяемых в радиотехнике, является гетеродинный прием. Модулированная несущая смешивается в приемнике с сигналом местного гетеродина. Этот опорный сигнал в точности совпадает по частоте с сигналом передатчика. Простое устройство вычитает его из принимаемого. В разности остается то, что было внесено в несущую в процессе модуляции. Остается информация, передача которой и является целью радиосвязи. Лейт и Упатниекс поняли, что применение лазера позволяет реализовать идеи Габора совершенно аналогичным путем. Свет лазера, обладающий высокой степенью когерентности, играет роль несущей. При рассеянии света от объекта строгое постоянство лазерных волн нарушается. Это не что иное, как модуляция. Отдельные точки объекта по-разному воздействуют на амплитуду и фазу соответствующего участка волны. Каждая точка объекта превращает упавшую на нее часть волны в разбегающуюся сферическую волну, несущую в себе информацию об оптических свойствах этой точки поверхности объекта. Вся система разбегающихся от объекта волн содержит в себе наиболее полную, из возможной оптической, информацию об объекте. Если часть этих волн попадает в глаз, мы видим объект. Лейт и Упатниекс поставили перед собой задачу зафиксировать на фотоэмульсии всю информацию, заключенную в свете лазера, рассеянном, объектом. Они поставили фотопластинку так, чтобы на нее падала часть рассеянных волн, и при помощи зеркала направили на нее пучок света непосредственно от лазера. По аналогии с радиотехникой они назвали пучок опорным. В процессе взаимодействия волны, пришедшей от объекта, и опорной волны метод Лейта и Упатииекса ни в чем не отличается от метода Денисюка. В той части пространства, в которой опорный пучок света налагается на рассеянный, возникает система стоячих волн. Стоячие волны воспринимают всю модуляцию, вносимую объектом в падающий на него свет. Таким путем полная информация об объекте переносится в стоячую волну. Но так как в каждую точку пространства попадают рассеянные волны от каждой из точек поверхности объекта, эта информация запечатлевается в любой топке стоячей волны. В том числе она фиксируется в каждой точке фотопластинки, помещенной там, где на нее может одновременно действовать и свет, рассеянный объектом, и опорный пучок.

Коренное отличие от метода Денисюка обнаруживается на стадии взаимодействия света с фотопластинкой. Лейт и Упатниекс, как и Габор, пользовались пластинками, покрытыми тонкослойной эмульсией. Поэтому на их пластинках не могли одновременно поместиться несколько пучностей стоячей волны. В них не получалось ничего похожего на многослойный оптический фильтр, позволявший Денисюку восстанавливать изображение при помощи белого света.

Тонкослойная эмульсия пересекает систему стоячих волн, как пила древесный ствол, обнаруживая скрытую, а систему годичных колец. В результате на эмульсии возникает сложный узор, в котором и заключена вся информация. Разница в толщине слоя фотоэмульсии привела, таким образом, к существенному различию в структуре голограммы, и это, конечно, сказалось на стадии восстановления изображения.

Лейт и Упатниекс должны были освещать полученную ими голограмму светом лазера, который выполнял ту же функцию, что гетеродинный сигнал в радиоприемнике. Пройдя через голограмму, свет оказывается промоделированным. Он воспринимает всю информацию, заключенную в голограмме. Смотря сквозь голограмму, можно увидеть, как и по методу Денисюка, объемное изображение объекта, как бы висящее в воздухе за голограммой. Возникают все эффекты, с которыми мы уже знакомы, но в отличие от предыдущего цвет изображения совпадает не с окраской объекта, а с цветом лучей лазера.

Существеннейшее отличие плоской голограммы от объемной проявится при попытке воспользоваться для восстановления изображения белым светом. Объемная голограмма Денисюка, действующая подобно многослойному интерференционному фильтру, отбирает из белого света ту длину волны, при помощи которой была получена голограмма, так что воспроизводимое изображение имеет точно тот же цвет. Плоская голограмма состоит из одного слоя, заполненного точками и линиями, образовавшимися в результате разреза плоскостью фотоэмульсии пространства, заполненного стоячей волной. Она не может справиться с этой задачей. При освещении белым светом она не даст ровно ничего.

Плоская голограмма, так же как объемная, содержит полную информацию о форме объекта, но в отличие от объемной голограммы плоская голограмма не содержит информации о цвете объекта.

Размещено на Allbest.ru