Голограмма — оптический метод записи трёхмерного изображения¶
Голограмма — это оптический метод записи и воспроизведения изображения с использованием интерференции световых волн, позволяющий получить объёмное изображение объекта, наблюдаемое с разных сторон. В отличие от фотографии, которая фиксирует только интенсивность света, голограмма сохраняет и фазовую информацию световой волны, что и обеспечивает эффект трёхмерности. Термин происходит от греческих слов holos («целое») и gramma («письмо», «запись») — буквально «полная запись».
¶Принцип работы
Голограмма создаётся в два этапа: запись и восстановление изображения.
¶Запись
Лазерный луч разделяется на два: объектный, освещающий записываемый предмет, и опорный (референсный). Свет, рассеянный объектом, и опорный луч встречаются на фотопластинке или фотоплёнке, образуя сложную интерференционную картину. Эта картина — совокупность тысяч тончайших полос — и есть голограмма. Она не похожа на изображение объекта: при рассматривании невооружённым глазом это выглядит как пятна и полоски.
¶Восстановление
При освещении голограммы тем же опорным лучом (или его точной копией) свет дифрагирует на интерференционной структуре и восстанавливается волновая фронтовая поверхность, идентичная той, которая исходила от объекта. Глаз наблюдателя видит изображение, которое выглядит объёмным: при перемещении головы можно разглядеть объект сбоку, как будто он присутствует физически. Это принципиальное отличие от стереоскопических изображений, где каждому глазу подаётся свой ракурс, но смена ракурса при движении невозможна.
¶Виды голограмм
| Тип | Особенности |
|---|---|
| Отражательные (белым светом) | Восстанавливаются обычным источником света, чаще всего используются в декоративных целях и защищённой печати |
| Прозрачные (лазерным светом) | Требуют лазерного источника для восстановления, дают наиболее качественное изображение |
| Цветные | Записываются тремя лазерами (красный, зелёный, синий), воспроизводят естественные цвета |
| Кинематографические | Последовательность голограмм, создающая движущееся объёмное изображение |
| Цифровые | Записываются и восстанавливаются с помощью компьютера и специальных дисплеев |
¶Применение
Основные сферы использования голограмм:
- Защита документов и продукции. Голограммные метки наносятся на банкноты, кредитные карты, удостоверения личности, упаковку лекарств и алкоголя. Сложность изготовления делает их эффективным средством против подделок. В России голограммы применяются на государственных знаках, акцизных марках и защищённой полиграфической продукции.
- Научные исследования. Голрафическая интерферометрия используется для измерения микродеформаций, вибраций и течений — метод позволяет фиксировать изменения порядка долей микрометра.
- Медицина. Голограммы применяются в микроскопии для увеличения глубины резкости и в стоматологии для планирования операций.
- Искусство и музейное дело. Объёмные голограммы позволяют воспроизводить артефакты, экспонаты и объекты, недоступные для прямого показа.
- Реклама и развлечения. Голограммные проекции используются на сценах, в витринах и на мероприятиях.
¶Голограмма и голографическая проекция
В бытовой речи словом «голограмма» часто называют трёхмерные проекции в воздухе — на концертах, выставках, в рекламе. Строго говоря, большинство таких шоу являются либо проекциями на полупрозрачные поверхности (так называемый «призрачный эффект Пепперсгоуза»), либо стереоскопическими изображениями на специальных экранах. Настоящая голограмма, воспроизводимая в воздухе без экрана, на 2020-е годы остаётся предметом лабораторных исследований: создаются прототипы на основе наноструктур и ультразвука, но массового применения они пока не получили.
¶Ограничения
Классическая голограмма имеет ряд недостатков: для записи требуется лазер и вибростойкая оптическая система, изображение часто имеет ограниченный ракурс обзора, а цветопередача — смещения. Разработка цифровых и компьютерных голограмм направлена на преодоление этих ограничений, однако полностью объёмные дисплеи, работающие в реальном времени, на 2020-е годы остаются дорогостоящими и малодоступными.
¶История
Метод был предложен венгерско-британским физиком Деннисом Габором в 1947 году, за что он получил Нобелевскую премию по физике в 1971-м. Однако первые голограммы получались в монохромном свете и были крайне нечёткими. Перелом наступил в начале 1960-х годов после изобретения лазера — Эмметт Лит и Юрий Денисюк независимо друг от друга создали качественные голограммы. В СССР значительный вклад в развитие голографии внесли Юрий Денисюк, Виктор Дьяконов и Юрий Островский.
Источники:
- Габор Д. «Голограмма», 1972
- Дьяконов В. П. «Голограмма и её запись», М.: Знание
- Смит Г. «Принципы голографии», пер. с англ.
- Британский энциклопедический словарь, статья «Holography»