Голограмма — принцип записи и воспроизведения волнового фронта¶
Голограмма — объёмное изображение, воспроизводимое с помощью голографии — метода записи и воспроизведения волнового фронта света (или другого излучения) с сохранением как амплитуды, так и фазы волны. В отличие от фотографии, где фиксируется только интенсивность света, голограмма содержит полную информацию о сцене, что позволяет наблюдать изображение в объёме, менять угол обзора и видеть скрытые за непрозрачными объектами детали.
¶Принцип работы
Голография основана на двух волновых процессах: записи и воспроизведении.
¶Запись голограммы
При записи лазерный луч разделяется на два пучка — объектный и опорный (референсный). Объектный пучок освещает объект, рассеянный от него свет несёт информацию о форме, текстуре и расположении объекта в пространстве. Опорный пучок направляется мимо объекта прямо на фотоматериал. На фотопластине объектный и опорный пучки интерферируют, создавая сложную систему интерференционных полос — микроузорок размером в доли микрометра. Этот узор и есть голограмма. Для записи необходим лазер с высокой когерентностью, так как обычная лампа не даёт стабильной фазовой связи между лучами.
¶Воспроизведение
Для воспроизведения голограмму освещают тем же опорным пучком (или его копией). Дифракция света на интерференционном узоре восстанавливает волновой фронт, идентичный тому, который исходил от объекта. Наблюдатель видит трёхмерное изображение, которое меняет перспективу при движении глаз. Голограмма обладает рядом специфических свойств: если её разрезать на части, каждая фрагмент всё равно содержит изображение всего объекта (с меньшим разрешением и углом обзора).
¶Виды голограмм
| Тип | Особенности |
|---|---|
| Амплитудные | Поглощение света пропорционально амплитуде волны; низкая эффективность дифракции |
| Фазовые | Изменяют фазу света без поглощения; эффективность дифракции в десятки раз выше |
| Отражательные (блестящие) | Воспроизведение в отражённом свете; используются в защитных голограммах на банкнотах и документах |
| Прозрачные (проекционные) | Воспроизведение в проходящем свете; применяются в лазерных дисплеях |
| Цветные | Содержат информацию о трёх длинах волн, воспроизводят полное цветное изображение |
| Голограммы насыщенного типа | Записаны в геометрии Липмана, дают изображение в белом свете |
¶Материалы и носители
Ранние голограммы записывались на фотопластинки с тонким слоем галогенида серебра. В современной практике применяются также полимерные фотоматериалы, бихроматный желатин, фоторезисты и фотореsistивные плёнки. Для массового воспроизведения голограмм используются тиражирование методом тиснения (эмболинг) — нанесение интерференционного узора на полимерную плёнку прессом, что позволяет выпускать защитные голограммы миллионами экземпляров.
¶Применение
¶Защита документов
Наиболее массовое применение голограмм — защита от подделки. Голографические метки наносятся на банкноты, паспорта, водительские удостоверения, акцизные марки, упаковку лекарств и алкогольной продукции. Сложность воспроизведения интерференционного узора без специального оборудования делает их эффективным средством защиты.
¶Наука и техника
Голографические элементы используются в голографической памяти — методе объёмного хранения данных, где информация записывается в объём фотополимера или кристалла. В оптике применяются голограммы компоновки (HOE) — дифракционные оптические элементы, заменяющие линзы и зеркала в лазерных системах, проекторах и очках дополненной реальности.
¶Медицина и промышленность
Голографическая интерферометрия позволяет обнаруживать деформации и напряжения в деталях с точностью до долей микрометра, что применяется при контроле качества в машиностроении и авиации. В медицине голограммы используются для трёхмерной визуализации томографических данных.
¶Искусство и развлечения
Голограмма как художественный приём широко применяется в сценических постановках, музейных экспозициях и рекламе. Известны случаи «воскрешения» умерших музыкантов: в 2012 году на фестивале Coachella была показана голографическая проекция Тупака Шакура, в 2014 году — концертная голограмма Робби Уильямса на стадионе в Лондоне. В России голограммы применяются в музейных интерактивных экспозициях, в частности при реконструкции утраченных экспонатов.
¶Ограничения
Термин «голограмма» часто используется в маркетинге для обозначения объёмных изображений, которые таковыми не являются — например, проекции на полупрозрачные экраны, «вентиляционные» голограммы (Pepper's ghost) или автостереоскопические дисплеи. Настоящая голограмма не требует экрана и воспроизводится в свободном пространстве, но для наблюдения требуется лазерный источник света и, как правило, статичный объект.
Источники:
- Балашов В. А., Попов И. Б. Голография: теория, техника, применение. — М.: Наука, 1995.
- Смит Х. М. Принципы голографии. — М.: Мир, 1973.
- Голом С. Оптическая голография. — М.: Наука, 1982.
- Кубанец Н. А. Голография: учебное пособие. — СПб.: Издательство СПбГУ, 2013.