Rezumat holografie

1 Principii fizice
2 surse de lumină
3 Istoria holografiei
4 Schema de înregistrare Layt-Upatnieks
5 Schema de înregistrare Denisyuk
6 Medii de înregistrare
- 6.1 Materiale fotografice din argint cu halogen
- 6.2 Cristale fotochromice
  - 6.2.1 KCI
- 6.3 Cristale feroelectrice
- 6.4 Materiale fotopolimerice holografice
notițe
literatură

Holografia - un set de tehnologii pentru înregistrarea, reproducerea și reformarea corectă a câmpurilor de undă.

Această metodă a fost propusă în 1947 godu [1] Dennis Gabor, termenul alias hologramă a introdus [2] și a primit „pentru invenția și dezvoltarea principiului holografic“ Premiul Nobel pentru fizică în 1971, [3].

Două holograme făcute de SP Vorobyov conform metodei lui Denisyuk, reconstruite de lumina unei lămpi cu halogen

1. Principii fizice

Atunci când într-o anumită zonă a spațiului sunt adăugate mai multe valuri electromagnetice, ale căror frecvențe coincid cu un grad foarte ridicat de precizie, interferența are loc. Atunci când se înregistrează holograma, două valuri sunt pliate într-o anumită regiune a spațiului, una dintre care merge direct de la sursa (unda de referință), iar cealaltă este reflectată de înregistrarea obiectului (unda obiect). În aceeași zonă este plasată o placă fotografică (sau un material de înregistrare) la această placă o imagine complexă întunecarea benzi care corespund distribuției energiei electromagnetice (model de interferență) în acest spațiu. Dacă acum această placă este iluminată de un val aproape de cel de referință, atunci aceasta transformă acest val într-un val aproape de undă obiect. Astfel, vom vedea (cu un anumit grad de precizie) aceeași lumină care ar fi reflectată de obiectul de înregistrare.

2. Surse de lumină

O hologramă este o înregistrare a tipului de interferență, este important ca lungimea de undă (frecvența) a grinzilor obiect și de referință să coincidă cât mai precis unul cu celălalt, iar diferența lor de fază nu se modifică pe parcursul timpului de înregistrare (în caz contrar nu vor fi înregistrate pe modelul de interferență clară înregistrare). Prin urmare, sursele de lumină trebuie să emită radiații electromagnetice cu o lungime de undă foarte stabil suficient pentru înregistrarea domeniului de timp.

O sursă extrem de convenabilă de lumină este un laser. Înainte de inventarea laserelor, holografia practic nu sa dezvoltat (în loc de laser, liniile foarte înguste s-au folosit în spectrul de emisii al lămpilor cu descărcare în gaz, ceea ce face ca experimentul să fie foarte dificil). Până în prezent, holografia prezintă una dintre cele mai stricte cerințe pentru coerența laserului.

In majoritatea cazurilor, coerența este caracterizat de obicei o lungime de coerență - a diferenței cale optică a celor două valuri, la care contrastul modelul de interferență este redus la jumătate comparativ cu modelul de interferență care da unda a trecut de la sursa la aceeași distanță. Pentru diverse cu laser lungime coerenta poate varia de la fracțiuni de milimetru (lasere puternice destinate pentru sudare, tăiere și alte aplicații mai puțin solicitante pentru acest parametru) la sute sau mai mulți metri (o, așa-numitele lasere speciale cu o singură frecvență).

3. Istoria holografiei

Prima hologramă a fost obținută în 1947 (cu mult înainte de inventarea laserelor) de Dennis Gabor în timpul experimentelor pentru creșterea rezoluției unui microscop electronic. De asemenea, el a venit cu cuvântul "holografie", prin care a subliniat înregistrarea completă a proprietăților optice ale obiectului. Din păcate, hologramele sale erau de slabă calitate. Obținerea unei holograme calitative fără o sursă de lumină coerentă este imposibilă.

După crearea unui roșu rubin (lungime de undă de 694 nm, în impulsuri) și heliu-neon la 1960 godu (lungime de undă 633 nm, funcționează continuu) lasere, holografie a început să evolueze viguros.

În 1962, a fost elaborat un sistem clasic pentru înregistrarea hologramelor de către Institutul de Tehnologie din Michigan (holograma Leita-Upatnieks) de către Emmett Leith și Juris Upatnieks [4]. în care sunt înregistrate hologramele de transmisie (când holograma este reconstruită, lumina trece prin placa fotografică, deși în practică o parte a luminii din ea este reflectată și creează, de asemenea, o imagine vizibilă din partea opusă).

În 1967, primul portret holografic a fost înregistrat cu un laser rubinic.

Ca urmare a unei lungi lucrări în 1968, Yuri Nikolaevich Denisyuk a primit de înaltă calitate (înainte de această dată, lipsa materialelor fotografice necesare a împiedicat obținerea de înaltă calitate) holograme care au restaurat imaginea, reflectând lumina alba. Pentru a face acest lucru, ei și-au dezvoltat propriul sistem de înregistrare a hologramelor. Această schemă este denumită schema Denisyuk, iar hologramele obținute cu aceasta se numesc holograme ale lui Denisyuk.

În 1977, Lloyd Cross a creat o așa numită hologramă multiplexă. Este fundamental diferită de toate celelalte hologramele prin aceea că ea constă dintr-o multitudine de (zeci la sute) de unghiuri plane individuale, vizibile din unghiuri diferite. Această holograma este, desigur, nu conține informații complete cu privire la obiectul, în plus, are de obicei nici o paralaxă verticală (de exemplu, nu te poți uita la obiectul de sus și de jos), dar mărimea subiectului care este înregistrată nu este limitată la lungimea coerenței cu laser (care depășește rar de câțiva metri și, cel mai adesea, de doar câteva zeci de centimetri) și dimensiunea plăcii fotografice. În plus, este posibilă crearea unei holograme multiplex a unui obiect care nu există deloc! De exemplu, desenarea unui obiect fictiv dintr-o varietate de unghiuri diferite. Multiplex Holografie este superior tuturor celorlalte metode de a crea imagini tridimensionale pe baza unghiurilor individuale (de exemplu, rastere lentile), dar este încă departe de metodele tradiționale de realism holografie.

4. Schema de înregistrare Layt-Upatnieks

În această schemă de înregistrare [5], fasciculul laser este împărțit printr-un dispozitiv special, un separator (în cel mai simplu caz, orice bucată de sticlă poate acționa ca un divizor), cu două. După aceea, razele cu ajutorul lentilelor se extind și cu ajutorul oglinzilor se îndreaptă spre obiect și spre mediul de înregistrare (de exemplu, o placă fotografică). Ambele valuri (obiect și referință) intră pe placă pe o parte. Cu această schemă de înregistrare se formează o hologramă transmisivă, care necesită pentru reconstrucția sa o sursă de lumină cu aceeași lungime de undă la care sa realizat înregistrarea, în mod ideal printr-un laser.

5. Schema de înregistrare Denisyuk

În 1962, fizicianul sovietic Iuri N. Denisyuk a propus o metodă promițătoare de holografie cu înregistrare în medii tridimensionale. [6] În această schemă, fasciculul laser este extins printr-o lentilă și îndreptate placă fotografică oglindă. Partea razei care a trecut prin ea luminează obiectul. Lumina reflectată de obiect formează un val de obiect. După cum se poate observa, incidentul undele obiect și de referință pe placa cu diferite laturi (ex. N. O diagrama ciocnească grinzi). În această schemă, holograma de reflexie este înregistrată, care taie independent spectrul continuu al regiunii înguste (e) și reflectă numai lui (deci care acționează ca un filtru). Cu această imagine hologramă poate fi văzută într-o lumină albă obișnuită a soarelui sau de o lampă (vezi. Ilustrarea la începutul articolului). Inițial holograma taie lungimea de undă la care a fost înregistrată (cu toate acestea, în timpul prelucrării și depozitării hologramei, emulsia poate varia în grosime, schimbându-și lungimea de undă, astfel), care pot înregistra pe o placă trei holograma a obiectului în lasere roșu, verde și albastru , rezultând o hologramă unică, care este aproape imposibil de distins de obiectul în sine.

Această schemă este diferită simplitate extremă și în cazul unui laser semiconductor (având o dimensiune extrem de mică și de autorizare a fasciculului divergente, fără utilizarea de lentile) pot fi reduse la un singur laser și o bază pe care este fixat laser, placa și obiectul. Aceste scheme sunt folosite la înregistrarea hologramelor amatori.

6. Medii de înregistrare

Holografia este extrem de solicitantă pentru rezolvarea materialelor fotografice. Distanța dintre cele două maxime ale tipului de interferență de același ordin ca și lungimea de undă a laserului, în timp ce acesta din urmă este adesea 632,8 nm pentru un laser He-Ne, 532 nm laser neodim doua armonică 514 nm și 488 nm pentru laserul argon. Astfel, această valoare este de ordinul a 0.0005 mm. Pentru a obține o imagine clară a tipului de interferență, a luat mediu de înregistrare cu o rezoluție de până la 6000 de linii pe milimetru (schema de înregistrare pentru coliziunea grinzi cu unghi de convergență fascicul 180 °).

Mediile de înregistrare sunt împărțite între cele plate (bidimensionale) și cele tridimensionale (groase). Pentru clasificare, se utilizează un parametru, care este uneori menționat în literatură drept criteriul Klein:

unde λ este lungimea de undă; d este grosimea stratului; n este indicele mediu de refracție al stratului; Λ este distanța dintre planurile de interferență.

Hologramele volumetrice (groase) sunt cele cu Q> 10. În schimb, o hologramă este considerată subțire (plat) atunci când Q <1.

6.1. Materiale fotografice din materiale de argint și argintiu

Principalul material fotografic pentru înregistrarea hologramelor sunt plăcile fotografice speciale, bazate pe bromura de argint tradițională. Datorită aditivilor speciali și a mecanismului de afișare speciale nu a reușit să ajungă la rezoluția de mai mult de 5000 de linii pe milimetru, dar există un preț extrem de sensibilitate scăzută a plăcii și o gamă spectrală îngustă (doar captat de radiație laser). Sensibilitatea plăcilor este atât de scăzută încât poate fi expusă timp de câteva secunde sub lumina directă a soarelui, fără riscul expunerii.

În plus, uneori folosit plăci fotografice pe bază de gelatină dichromated, care au o rezoluție mai mare, vă permite să înregistreze holograme foarte luminos (până la 90% din lumina incidență este transformată într-o imagine), dar ele sunt încă mai puțin sensibile, în plus, ele sunt sensibile numai în unde scurte (albastru și, într-o măsură mai mică, părțile verzi ale spectrului).

În Rusia, o mare producție industrială (cu excepția unui număr mic de mici) de plăci fotografice pentru holografie este realizată de compania rusă Slavich.

Unele scheme de înregistrare fac posibilă scrierea pe plăci cu rezoluție mai mică, chiar și pe filme convenționale cu o rezoluție de aproximativ 100 de linii pe milimetru, dar aceste scheme au o mulțime de limitări și nu oferă o imagine de înaltă calitate.

6.2. Cristale fotochromice

Împreună cu mediile de hârtie-argint cu granulație fină fotografică, se folosesc așa-numitele medii fotochromice care schimbă spectrul de absorbție sub influența luminii de înregistrare.

6.2.1. KCI

Unul dintre cele mai eficiente dintre cristalele fotochromice sunt cristalele de halogenuri alcaline, dintre care cele mai bune rezultate s-au obținut pe cristale de clorură de potasiu (KCI) colorate aditiv. Hologramele înregistrate pe astfel de cristale ajung la 40% din eficiența de difracție relativă la un nivel teoretic posibil de 60% în acest mediu. În acest caz, holograma în materialul este foarte gros (până la câțiva milimetri grosime, și se poate ajunge la câțiva centimetri, în principiu). înregistrare holografică în cristale de KCl colorate bazate pe aditiv conversia fototermică F-X a centrelor de culoare, adică efectiv posturile vacante anionice singur coaguleze în formarea clusterului mai mare de zeci de nanometri in dimensiune. Înregistrarea holografică în astfel de cristale este reversibilă (reversibilă) și foarte stabilă în timp [7].

Înregistrarea holografică este posibilă și prin doparea cristalelor cu o impuritate adecvată. Posibilitatea de a utiliza în acest scop efectul compensării influenței impusă AO KCl cation (Ca ++) și anionici (ioni OH -) impurități în procesul de conversie fototermica F-centre. Se demonstrează că, la acest maxim, curățarea la maximum a benzii de absorbție a centrului F ajunge la 90% și nu este însoțită de formarea de centre care determină absorbția în regiunea vizibilă a spectrului. Pentru acest efect a fost elaborat un mecanism bazat pe reacțiile fotochimice, produsele finale ale cărora absorb în domeniul UV. Este dovedit faptul că un rol-cheie în acest fenomen divacancies joacă și complexe de Ca ++ (OH -) 2 - cation post vacant. Pe baza rezultatelor obținute fotocromice a dezvoltat un nou sistem de formare a holograme bazate pe efectul compensării influenței cationic și a impurităților anionici [8].

6.3. Cristale feroelectrice

În înregistrarea holografică, cristalele feroelectrice sunt de asemenea utilizate pe scară largă ca mediu de înregistrare. Practic, acest niobat de litiu este LiNbO3. Fenomenul modificării indexului de refracție datorat acțiunii luminii este cauzat de efectul electro-optic. La înregistrarea hologramelor, cristalele feroelectrice au aceleași avantaje ca și materialele fotochimice. În plus, după mai multe cicluri de "ștergere de scriere", nu se observă efect de oboseală. Deoarece hologramele rezultate sunt faze, eficiența lor de difracție poate fi cu un ordin de mărime mai mare decât pentru hologramele pe materiale fotocromice.

Cu toate acestea, aceste cristale au dezavantaje inerente materialelor fotochromice. Principala problemă în acest caz este instabilitatea hologramei, care nu este fixată în contrast cu fotografiile convenționale. O altă dificultate este valoarea scăzută a sensibilității holografice. [9]

6.4. Materiale fotopolimerice holografice

In ultimii ani, intens dezvoltate mediu de înregistrare pe baza materialelor fotopolimerice holografice dintr-un amestec multicomponent de substanțe organice depozitate sub forma unui film amorf de 10-150 microni pe un substrat de sticlă sau film. filme fotopolimer sunt mai puțin costisitoare decât cristalele de litiu niobat sunt mai puțin voluminoase și sunt, în esență mare valoare a schimbării indicelui de refracție, ceea ce conduce la valori mari ale eficienței de difracție și cu atât mai mare luminozitatea hologramei. Cu toate acestea, pe de altă niobat mână litiu, datorită grosimii sale, este capabil să stocheze cantități mari de informații decât filmul fotopolimer sunt o grosime limitată.

Deoarece fotopolimerii nu au o structură granulară, rezoluția unui astfel de material este suficientă pentru înregistrarea super-densă a informațiilor. Sensibilitatea fotopolymerului este comparabilă cu sensibilitatea cristalelor fotochromice. Hologramele înregistrate sunt faze, ceea ce permite obținerea unei eficiențe ridicate a difracției. Astfel de materiale permit stocarea informațiilor pentru o lungă perioadă de timp, sunt rezistente la temperaturi și, de asemenea, au caracteristici optice îmbunătățite. [10]