Absztrakt holográfia
-
bevezetés
- 1 Fizikai elvek
- 2 Fényforrások
- 3 Holográfia története
- 4 Layt-Upatnieks felvételi rendszer
- 5 A Denisyuk felvételének rendszere
- 6 Adathordozók
- 6.1 Halogén ezüst fényképészeti anyagok
- 6.2 Fénykristályos kristályok
- 6.2.1 KCl
- 6.3 Ferroelektromos kristályok
- 6.4 Holografikus fotopolimer anyagok
irodalom
Holográfia (dr.-görög ὅλος - teljes + γραφή - ír) - olyan technológiák halmaza, amelyek lehetővé teszik a hullámterek pontos rögzítését, reprodukálását és átalakítását.
Ezt a módszert 1947-ben javasolta Dennis Gabor [1], aki szintén bevezette a hologram kifejezést [2], és 1971-ben megkapta a Nobel-díjat a fizikában [3].
Két hologram készült SP Vorobyov szerint a módszer a Denisyuk, rekonstruált a fény a halogén lámpa
1. Fizikai elvek
Ha valamilyen térben több elektromágneses hullámot adnak hozzá, amelyek frekvenciái nagyon nagy pontossággal egyeznek meg, interferencia lép fel. Ha egy hologramot rögzítünk, egy bizonyos térterületen két hullámot hajtunk végre: egyikük közvetlenül a forrásból (referencia hullám), a másik pedig a felvételi objektumból (objektum hullám). Ebben ugyanazon a területen van elhelyezve fényképészeti lemezen (vagy rögzítési anyag), hogy ez a lemez egy összetett képet sötétedő sávok, amelyek megfelelnek az elosztó elektromágneses energia (interferencia minta) ebben a térben. Ha most ezt a lemezt egy referenciához közeli hullám megvilágítja, akkor ezt a hullámot az objektum hullámához közeli hullámgá alakítja át. Így (bizonyos fokú pontossággal) ugyanazt a fényt fogjuk látni, amely a felvételi objektumban tükröződik.
2. Fényforrások
A hologram egy felvételt a interferencia minta, fontos, hogy a hullámhossz (frekvencia) a tárgy és referencia nyalábok legpontosabban egymással egybeesnek, és azok fáziskülönbség alatt nem változik a felvételi időt (egyébként nem kell rögzíteni a rekord egyértelmű interferencia minta). Ezért a fényforrásoknak elégséges hullámhosszú elektromágneses sugárzást kell biztosítani elegendő felvételi időtartományban.
Egy rendkívül kényelmes fényforrás lézer. A lézerek találmánya előtt gyakorlatilag nem alakult ki a holográfia (a lézer helyett nagyon keskeny vonalakat használtak a gázkisüléses lámpák emissziós spektrumában, ami a kísérletet nagyon nehézzé teszi). A holográfia a mai napig az egyik legszigorúbb követelmény a lézerek koherenciájára.
A legtöbb esetben, a koherencia általában az jellemzi, koherencia hossza - az optikai út különbsége a két hullám, amelynél a kontrasztot az interferencia mintázat a felére csökken, összehasonlítva a interferencia minta amely hullám telt a forrástól az azonos távolságra. Különböző lézer koherencia hossz terjedhet frakciói milliméter (erős lézerek szánt hegesztés, vágás és egyéb alkalmazások kevésbé igényes erre paraméter) a több száz vagy több méter (egy speciális, úgynevezett egyetlen frekvenciával lézerek).
3. Holográfia története
Az első hologramot Dennis Gabor 1947-ben (jóval a lézerek találmánya előtt) szerezte olyan kísérletekben, amelyek növelik az elektronmikroszkóp felbontását. A "holográfia" szót is felvetette, amellyel hangsúlyozta az objektum optikai tulajdonságainak teljes nyilvántartását. Sajnos a hologramjai rossz minőségűek voltak. A koherens fényforrás nélküli minőségi hologram elérése lehetetlen.
Miután létrehozása rubinvörös (hullámhossza 694 nm pulzáló) és hélium-neon 1960 godu (hullámhossz 633 nm, folyamatosan működik) lézerek, holográfia kezdett fejlődni erőteljesen.
1962-ben klasszikus sémát fejlesztettek ki hologramok felvételére Emmett Leith és Juris Upatnieks a Michigan Technological Institute-től (Leighta Upatnieks hologram) [4]. amelyben az átviteli hologramokat rögzítik (amikor a hologramot rekonstruálják, a fényt a fényképezőlemezen keresztül áteresztik, bár a gyakorlatban a megvilágított fény egy része tükröződik, és az ellenkező oldalon látható képet hoz létre).
1967-ben az első holografikus portrét rubin lézerrel rögzítették.
Ennek eredményeként, hosszú távú munka 1968-ban Jurij N. Denisyuk kapott magas minőségű (akár abban az időben, ennek hiányában a szükséges fényképészeti megakadályozza megszerzése magas minőségű) hologram hogy újra a képet, ami a fehér fény. Ehhez kidolgozták saját hologramok felvételére szolgáló rendszert. Ezt a rendszert Denisyuk-rendszernek nevezik, és az ehhez kapott hologramokat Denisyuk hologramjainak nevezik.
1977-ben a Lloyd Cross egy úgynevezett multiplex hologramot hozott létre. Alapvetően különbözik az összes többi hologramtól, mivel egy különálló síkszögből álló, különböző szögből látható szettből (tízesből több százra) áll. Ezt a hologramot, természetesen, nem tartalmaz minden információt a tárgyról, ráadásul általában nincs függőleges parallaxis (azaz nem tudja nézni a tárgyat felülről és alulról), de a tárgy méretének rögzítése nem korlátozódik a hossza a lézer koherencia (ami ritkán haladja meg a több méter, és leggyakrabban csak néhány tucat centiméter) és a fotótábla mérete. Ezenkívül lehetőség van egy olyan objektum multiplex hologramának létrehozására, amely egyáltalán nem létezik! Például egy fiktív objektum rajzolása különböző szögekből. Multiplex holográfia felülmúlja minden más módszer létrehozásának háromdimenziós kép alapján az egyes szögek (például lencse raszterek), de még mindig messze a hagyományos módszerek a holográfia realizmus.
4. Layt-Upatniekses felvételi rendszer
Ebben a felvételi sémában [5] a lézersugarat egy speciális eszközzel osztják el, osztó (a legegyszerűbb esetben bármely üvegdarab oszcillátorként működik), kettővel. Ezután a lencse segítségével a sugarak tágulnak, és a tükrök segítségével a tárgyra és a rögzítési közegre (pl. Fényképes lemezre) irányulnak. Mindkét hullám (tárgy és referencia) az egyik oldalon lévő lemezre esik. Ezzel a felvételi sémával egy transzmissziós hologram jön létre, amely a rekonstrukcióhoz egy fényforrást igényel, amelynek azonos hullámhosszúsága van a felvétel készítésénél, ideális esetben lézerrel.
5. Denisyuk felvételének rendszere
1962-ben a szovjet fizikus Jurij N. Denisyuk javasolt ígéretes módszer a holográfia rögzítésével háromdimenziós környezetben. [6] Ebben a rendszerben a lézersugarat egy lencse bővíti és tükörrel irányítja egy fényképes lemezre. A rájuk áthaladó része megvilágítja az objektumot. Az objektumból visszaverődő fény objektumhullámot képez. Amint látható, az objektum és a referencia hullámok különböző oldalakon vannak a lemezen (úgynevezett ütköző gerendák). Ebben a rendszerben, tükrözve hologramot, amely egymástól függetlenül csökkenti a folytonos spektrum a keskeny régió (k), és tükrözi, csak az ő (így jár, mint egy szűrő). Ennek következtében a hologram képét a nap tavaszi fehér fényében vagy lámpájában láthatja (lásd a cikk elején található illusztrációt). Kezdetben hologram elvágja a hullámhosszon, amelyen rögzítésre került (azonban, eljárás és tárolás során a hologram, az emulzió vastagsága változhat, és így a változó és hullámhossz), amely rögzíti az egyik lemez három hologram a tárgy vörös, zöld és kék lézerek , ami egyetlen színhologramot eredményez, amelyet szinte lehetetlen megkülönböztetni az objektumtól.
Ez a rendszer különbözik végletes egyszerűséget és abban az esetben, egy félvezető lézer (amelynek egy rendkívül kis mérete és engedélyező széttartó sugár alkalmazása nélkül lencsék) lehet csökkenteni, hogy csak egy lézert és egy alap, amelyre a lézer van rögzítve, a lemez és a tárgy. Az amatőr hologramok rögzítésekor ezeket a rendszereket használják.
6. Regisztrációs média
A holográfia rendkívül igényes a fényképészeti anyagok felbontásában. A távolság a két maximuma a beavatkozás minta ugyanolyan nagyságrendű, mint a lézer hullámhosszát, míg az utóbbi gyakran 632,8 nm a He-Ne lézer, 532 nm-nél neodímium lézeres második harmonikus 514 nm-nél és 488 nm-en az argon lézerrel. Így ez az érték 0,0005 mm-es. Ahhoz, hogy tiszta képet az interferencia mintázat, azt adathordozó egy felbontása akár 6000 vonalak per milliméter (a rögzítési rendszer az ütközést gerendák gerenda konvergencia szög 180 °).
A felvételi adathordozókat sík (kétdimenziós) és háromdimenziós (vastag) egységekre osztják. A besoroláshoz egy paramétert használnak, amelyet néha Klein kritériumként a szakirodalomban említenek:
ahol λ a hullámhossz; d a réteg vastagsága; n a réteg átlagos törésmutatója; Λ az interferencia síkok közötti távolság.
A térfogatméretű (vastag) hologramok azok, amelyeknek Q> 10. Fordított módon a hologramot vékonynak (laposnak) tekintjük, ha Q <1.
6.1. Halogén-ezüst fényképészeti anyagok
A hologramok felvételének fő fotográfiai anyaga a hagyományos ezüst-bromidra épülő speciális fotólap. Mivel a speciális adalékok és speciális kijelző mechanizmus nem érte el a felbontása több mint 5000 sor per milliméter, de van egy ár rendkívül alacsony érzékenységű, a lemez és a keskeny spektrális tartományban (csak felkapott lézeres sugárzás). A lemezek érzékenysége annyira alacsony, hogy néhány másodpercig közvetlen napsütésnek kitéve expozíció veszélye nélkül.
Ezen kívül néha fotografikus lemezek alapján dichromated zselatin, mely még nagyobb felbontás, felvehetjük nagyon fényes hologram (akár 90% beeső fény átalakul egy kép), de még mindig kevésbé érzékenyek, sőt érzékenyek csak a rövidhullámú (kék és kisebb mértékben a spektrum zöld részei).
Oroszországban az orosz Slavich cég nagy ipari (kivéve néhány kisebb) fotográfiai lemezhalmozást produkál.
Egyes felvételi rendszerek lehetővé teszik a kisebb felbontású lemezeken történő írást akár a 100 mm / milliméteres felbontású hagyományos filmek esetében is, de ezeknek a rendszereknek sok korlátja van, és nem nyújtanak kiváló minőségű képet.
6.2. Fotokróm kristályok
A fénykép finomszemcsés halogén-ezüst-médiumokkal együtt úgynevezett fotokróm médiumokat használnak, amelyek megváltoztatják az abszorpciós spektrumot a felvételi fény hatására.
6.2.1. KCI
Az egyik leghatékonyabb a fotochromikus kristályok között alkálifém-halogenid kristályok, amelyek közül a legjobb eredményeket az additíven festett kálium-klorid (KCl) kristályokból nyerik. Az ilyen kristályokra rögzített hologramok eléri a relatív diffrakciós hatékonyság 40% -át elméletileg lehetséges 60% -ban ebben a közegben. Ebben az esetben a hologramok ebben az anyagban nagyon vastagok (legfeljebb néhány milliméter vastagságúak és elvileg centiméter egységeket érhetnek el). Az additíven megfestett KCl-kristályok holografikus rekordja a fototermikus F-X színközpont-transzformáción alapul, vagyis az egyes anion üres álláshelyek tényleges összevonása nagyobb tízméteres méretű klaszterformációkba. Az ilyen kristályok holografikus rögzítése reverzibilis (reverzibilis), és időben nagyon stabil [7].
A holografikus felvétel a kristályok megfelelő szennyeződéssel való doppingolásával is lehetséges. Erre a célra felhasználható a kationos (Ca ++ ionok) és anionos (OH-ionok) szennyezők kompenzációs hatása az AO KCl-ba az F-centrumok fototermális transzformációjának folyamatában. Kimutattuk, hogy ezen a maximális értéken az F-centrum felszívódási sávjának legmagasabb értékei eléri a 90% -ot, és nem kapcsolódik olyan központok kialakulásához, amelyek abszorpciót okoznak a spektrum látható tartományában. Ennek a hatásnak a mechanizmusát kifejlesztették, fotokémiai reakciók alapján, amelyek végtermékei az UV tartományban abszorbeálódnak. Megállapítható, hogy ebben a jelenségben kulcsszerepet játszanak a Ca ++ (OH -) 2 - kation üresedéseinek élettársai és komplexei. A kapott eredmények alapján új fotokróm rendszert fejlesztettek ki hologramok kialakítására a kationos és anionos szennyeződések hatásának kompenzálására [8].
6.3. Ferroelektromos kristályok
Holografikus felvételként a ferroelektromos kristályokat széles körben használják felvételi közegként. Alapjában véve ez a lítium-niobát LiNbO3. A fénytörés miatt a törésmutatóban bekövetkező változás jelenségét az elektrooptikai hatás okozza. Hologramok rögzítésekor a ferroelektromos kristályok ugyanolyan előnyökkel járnak, mint a fotokróm anyagok. Ezenkívül számos "írás-törlés" ciklus után nem tapasztalható kimerültség. Mivel az eredményül kapott hologramok fázisúak, diffrakciós hatékonysága nagyobb lehet, mint a fotokróm anyagok hologramjainál.
Azonban ezeknek a kristályoknak hátrányai vannak a fotokróm anyagokkal szemben. A fő probléma ebben az esetben a hologram instabilitása, amely a hagyományos fotolajmokkal ellentétben nincs rögzítve. Egy másik nehézség a holografikus érzékenység alacsony értéke. [9]
6.4. Holografikus fotopolimer anyagok
Az utóbbi években intenzíven kifejlesztették a holografikus fotopolimer anyagokon alapuló adathordozókat, amelyek szerves anyagok többkomponensű keverékét képviselik, 10-150 μm vastagságú amorf filmek formájában. A kevésbé költséges fotopolimer filmek, mint a lítium-niobát kristályok, lényegesen nagyobb mennyiségű variációval rendelkeznek a törésmutatóban, ami a hologram nagyobb diffrakciós hatékonyságát és nagyobb fényerejét eredményezi. Azonban a lítium-niobát vastagsága miatt nagy mennyiségű információt képes tárolni, mint a fotopolimer filmek, amelyek vastagsága korlátozott.
Mivel a fotopolimereknek nincs granuláris szerkezete, az ilyen anyagok felbontása elegendő a szuper-sűrű információ rögzítéshez. A fotopolimer érzékenysége hasonló a fotokróm kristályok érzékenységéhez. A rögzített hologramok a fázisok, amelyek lehetővé teszik a nagy diffrakciós hatékonyság elérését. Az ilyen anyagok lehetővé teszik az információk tárolását hosszú ideig, ellenállnak a hőmérsékleteknek, és javított optikai jellemzőik is vannak. [10]