Голография (статья в журнале "Колосок")
Оригинал взят у phys_exp в Голография (статья в журнале "Колосок")
Чудо голографии (автор В. Старощук)
Посмотрите внимательно на эти две фотографии. На столе лежат карандаш и фотопластинка с изображением медальона. Если сфотографировать карандаш под некоторым углом (фото справа), мы сможем увидеть его боковую грань и тень от лампы, которую раньше не видели. Но обратите внимание на изображение медальона, в нем тоже стала видна боковая поверхность и тень от лампы! Изображение на плоской пластине ведет себя, как реальный объект! Такой эффект не возможен на обычной фотографии, перед нами голограмма.
Впервые объемные изображения на плоскости получил английский физик венгерского происхождения Деннис Габор в 1947 году. Он же тогда и дал им название ГОЛОГРАММА, что с греческого можно перевести как «полное описание». На фото запечатлен момент голографической съемки самого нобелевского лауреата Д. Габора, а в правом нижнем углу получившаяся голограмма.
Что же имел в виду ученый, когда говорил о ПОЛНОМ описании предмета? Чтобы ответить на этот вопрос, выясним, какую информацию о предмете дают нам обычные фотографии, те самые, которые вы видите перед собой, читая статью.
Для простоты, рассмотрим черный квадрат на белом листке бумаги. Белый свет от фонарика, падая на белую поверхность бумаги, почти весь отражается и попадает к нам в глаза или в объектив фотоаппарата. Лучи, которые попали на черный квадрат, почти все поглощаются краской, немного разогревая её. В результате эта область кажется нам черной по сравнению с белым листком бумаги.
Что будет, если квадрат будет красным? Напомним, белый свет - это электромагнитные волны разных частот. Поэтому, от белой бумаги отразятся волны всех частот, а от красного квадрата - волны с частотой красной части спектра, а остальные - будут поглощены краской. Таким образом, обычная фотография дает нам сведения о контурах предмета, его цвете и яркости. Но это неполная информация, потому что каждый предмет обладает еще протяженностью, объемом и может находиться ближе или дальше от нас. На плоской фотографии нам приходится догадываться, какой предмет ближе к нам, сравнивая относительные размеры. Многие фотографы используют этот недостаток, для создания оптических иллюзий.
Теперь представим, что на плоскости находится брусок. Осветим его монохроматическим светом лазера (светом, который создает электромагнитная волна только одной частоты), например, красным. Тогда часть лучей отразится от его верхней поверхности чуть раньше, чем от плоскости. В результате, световые волны будут накладываться друг на друга, образуя волны сложной формы, усиливая и ослабляя себя в определенных местах (это явление в физике называют интерференцией).
Такие волны несут уже информацию о высоте объекта. Ведь, чем выше брусок, тем раньше отразится волна от его верхней грани и тем больше будет смещение между волнами. Кроме того, чтобы видеть объемное изображение, нам нужно смотреть двумя глазами, рассматривая предмет под разными углами зрения. Тогда головной мозг создает объемное восприятие изображения.
На самом деле Деннис Габор занимался улучшением работы электронного микроскопа, но как это бывает у больших ученых, ему пришла в голову гениальная мысль записывать на фотопластинку, не только яркость и цвет света, но и сдвиг волн, то есть полную информацию об объекте. Тогда лучи света отразятся от плоской пластинки так, словно там находится настоящий предмет.
Чтобы сделать такую запись, нужен опорный луч света, относительно которого мы сможем сравнивать сдвиг волн. Для этой цели хорошо подходят лазеры, излучающие свет одной длины волны. На фото вы видите одну из схем записи голограмм, которую предложил Д.Габор.
Но самый простой способ записи голограммы, который можно применить даже дома, предложил в 1968г. ученый Юрий Денисюк. Его метод дает хорошее качество голограмм для маленьких предметов, таких как монета или кольцо.
По его методу луч, например, от лазерной указки проходит через фотопластинку, отражается от предмета (на рисунке это зеленый камушек) и снова попадает на пластинку. В результате на фотоэмульсии складываются два луча: опорный от лазера и объектный от предмета. Интерференционная картинка записывается с помощью химического действия света на вещество фотоэмульсии. Чтобы изображение получилось качественным, нужно всю установку поместить на песке, чтобы уменьшить вибрации. Потом пластинку необходимо проявить, закрепить и покрыть слоем черной краски со стороны фотоэмульсии, чтобы в дальнейшем не повредить её. Если осветить голограмму обычным белым светом, мы увидим объемное изображение камня, словно он лежит под стеклом! Так как засветка фотоэмульсии производилась красным лучом, то голограмма будет отражать его хуже и вся окрасится в зеленые тона.
Применяются голограммы сейчас для создания точных копий драгоценных изделий, которые сложно перевозить по стране, а иногда просто невозможно из-за их ветхости. На фото вы видите голограммы знаменитой скифской пекторали и князя Ярослава Мудрого, которые выставлены для обозрения в музее голограмм при Киево-Печерской лавре.
Широкое применение получили голограммы на алюминиевых пленках, которые применяются для зашиты разных документов от подделок.
В настоящее время ведутся разработки голографической записи цифровой информации на пластинах. Такие винчестеры при малых размерах будут иметь память, которой достаточно, чтобы непрерывно записывать данные десятки лет.
Верится, что пройдет немного лет и красивые фотографии в журнале Колосок заменят великолепные голограммы, которые, как мы помним, несут полную информацию о предмете.
