THE FIZIKA
Есть, что почитать.
Полная визуализация
Сообщение принцессы Леи, которое передал R2D2 в "Звездных войнах" совсем скоро станет обыденным событием в нашей жизни. Давайте разбираться, а то прогресс совсем скоро постучит к вам в дверь, а вы не готовы.
Голография - это способ записи и воспроизведения изображения, при котором регистрируется не сфокусированное изображение (как в фотографии), а исходящий от него волновой фронт (волновое поле). Другими словами, голограмму можно получить только при освещении объекта когерентным излучением, то есть лазером.
То, с чего начиналась история.
Территория классических голограмм
Первые идеи и причём тут "holos"?
Английский учёный Д. Габор первым высказал идею о голографическом способе записи информации ещё в 1948 году. Но её реализация произошла только после изобретения лазеров.
"Holos" в переводе с греческого означает "весь", "полный". Эти слова характеризуют информацию, которою получают после освещения объекта. Но тут есть одно "но", речь идёт только о визуальной информации. Голографию нельзя потрогать или ощутить каким-либо иным способом, кроме зрительного восприятия.
"Holos" в переводе с греческого означает "весь", "полный". Эти слова характеризуют информацию, которою получают после освещения объекта. Но тут есть одно "но", речь идёт только о визуальной информации. Голографию нельзя потрогать или ощутить каким-либо иным способом, кроме зрительного восприятия.
Кто первый смог получить настоящую голограмму?
Совсем недавно, во второй половине двадцатого века произошёл самый настоящий прорыв в пока ещё формировавшиеся области. В одном десятилетии создали первые схемы для получения голограмм американские и русские физики. Это схема Денисюка, предложенная 1968 году, а также схема записи Лейта-Упатниекса из Мичиганского университета в 1962 году. Вообще, попытки получить качественное голографическое изображение до 1962 года были обречены на провал, так как не хватало одной важного компонента - лазера.
СХЕМЫ
Как сделать голографическую запись предмета?
Голограмма - это, по сути, регистрация интерференционной картины. Саму интерференционную картину получают с помощью двух волн: предметной и опорной.Чтобы легче было понять суть процесса, давайте разделим этот процесс на этапы.
Итак, первый этап:
Для правдоподобия выберем предмет. Пусть это будет глобус.
Сначала глобус освещают когерентным излучением от лазера.
Второй этап:
После этого выделяют, как уже было сказано, 2 волны. Предметная волна - это лучи, которые отразились от нашего объекта.
А опорная волна идёт непосредственно от самого источника света (лазера).
Третий этап:
Дальше опорная и предметная волна начинают интерферировать, образуя, как вы уже догадались, области максимумов и минимумов интенсивности результирующей волны в пространстве.
Четвертый этап:
Ставим в эту область пространства фотопластинку и регистрируем интерференционную картину. Там, где образовались максимумы интенсивности, фотопластинка после проявления будет прозрачной, а где минимумы - непрозрачной.
Пятый этап:
Теперь, если пропустить через фотопластинку опорную волну, то мы получим точную копию волны, которая раньше шла от предмета. Короче говоря, рассматривая голограмму, освещенную опорным лучом, наблюдатель увидит изображение глобуса, причём в естественном, объемном виде
Итак, первый этап:
Для правдоподобия выберем предмет. Пусть это будет глобус.
Сначала глобус освещают когерентным излучением от лазера.
Второй этап:
После этого выделяют, как уже было сказано, 2 волны. Предметная волна - это лучи, которые отразились от нашего объекта.
А опорная волна идёт непосредственно от самого источника света (лазера).
Третий этап:
Дальше опорная и предметная волна начинают интерферировать, образуя, как вы уже догадались, области максимумов и минимумов интенсивности результирующей волны в пространстве.
Четвертый этап:
Ставим в эту область пространства фотопластинку и регистрируем интерференционную картину. Там, где образовались максимумы интенсивности, фотопластинка после проявления будет прозрачной, а где минимумы - непрозрачной.
Пятый этап:
Теперь, если пропустить через фотопластинку опорную волну, то мы получим точную копию волны, которая раньше шла от предмета. Короче говоря, рассматривая голограмму, освещенную опорным лучом, наблюдатель увидит изображение глобуса, причём в естественном, объемном виде
Однако, изображение, которое вы получите называется мнимым, действительное изображение располагается по другую сторону голограммы. Но не торопитесь, увидеть вы его сможете только при одном условии, если поставите в то место матовое стекло.
Все вещи имеют свои достоинства и недостатки, ну и голографическое изображение не исключение.
+ Плюсы голографии +
Голографическое изображение - хороший способ хранения визуальной информации.
- Минусы -
Передать такую информацию очень сложно. Только на физическом носителе, стеклянной или пластиковой пластине.
Технология передачи цифровой голографии пока очень сырая.
Голографическое изображение - хороший способ хранения визуальной информации.
- Минусы -
Передать такую информацию очень сложно. Только на физическом носителе, стеклянной или пластиковой пластине.
Технология передачи цифровой голографии пока очень сырая.
Необычные свойства
Псевдоскопичность
Голографическое изображение делает выпуклые части предмета вогнутыми, и наоборот.
Высокая избыточность
Даже часть голограммы несёт информацию обо всё предмете, а не о какой-то его части.
Попробуйте разбить
Любой участок голограммы восстанавливает изображение точечного предмета. То есть, если голограмма разобьётся, то вы не потеряете изображение. Оно просто отразится на всех кусочках голограммы. Если вам трудно это представить, вспомните разбитое зеркало (нет, мы не про 7 лет несчастья), посмотрев в него, вы увидите в каждом осколке себя. Так и здесь.
Другими словами, фрагмент голограммы восстанавливает всё изображение, но оно, к сожалению, будет меньше оригинала, соответственно, а также будет иметь меньший контраст.
Голографическое изображение делает выпуклые части предмета вогнутыми, и наоборот.
Высокая избыточность
Даже часть голограммы несёт информацию обо всё предмете, а не о какой-то его части.
Попробуйте разбить
Любой участок голограммы восстанавливает изображение точечного предмета. То есть, если голограмма разобьётся, то вы не потеряете изображение. Оно просто отразится на всех кусочках голограммы. Если вам трудно это представить, вспомните разбитое зеркало (нет, мы не про 7 лет несчастья), посмотрев в него, вы увидите в каждом осколке себя. Так и здесь.
Другими словами, фрагмент голограммы восстанавливает всё изображение, но оно, к сожалению, будет меньше оригинала, соответственно, а также будет иметь меньший контраст.
Трёхмерная голограмма
Трёхмерную голограмму можно рассматривать как множество двумерных голограмм, составленных в пачку.
Трёхмерная голограмма очень избирательна по отношению к длине волны падающего света. Поэтому для восстановления изображения можно использовать обычный фонарик, то есть белый свет. Голограмма сама выберет из спектра нужную длину волну, то есть ту длину, с помощью которой проводилась регистрация голограммы.
Трёхмерная голограмма очень избирательна по отношению к длине волны падающего света. Поэтому для восстановления изображения можно использовать обычный фонарик, то есть белый свет. Голограмма сама выберет из спектра нужную длину волну, то есть ту длину, с помощью которой проводилась регистрация голограммы.
Мы здесь
Территория цифровой голографии
На данный момент активно развивается цифровая голография, в которой разбирается Андрей Камелин, студент направления "Лазерная техника и технологии" университета ИТМО.
-Как работает цифровая голография?
Смысл записи, по сути, точно такой же, как и в классической схеме, но создаётся она при помощью компьютерной симуляции. Для этого берётся трёхмерная модель предмета, которая рассчитывается для получения картины интерференции. Конечно, как и в классических схемах для создания голограммы требуется опорный луч, но тут он задаётся искусственно. В итоге получается картина интерференции. Другими словами, происходит запись светового поля предмета, как если бы он находился на классической схеме записи. К сожалению, это гигантский объем работы, который требует большой вычислительной мощности и занимает несколько часов.
В результате, с помощью определённых лазерных принтеров на фотоплёнке печатают полученную картину интерференции. В мире их около десятка, поэтому цифровая голография не распространена, да и стоит она очень дорого. В Америке таких принтеров несколько штук, поэтому американские военные используют цифровые голограммы в качестве карт.
-Изменяются ли технология создания голограмм?
Нет, увеличивается только качество, но сама технология не меняется.
-Где используют цифровые голограммы?
Цифровые голограммы используют в макетировании для демонстрации трехмерных моделей, карт, схем и так далее. Грубо говоря, всё что требует создания трехмерной модели.
Кстати, в физике существуют исследования по определению концентрации частиц в жидкости, а также других параметров. Для этого создаётся голограмма Габора (Лейта-Упатниекса) жидкости с исследуемыми частицами внутри (например, песок), после этого с помощью специального алгоритма выделяются два соседних слоя жидкости на голограмме, которые сравниваются и обрабатываются с помощью корреляционного анализа. Результат распространяют на весь объём. Всё это занимает небольшое количество времени и отличается высокой точностью.
-Где в будущем будут использоваться голограммы?
Если в будущем изобретут более быстрый способ передачи информации, то будет осуществлена передача трехмерного объекта в реальном времени. Например, тот же Skype только голографический.
Но для этого нужны ещё ЖК-мониторы с гораздо большим разрешением, чем производят сейчас, да и требования к освещению под правильным углом никуда не денутся. И без обработки информации суперкомпьютером не обойтись. Так что это ещё очень далеко.
Голографической связи как в фантастике не выйдет, конечно, но видеть трёхмерные изображения друг друга мы теоретически сможем.
Смысл записи, по сути, точно такой же, как и в классической схеме, но создаётся она при помощью компьютерной симуляции. Для этого берётся трёхмерная модель предмета, которая рассчитывается для получения картины интерференции. Конечно, как и в классических схемах для создания голограммы требуется опорный луч, но тут он задаётся искусственно. В итоге получается картина интерференции. Другими словами, происходит запись светового поля предмета, как если бы он находился на классической схеме записи. К сожалению, это гигантский объем работы, который требует большой вычислительной мощности и занимает несколько часов.
В результате, с помощью определённых лазерных принтеров на фотоплёнке печатают полученную картину интерференции. В мире их около десятка, поэтому цифровая голография не распространена, да и стоит она очень дорого. В Америке таких принтеров несколько штук, поэтому американские военные используют цифровые голограммы в качестве карт.
-Изменяются ли технология создания голограмм?
Нет, увеличивается только качество, но сама технология не меняется.
-Где используют цифровые голограммы?
Цифровые голограммы используют в макетировании для демонстрации трехмерных моделей, карт, схем и так далее. Грубо говоря, всё что требует создания трехмерной модели.
Кстати, в физике существуют исследования по определению концентрации частиц в жидкости, а также других параметров. Для этого создаётся голограмма Габора (Лейта-Упатниекса) жидкости с исследуемыми частицами внутри (например, песок), после этого с помощью специального алгоритма выделяются два соседних слоя жидкости на голограмме, которые сравниваются и обрабатываются с помощью корреляционного анализа. Результат распространяют на весь объём. Всё это занимает небольшое количество времени и отличается высокой точностью.
-Где в будущем будут использоваться голограммы?
Если в будущем изобретут более быстрый способ передачи информации, то будет осуществлена передача трехмерного объекта в реальном времени. Например, тот же Skype только голографический.
Но для этого нужны ещё ЖК-мониторы с гораздо большим разрешением, чем производят сейчас, да и требования к освещению под правильным углом никуда не денутся. И без обработки информации суперкомпьютером не обойтись. Так что это ещё очень далеко.
Голографической связи как в фантастике не выйдет, конечно, но видеть трёхмерные изображения друг друга мы теоретически сможем.
Теперь вы готовы к будущему, не благодарите.
Над проектом работали:
Дарья Боголюбова
Главный редактор
Автор текста
Автор текста
Екатерина Евсеева
Бильд - редактор, вёрстка
Андрей Камелин
Студент направления "Лазерная техника и технологии", мегафакультет "Фотоники", университет ИТМО
По всем вопросам:
Санкт-Петербург, наб. реки Мойки, 48
E-mail: phys.sno@gmail.com
E-mail: phys.sno@gmail.com
