Голография

Цель:
Дать понятие голографии, основных принципов получения голографических изображений на основе волновой физики

Когда родилась идея?
Идеи и принципы голографии сформулировал в 1948 г. венгерский физик Деннис Габор.
Как это иногда бывает в науке, идея голографии родилась при разработке совсем другой проблемы — усовершенствования электронного микроскопа.

Что такое голография
Сущность идеи состояла в фиксации полной информации о предмете, причем информации не только об амплитуде, но и о фазе световой волны.
Голография - одно из замечательных достижений современной науки и техники.

Уникальное свойство голографии
Голограммы обладают уникальным свойством - восстанавливать полноценное объемное изображение реальных предметов.

Уникальное свойство голографии
В отличие от фотографии, создающей плоское изображение, голографическое изображение может воспроизводить точную трехмерную копию оригинального объекта.
Такое изображение со множеством ракурсов, изменяющихся с изменением точки наблюдения, обладает удивительной реалистичностью и зачастую неотличимо от реального объекта.

Уникальное свойство голографии
Название происходит от греческих слов holos - полный и grapho - пишу, что означает полную запись изображения.

Наблюдение голографии
Современные голограммы наблюдают при освещении обычными источниками света, и полноценная объемность в комбинации с высокой точностью передачи фактуры поверхностей обеспечивает полный эффект присутствия.

Принцип голографии
Голографический метод записи информации использует важнейшее свойство лазерного излучения — его когерентность
Световая волна при отражении от объекта изменяет не только амплитуду, но и фазу в соответствии со свойствами поверхности объекта в данной точке.

Принцип голографии
Голография основывается на двух физических явлениях — дифракции и интерференции световых волн.
Интерференционная картина (чередование тёмных и светлых полос или пятен), возникающая в результате взаимодействия сигнальной и опорной волн, содержит полную информацию об амплитуде и фазе сигнальной волны, то есть об объекте.
Зафиксированная на светочувствительной поверхности интерференционная картина после проявления называется Голограммой.

Принцип голографии
Для того чтобы увидеть изображение предмета, голограмму необходимо просветить той же опорной волной, которая использовалась при её получении.
В простейшем случае - интерференции двух плоских волн (двух параллельных пучков) - голограмма представляет собой обычную дифракционную решётку.
Если рассматривать голограмму в микроскоп, то в простейшем случае видна система чередующихся светлых и тёмных полос.

Голографический метод записи информации
Голографический метод получения изображения предмета состоит из двух этапов.
Сначала получают голограмму — интерференционную картину, возникающую на фотопластинке при сложении Двух когерентных пучков света.
Один из них отражается от зеркала (опорный пучок),
другой — от предмета (сигнальный, или предметный, пучок).
Эти пучки света образуют на фотопластинке интерференционную картину.

Принцип голографии
После обработки фотопластинки
те участки голограммы, где фазы опорной и предметной волн совпадали, окажутся наиболее прозрачными
Там, где волны находились в противофазе, участки голограммы окажутся темными.

Восстановление
Процесс получения изображения с помощью голограммы называют восстановлением.
Для восстановления голограммы на нее направляется опорный пучок когерентного света.
Опорный пучок, падая на голограмму, возбуждает в прозрачных ее местах колебания вторичных источников.

Восстановление
Амплитуды этих колебаний пропорциональны амплитудам сигнальных волн в этих точках, и фазы их совпадают.
По принципу Гюйгенса — Френеля вторичные источники создают в окружающем пространстве такую же картину волновых полей, какая была в сигнальном пучке от предмета.

Восстановление
Точное совпадение восстановленного волнового фронта с сигнальным (падавшим на фотопластинку во время изготовления голограммы) приводит к тому, что воспринимаемое зрением изображение по внешнему виду неотличимо от предмета.

Голография с записью в трехмерной среде
В 1962 г. российский физик Юрий Николаевич Денисюк предложил интересный и перспективный метод голографии с записью в трехмерной среде.

Принципы голографии. Метод Ю.Н.Денисюка
Здесь должен быть видеофрагмент
«Принципы голографии. Метод Ю.Н.Денисюка »
Скачайте фильм по адресу: http://cor.edu.27.ru/catalog/res/59d68b4f-5e24-45b1-8bd8-a750d6b41bcb/view/ и вставьте его на этот слайд. При вставке установите «при показе слайдов воспроизводить автоматически», на вкладке «Параметры» поставьте галочку в поле «Во весь экран»

Схемы записи голограмм
Предмет освещается монохроматическим когерентным источником;
Свет, рассеянный объектом, интерферируя с основным пучком, образует в пространстве вокруг предмета стоячие волны.

Схемы записи голограмм
Если в области стоячих волн располагается слой прозрачной светочувствительной эмульсии, то после экспонирования и обработки этой эмульсии в местах образования пучностей стоячих волн, где фазы опорной и сигнальной волн совпадают, выделяется серебро.
В эмульсии создаются серебряные слои — зеркала с поверхностью сложной конфигурации, в точности повторяющей конфигурацию расположения в пространстве пучностей стоячих волн.

Если на полученную голограмму направить свет от обычного не когерентного источника, то, отражаясь от зеркал голограммы, образовавшихся на месте поверхностей пучностей, свет изменит направление распространения.

Если при получении голограммы предмет осветить тремя когерентными источниками видимого света с различными длинами волн, то восстановленное белым светом изображение будет таким же цветным, как и предмет.
Черно-белая голограмма дает цветное изображение!
Голограмму называют иногда оптическим эквивалентом предмета

Свойства и особенности голограмм
Часть обычной фотографии предмета, разумеется, содержит информацию только о части предмета.
От любой небольшой части голограммы можно получить полное изображение предмета.
Качество изображения, полученного от части голограммы, хуже изображения, полученного от всей голограммы.
Голографические изображения уникальных предметов искусства дают возможность «увидеть» эти предметы одновременно многим людям во многих местах. Уже сделаны экспериментальные съемки объемных голографических фильмов.

Свойства и особенности голограмм
Можно восстанавливать голограмму, просвечивая ее когерентным излучением, имеющим длину волны, которая больше длины волны излучения, с помощью которого была получена голограмма. В этом случае размер изображения будет больше размера предмета. На этом основано действие голографических микроскопов.
Голографическая запись с использованием лазерного пучка позволяет фиксировать вибрации и деформации, возникающие в различных узлах и деталях работающих машин. Еще одно техническое применение голографии — количественные исследования воздушных потоков в аэродинамических трубах.
Цифровой голографический микроскоп

Изобразительная голография
Голограммы незаменимы при изготовлении высококачественных репродукций произведений скульптуры, музейных экспонатов и т.д. ;
В то же время, возможность создания объемных изображений открывает новые направления в искусстве - изобразительную голографию и оптический дизайн.
Голограммы широко используются в сувенирной продукции и в качестве украшений, а также в рекламе.