Голография. Физические принципы

Голография - набор технологий для точной записи, воспроизведения и переформирования волновых полей; метод получения объёмного изображения объекта, основанный на интерференции волн.
Данный метод был предложен в 1947 г. Дэннисом Габором, он же ввёл термин "голограмма" и получил «за изобретение и развитие голографического принципа» Нобелевскую премию по физике в 1971 г.

Когда в некоторой области пространства складываются несколько электромагнитных волн, частоты которых с очень высокой степенью точности совпадают, возникает интерференция. Когда записывают голограмму, в определённой области пространства складывают две волны: одна из них идёт непосредственно от источника (опорная волна), а другая отражается от объекта записи (объектная волна). В этой же области размещают фотопластинку (или иной регистрирующий материал), в результате на этой пластинке возникает сложная картина полос потемнения, которые соответствуют распределению электромагнитной энергии (картине интерференции) в этой области пространства. Если теперь эту пластинку осветить волной, близкой к опорной, то она преобразует эту волну в волну, близкую к объектной. Таким образом, мы будем видеть (с той или иной степенью точности) такой же свет, какой отражался бы от объекта записи.
Физические принципы

Первая 3D-голограмма была записана Юрием Денисюком
в Советском Союзе в 1962 г

Схема записи, когда фотопластина с прозрачной фотоэмульсией устанавливается между объектом и источником света называется "запись голограммы во встречных пучках" или схемой Денисюка.
Картина интерференции фронтов световых волн, бегущих навстречу друг другу позволяла фиксировать не только амплитуду и фазу волнового фронта (информацию о трехмерной сцене), но и частоту (цвет) волны. Это открывало перспективу записи цветных голограмм и восстановления их источниками "белого" цвета.

В 1960 году появились лазеры - удивительные источники излучения высокой когерентности.
До изобретения лазеров голография практически не развивалась.Вместо лазера использовали очень узкие линии в спектре испускания газоразрядных ламп, что очень затрудняет эксперимент.

В 1961 году на одной из фотовыставок ученые Лейт и Упатниекс в присущей американцам манере устроили, сенсацию.
Они показали трехмерное изображение шахматной доски, записанное на плоской фотопластинке.

Когерентность лазеров позволяла разделить направления падения на фотопластину интерферирующих лучей опорного источника и волнового фронта, отраженного от объекта.
Мало того, изображение, восстановленное с голограммы можно было записать на другую голограмму, при этом изменив не только его положение относительно фотопластины (например, можно вынести объект перед голограммой), но и сам тип голограммы.
Можно было сначала изготовить голограмму-оригинал по схеме Лейта - Упатниекса, а затем получить копию, парящую перед голограммой, записанную во встречных пучках (способ Денисюка).

Сердце новой солнечной панели — плоский голографический концентратор. Это голограмма (голографическая плёнка), зажатая между двумя слоями стекла. На плёнке при помощи лазера выполнены невидимые для глаза "узоры" интерференции, рассчитанные определённым образом. Зачем они нужны? Дело в том, что эта голограмма словно вырезает из солнечного спектра частоты, которые наиболее сильно воздействуют на фотоэлектрическую батарею, а далее – плёнка отражает нужные волны дальше. Собственно, батарея нового типа представляет собой чередующиеся полоски, как у тельняшки: полоска голограммы – полоска фотоэлектрической батареи и так далее.
Первый прототип коммерческой голографической солнечной батареи

На смену магнитным дискам специалисты пророчат голографические, которые могут хранить больше терабайта информации. Выпускать такие носители можно в любом форм-факторе. Варьировать толщину, размеры и форму диска позволяет технология записи. Ёмкость зависит от количества битов на странице данных, количестве страниц в данной точке объёма, толщине материала и длины волны лазера.

Запись на голографический диск

На сегодня в мире существует около 400 защитных технологий. Среди которых: специальная бумага, водяной знак, металлография, микротесты, химические добавки, штрих коды и т.д.
Однако лидером здесь является голография. Сфера применения : банкноты, визы, продукты (Nescafe, Cadbury), напитки (Pepsi), гигиена (Colgate), ПО (Microsoft).

Голограммы, используемые
в фильме

Голограммы, восстановленные светом галогеновой лампы