L'immagine olografica è sempre più utilizzata oggi. Alcuni credono addirittura che possa eventualmente sostituire i mezzi di comunicazione a noi noti. Piaccia o no, ma ora è attivamente utilizzato in una varietà di settori. Ad esempio, abbiamo tutti familiarità con gli adesivi olografici. Molti produttori li utilizzano come mezzo di protezione contro la contraffazione. La foto sotto mostra alcuni degli adesivi olografici. Il loro utilizzo è un modo molto efficace per proteggere beni o documenti dalla contraffazione.
Storia dello studio dell'olografia
L'immagine tridimensionale risultante dalla rifrazione dei raggi ha cominciato ad essere studiata in tempi relativamente recenti. Tuttavia, possiamo già parlare dell'esistenza di una storia del suo studio. Dennis Gabor, uno scienziato inglese, definì per la prima volta l'olografia nel 1948. Questa scoperta fu molto importante, ma il suo grande significato a quel tempo non era ancora evidente. I ricercatori che lavoravano negli anni '50 soffrivano della mancanza di una sorgente di luce coerente, una proprietà molto importante per lo sviluppo dell'olografia. Primo laserè stato realizzato nel 1960. Con questo dispositivo è possibile ottenere una luce di sufficiente coerenza. Juris Upatnieks e Immet Leith, scienziati americani, lo usarono per creare i primi ologrammi. Con il loro aiuto sono state ottenute immagini tridimensionali di oggetti.
Negli anni successivi, la ricerca è continuata. Da allora sono stati pubblicati centinaia di articoli scientifici che esplorano il concetto di olografia e molti libri sono stati pubblicati sul metodo. Tuttavia, questi lavori sono rivolti a specialisti, non al lettore generico. In questo articolo cercheremo di raccontare tutto in una lingua accessibile.
Cos'è l'olografia
Si può proporre la seguente definizione: l'olografia è una fotografia tridimensionale ottenuta utilizzando un laser. Tuttavia, questa definizione non è del tutto soddisfacente, poiché esistono molti altri tipi di fotografia tridimensionale. Tuttavia, riflette il più significativo: l'olografia è un metodo tecnico che consente di "registrare" l'aspetto di un oggetto; con il suo aiuto si ottiene un'immagine tridimensionale che sembra un oggetto reale; l'uso dei laser ha giocato un ruolo decisivo nel suo sviluppo.
L'olografia e le sue applicazioni
Lo studio dell'olografia ci permette di chiarire molte questioni legate alla fotografia convenzionale. In quanto arte visiva, l'imaging tridimensionale può persino sfidare quest'ultima, poiché ti consente di riflettere il mondo intorno a te in modo più accurato e corretto.
Gli scienziati a volte individuano le epoche nella storia dell'umanità con mezziconnessioni conosciute in certi secoli. Possiamo parlare, ad esempio, dei geroglifici che esistevano nell'antico Egitto, dell'invenzione della macchina da stampa nel 1450. In connessione con il progresso tecnologico osservato nel nostro tempo, i nuovi mezzi di comunicazione, come la televisione e il telefono, hanno assunto una posizione dominante. Sebbene il principio olografico sia ancora agli albori quando si tratta del suo utilizzo nei media, ci sono ragioni per ritenere che i dispositivi basati su di esso in futuro saranno in grado di sostituire i mezzi di comunicazione a noi noti, o almeno ampliare il loro portata.
La letteratura di fantascienza e la stampa mainstream spesso ritraggono l'olografia sotto una luce distorta e sbagliata. Spesso creano un'idea sbagliata su questo metodo. L'immagine volumetrica, vista per la prima volta, affascina. Tuttavia, non meno impressionante è la spiegazione fisica del principio del suo dispositivo.
Modello di interferenza
La capacità di vedere gli oggetti si basa sul fatto che le onde luminose, da essi rifratte o riflesse, entrano nel nostro occhio. Le onde luminose riflesse da qualche oggetto sono caratterizzate dalla forma del fronte d'onda corrispondente alla forma di questo oggetto. Il modello di bande (o linee) scure e chiare è creato da due gruppi di onde luminose coerenti che interferiscono. È così che si forma un'olografia volumetrica. In questo caso, queste bande in ogni caso particolare costituiscono una combinazione che dipende solo dalla forma dei fronti d'onda delle onde che interagiscono tra loro. Talel'immagine è chiamata interferenza. Può essere fissata, ad esempio, su una lastra fotografica, se collocata in un luogo in cui si osserva l'interferenza delle onde.
Varietà di ologrammi
Il metodo che ti permette di registrare (registrare) il fronte d'onda riflesso dall'oggetto, e quindi ripristinarlo in modo che sembri all'osservatore di vedere un oggetto reale, ed è l'olografia. Questo è un effetto dovuto al fatto che l'immagine risultante è tridimensionale allo stesso modo dell'oggetto reale.
Ci sono molti diversi tipi di ologrammi su cui è facile confondersi. Per definire inequivocabilmente una specie particolare, dovrebbero essere usati quattro o anche cinque aggettivi. Di tutto il loro insieme, considereremo solo le classi principali utilizzate dall'olografia moderna. Tuttavia, prima devi parlare un po' di un fenomeno ondulatorio come la diffrazione. È lei che ci permette di costruire (o meglio, ricostruire) il fronte d'onda.
Diffrazione
Se un oggetto si trova nel percorso della luce, proietta un'ombra. La luce si piega attorno a questo oggetto, entrando parzialmente nell'area d'ombra. Questo effetto è chiamato diffrazione. È spiegato dalla natura ondulatoria della luce, ma è piuttosto difficile spiegarlo rigorosamente.
Solo con un angolo molto piccolo la luce penetra nell'area d'ombra, quindi non la notiamo quasi. Tuttavia, se ci sono molti piccoli ostacoli lungo il suo percorso, la cui distanza è di poche lunghezze d'onda della luce, questo effetto diventa abbastanza evidente.
Se la caduta del fronte d'onda cade su un unico grande ostacolo, la parte corrispondente di esso "cade", che praticamente non interessa l'area rimanente di questo fronte d'onda. Se ci sono molti piccoli ostacoli sul suo percorso, cambia a causa della diffrazione in modo che la luce che si propaga dietro l'ostacolo abbia un fronte d'onda qualitativamente diverso.
La trasformazione è così forte che la luce inizia persino a diffondersi nell' altra direzione. Si scopre che la diffrazione ci permette di trasformare il fronte d'onda originale in uno completamente diverso. Pertanto, la diffrazione è il meccanismo mediante il quale otteniamo un nuovo fronte d'onda. Il dispositivo che lo forma nel modo sopra è chiamato reticolo di diffrazione. Parliamone più in dettaglio.
Reticolo di diffrazione
Questa è una piccola piastra con sottili tratti paralleli diritti (linee) applicati su di essa. Sono separati l'uno dall' altro di un centesimo o addirittura di un millesimo di millimetro. Cosa succede se un raggio laser incontra un reticolo lungo la sua strada, che consiste in diverse strisce sfocate scure e luminose? Una parte andrà dritta attraverso la griglia e una parte si piegherà. Pertanto, si formano due nuove travi, che escono dalla griglia ad un certo angolo rispetto alla trave originale e si trovano su entrambi i lati di essa. Se un raggio laser ha, ad esempio, un fronte d'onda piatto, anche due nuovi raggi formati ai suoi lati avranno fronti d'onda piatti. Così, di passaggioraggio laser a reticolo di diffrazione, formiamo due nuovi fronti d'onda (piatti). Apparentemente, un reticolo di diffrazione può essere considerato l'esempio più semplice di ologramma.
Registrazione ologramma
L'introduzione ai principi di base dell'olografia dovrebbe iniziare con lo studio di due fronti d'onda piana. Interagendo, formano uno schema di interferenza, che viene registrato su una lastra fotografica posta nello stesso punto dello schermo. Questa fase del processo (la prima) in olografia è chiamata registrazione (o registrazione) dell'ologramma.
Ripristino dell'immagine
Assumeremo che una delle onde piane sia A, e la seconda sia B. L'onda A è chiamata onda di riferimento e B è chiamata onda oggetto, cioè riflessa dall'oggetto la cui immagine è fissa. Non può differire in alcun modo dall'onda di riferimento. Tuttavia, quando si crea un ologramma di un oggetto reale tridimensionale, si forma un fronte d'onda molto più complesso di luce riflessa dall'oggetto.
Lo schema di interferenza presentato sulla pellicola fotografica (cioè l'immagine di un reticolo di diffrazione) è un ologramma. Può essere posizionato nel percorso del raggio primario di riferimento (un raggio di luce laser con un fronte d'onda piatto). In questo caso si formano 2 nuovi fronti d'onda su entrambi i lati. Il primo di questi è una copia esatta del fronte d'onda dell'oggetto, che si propaga nella stessa direzione dell'onda B. La fase sopra è chiamata ricostruzione dell'immagine.
Processo olografico
Lo schema di interferenza creato da dueonde coerenti piane, dopo la sua registrazione su lastra fotografica, è un dispositivo che permette, in caso di illuminazione di una di queste onde, di ripristinare un' altra onda piana. Il processo olografico, quindi, prevede le seguenti fasi: registrazione e successiva "memorizzazione" del fronte dell'oggetto d'onda sotto forma di ologramma (modello di interferenza), e il suo ripristino dopo ogni momento in cui l'onda di riferimento passa attraverso l'ologramma.
Il fronte d'onda obiettivo può effettivamente essere qualsiasi cosa. Ad esempio, può essere riflesso da qualche oggetto reale, se allo stesso tempo è coerente con l'onda di riferimento. Formato da due fronti d'onda qualsiasi con coerenza, il pattern di interferenza è un dispositivo che consente, a causa della diffrazione, di trasformare uno di questi fronti in un altro. È qui che si nasconde la chiave di un fenomeno come l'olografia. Dennis Gabor è stato il primo a scoprire questa proprietà.
Osservazione dell'immagine formata dall'ologramma
Ai nostri tempi, un dispositivo speciale, un proiettore olografico, sta iniziando ad essere utilizzato per leggere gli ologrammi. Ti permette di convertire un'immagine da 2D a 3D. Tuttavia, per visualizzare semplici ologrammi, non è necessario un proiettore olografico. Parliamo brevemente di come visualizzare tali immagini.
Per osservare l'immagine formata dall'ologramma più semplice, è necessario posizionarlo a una distanza di circa 1 metro dall'occhio. È necessario guardare attraverso il reticolo di diffrazione nella direzione in cui le onde piane (ricostruite) escono da esso. Poiché sono le onde piane che entrano nell'occhio dell'osservatore, anche l'immagine olografica è piatta. Ci appare come un "muro cieco", illuminato in modo uniforme da una luce dello stesso colore della corrispondente radiazione laser. Poiché questo "muro" è privo di caratteristiche specifiche, è impossibile determinare quanto sia lontano. Sembra di guardare un muro esteso situato all'infinito, ma allo stesso tempo ne vedi solo una parte, che puoi vedere attraverso una piccola "finestra", cioè un ologramma. Pertanto, un ologramma è una superficie uniformemente luminosa su cui non notiamo nulla di degno di attenzione.
Il reticolo di diffrazione (ologramma) ci consente di osservare diversi semplici effetti. Possono anche essere dimostrati utilizzando altri tipi di ologrammi. Passando attraverso il reticolo di diffrazione, il raggio di luce si divide, si formano due nuovi fasci. I raggi laser possono essere utilizzati per illuminare qualsiasi reticolo di diffrazione. In questo caso, la radiazione dovrebbe differire di colore da quella utilizzata durante la sua registrazione. L'angolo di curvatura di un raggio di colore dipende dal colore che ha. Se è rosso (la lunghezza d'onda più lunga), allora tale raggio è piegato a un angolo maggiore del raggio blu, che ha la lunghezza d'onda più corta.
Attraverso il reticolo di diffrazione, puoi s altare una miscela di tutti i colori, ovvero il bianco. In questo caso, ogni componente di colore di questo ologramma è piegata al proprio angolo. L'uscita è uno spettrosimile a quello creato da un prisma.
Posizionamento del tratto del reticolo di diffrazione
I tratti del reticolo di diffrazione dovrebbero essere fatti molto vicini tra loro in modo che la curvatura dei raggi sia evidente. Ad esempio, per piegare di 20° la trave rossa, è necessario che la distanza tra le corse non superi 0,002 mm. Se vengono posizionati più vicini, il raggio di luce inizia a piegarsi ancora di più. Per "registrare" questo reticolo è necessaria una lastra fotografica, in grado di registrare dettagli così fini. Inoltre, è necessario che la lastra rimanga completamente ferma durante l'esposizione, così come durante la registrazione.
L'immagine può essere notevolmente sfocata anche con il minimo movimento, tanto da risultare completamente indistinguibile. In questo caso, non vedremo uno schema di interferenza, ma semplicemente una lastra di vetro, uniformemente nera o grigia su tutta la sua superficie. Naturalmente, in questo caso, gli effetti di diffrazione generati dal reticolo di diffrazione non verranno riprodotti.
Ologrammi di trasmissione e riflessi
Il reticolo di diffrazione che abbiamo considerato è detto trasmissivo, poiché agisce nella luce che lo attraversa. Se applichiamo le linee del reticolo non su una lastra trasparente, ma sulla superficie di uno specchio, otterremo un reticolo di diffrazione riflettente. Riflette diversi colori di luce da diverse angolazioni. Di conseguenza, ci sono due grandi classi di ologrammi: riflessivo e trasmissivo. I primi si osservano in luce riflessa, mentre i secondi si osservano in luce trasmessa.
