Як працює голограма?

 

«Давним-давно в далекій-предалекой галактиці…» Іншими словами, всі ми коли-то вперше дивилися «Зоряні війни», захоплюючись їх технічними дивами – космічними кораблями, гоночними карами, дроидами і, звичайно, з’являються прямо в повітрі голограмами. Потім режисери стали нас балувати: об’ємні зображення з’являлися в кіно все частіше, а сьогодні без них не обходиться жоден поважаючий себе фільм – бо ми вже не мислимо собі іншого майбутнього.

Але багато хто все ще не до кінця віддають собі звіт в тому, що це майбутнє, у загальному то, давно настав – при чому не де-небудь в «Аватарі», «Троні» або «Прометеї», а в нашій з вами реальності. Чи знаєте ви, що незабаром виповнюється 70 (!) років з моменту винаходу першої голограми? Отже, ближче до справи… що взагалі являє собою ця технологія?

Основний принцип

Голографія (від давньогрецького бЅ…Про”ОїП’ ОіПЃОП†П‰, тобто “повний опис”) – це особливий метод фотографування, при якому за допомогою лазера реєструється оптичне електромагнітне випромінювання об’єктів, після чого відновлюються надзвичайно реалістичні зображення тривимірних об’єктів.

Коли записують голограму, у певній області простору складають дві хвилі, отримані розділенням одного і того ж лазерного променя. При цьому так звана опорна хвиля йде безпосередньо від джерела, а об’єктна хвиля відбивається від предмета запису. У цій області розміщують фотопластинку, на якій виникає складна картина смуг потемніння, відповідних розподілу електромагнітної енергії (картини інтерференції) у цій області простору.

Простіше кажучи, те ж саме відбувається зі звичайної фотографії. Але якщо зображення з останньої необхідно роздруковувати на папері, то з голограмою все простіше і швидше. Досить знову висвітлити фотопластинку хвилею, близькою до опорної, і вона перетворює її на хвилю, близьку до об’єктної. Таким чином, ми будемо бачити (з тій чи іншій ступенем точності) такий самий світ, який відбивався б від об’єкта запису – хоча самого об’єкта в просторі немає.

Відкриття

Перша голограма була отримана в 1947 році Деннісом Габором у ході експериментів щодо підвищення роздільної здатності електронного мікроскопа. Він же придумав саме слово «голографія», яким хотів підкреслити повну запис оптичних властивостей об’єкта. На жаль, його голограми відрізнялися низькою якістю, оскільки в якості когерентного джерела світла Габор використовував єдино доступні йому газорозрядні лампи з дуже вузькими лініями в спектрі флуоресценції. Але це жодним чином не применшує значення його роботи, за яку автор отримав Нобелівську премію по фізиці в 1971 році.

Після революційного винаходу в 1960 році рубіново-червоного (довжина хвилі 694 нм) і гелій-неонового (довжина хвилі 633 нм) лазери, голографія почала інтенсивно розвиватися. Вже через пару років відомий російський вчений Юрій Денисюк розробив метод запису відображають 2-D голограм на прозорих фотопластинках, що дозволяють записувати голограми найвищої якості.

Еволюція

У 1977 році Ллойд Крос створив так звану мультиплексну голограму – або, як ми говоримо сьогодні, зображення в 3-D форматі. Воно принципово відрізняється від всіх інших голограм тим, що складається з десятків або навіть сотень окремих плоских ракурсів, видимих під різними кутами. Така голограма, природно, не має вертикального паралакса (іншими словами, не можна подивитися на об’єкт зверху і знизу), але зате розміри записуваного об’єкта не обмежені довжиною когерентності лазера (яка рідко перевищує кілька метрів, а найчастіше становить всього кілька десятків сантиметрів) або розмірами фотопластинки.

Крім того, це нововведення дозволяє відірватися від нудної реальності і з головою поринути у світ фантазій, створюючи голограми неіснуючих об’єктів. Досить намалювати або змоделювати на комп’ютері вигаданий об’єкт з різних ракурсів. Мультиплексна голографія перевершує по якості всі інші способи створення об’ємних зображень на основі окремих ракурсів, однак станом на сьогоднішній день вона все ще поступається в плані реалістичності традиційним методам голографії.

Носії інформації

Основним фотоматеріалом для запису голограм є спеціальні фотопластинки на основі традиційного броміду срібла, що дозволяють досягти роздільної здатності більш 5000 ліній на міліметр. Іноді застосовуються фотопластинки на основі біхромованої желатини, які володіють ще більшою роздільною здатністю, дозволяючи записувати дуже яскраві голограми (до 90 % падаючого світла перетворюється в зображення).

Існує метод запису з допомогою лужно-галоїдних кристалів (хлорид калію та інші). В останні роки інтенсивно розробляються реєструючі середовища на базі голографічних фотополімерних матеріалів. Цю багатокомпонентну суміш органічних речовин наносять у вигляді найтоншої плівки на скляну або плівкову підкладку. Такі носії менш дорогі і громіздкі, проте містять меншу кількість інформації з порівнянні з кристалічними аналогами.

Голограма в домашніх умовах

Сьогодні будь-який бажаючий може записувати голограми середньої якості в домашніх умовах без використання спеціального обладнання. Для цього досить створити якийсь каркас, на якому будуть нерухомо встановлені лазер, фотопластинка (як правило, ПФГ-03М) і вибраний об’єкт запису.

Самим простим у використанні і доступним джерелом когерентного світла є лазерні указки. Після відкручування або відпилювання фокусуючої лінзи промінь указка починає світити подібно ліхтарику. Це дозволяє висвітлити фотопластинку і об’єкт, розташований за нею. Необхідно тільки зафіксувати яким-небудь чином (наприклад, білизняною прищіпкою) кнопку указки у включеному стані.

Але, з іншого боку, в подібних хитрощі вже немає потреби – адже перша версія голографічних смартфонів «Takee 1» був офіційно представлений світу ще в 2014 році компанією «Estar Technology». Пристрій відслідковує положення очей користувача за допомогою фронтальної камери і 4 додаткових фронтальних модулів, і створює голографічні 3D-зображення, для перегляду яких не потрібні окуляри.