A imagem holográfica é cada vez mais utilizada atualmente. Alguns até acreditam que pode eventualmente substituir os meios de comunicação que conhecemos. Goste ou não, mas agora é usado ativamente em uma variedade de indústrias. Por exemplo, todos estamos familiarizados com adesivos holográficos. Muitos fabricantes os utilizam como meio de proteção contra a falsificação. A foto abaixo mostra alguns dos adesivos holográficos. Seu uso é uma maneira muito eficaz de proteger bens ou documentos contra falsificação.
História do estudo da holografia
A imagem tridimensional resultante da refração dos raios começou a ser estudada há relativamente pouco tempo. No entanto, já podemos falar da existência de uma história do seu estudo. Dennis Gabor, um cientista inglês, definiu pela primeira vez a holografia em 1948. Essa descoberta foi muito importante, mas seu grande significado na época ainda não era óbvio. Os pesquisadores que trabalhavam na década de 1950 sofriam com a f alta de uma fonte de luz coerente, uma propriedade muito importante para o desenvolvimento da holografia. Primeiro laserfoi feito em 1960. Com este dispositivo é possível obter luz com coerência suficiente. Juris Upatnieks e Immet Leith, cientistas americanos, usaram-no para criar os primeiros hologramas. Com a ajuda deles, foram obtidas imagens tridimensionais de objetos.
Nos anos seguintes, a pesquisa continuou. Centenas de artigos científicos explorando o conceito de holografia já foram publicados, e muitos livros foram publicados sobre o método. No entanto, essas obras são dirigidas a especialistas, não ao leitor em geral. Neste artigo vamos tentar contar tudo em uma linguagem acessível.
O que é holografia
Pode-se propor a seguinte definição: holografia é uma fotografia tridimensional obtida por meio de laser. No entanto, essa definição não é totalmente satisfatória, pois existem muitos outros tipos de fotografia tridimensional. No entanto, reflete o mais significativo: a holografia é um método técnico que permite "registrar" a aparência de um objeto; com sua ajuda, é obtida uma imagem tridimensional que se parece com um objeto real; o uso de lasers teve um papel decisivo em seu desenvolvimento.
Holografia e suas aplicações
O estudo da holografia nos permite esclarecer muitas questões relacionadas à fotografia convencional. Como arte visual, a imagem tridimensional pode até desafiar o último, pois permite que você reflita o mundo ao seu redor de forma mais precisa e correta.
Os cientistas às vezes destacam eras na história da humanidade por meio deconexões que eram conhecidas em certos séculos. Podemos falar, por exemplo, dos hieróglifos que existiam no antigo Egito, da invenção da prensa tipográfica em 1450. Em conexão com o progresso tecnológico observado em nosso tempo, novos meios de comunicação, como a televisão e o telefone, assumiram uma posição dominante. Embora o princípio holográfico ainda esteja em sua infância quando se trata de seu uso na mídia, há razões para acreditar que dispositivos baseados nele no futuro poderão substituir os meios de comunicação por nós conhecidos, ou pelo menos expandir sua escopo.
Literatura de ficção científica e impressão mainstream muitas vezes retratam a holografia na luz errada e distorcida. Eles muitas vezes criam um equívoco sobre esse método. A imagem volumétrica, vista pela primeira vez, fascina. No entanto, não menos impressionante é a explicação física do princípio de seu dispositivo.
Padrão de interferência
A capacidade de ver objetos é baseada no fato de que as ondas de luz, refratadas por eles ou refletidas por eles, entram em nosso olho. As ondas de luz refletidas de algum objeto são caracterizadas pela forma da frente de onda correspondente à forma desse objeto. O padrão de faixas escuras e claras (ou linhas) é criado por dois grupos de ondas de luz coerentes que interferem. É assim que se forma uma holografia volumétrica. Nesse caso, essas bandas em cada caso particular constituem uma combinação que depende apenas da forma das frentes de onda das ondas que interagem entre si. Tala imagem é chamada de interferência. Pode ser fixado, por exemplo, em chapa fotográfica, se colocado em local onde se observe interferência de ondas.
Variedade de hologramas
O método que permite gravar (registrar) a frente de onda refletida do objeto, e depois restaurá-la para que pareça ao observador que ele vê um objeto real, e é holografia. Este é um efeito devido ao fato de que a imagem resultante é tridimensional da mesma forma que o objeto real.
Existem muitos tipos diferentes de hologramas que são fáceis de confundir. Para definir inequivocamente uma espécie particular, quatro ou mesmo cinco adjetivos devem ser usados. De todo o seu conjunto, consideraremos apenas as principais classes usadas pela holografia moderna. No entanto, primeiro você precisa falar um pouco sobre um fenômeno de onda como a difração. É ela quem nos permite construir (ou melhor, reconstruir) a frente de onda.
Difração
Se algum objeto estiver no caminho da luz, ele projeta uma sombra. A luz se curva ao redor deste objeto, entrando parcialmente na área de sombra. Esse efeito é chamado de difração. É explicado pela natureza ondulatória da luz, mas é bastante difícil explicá-lo estritamente.
Somente em um ângulo muito pequeno a luz penetra na área de sombra, então dificilmente notamos isso. No entanto, se houver muitos pequenos obstáculos em seu caminho, cuja distância entre eles é de apenas alguns comprimentos de onda de luz, esse efeito se torna bastante perceptível.
Se a queda da frente de onda recair sobre um único obstáculo grande, a parte correspondente dele "cai", o que praticamente não afeta a área restante dessa frente de onda. Se houver muitos pequenos obstáculos em seu caminho, ele muda como resultado da difração, de modo que a luz que se propaga atrás do obstáculo terá uma frente de onda qualitativamente diferente.
A transformação é tão forte que a luz até começa a se espalhar na outra direção. Acontece que a difração nos permite transformar a frente de onda original em uma completamente diferente. Assim, a difração é o mecanismo pelo qual obtemos uma nova frente de onda. O dispositivo que o forma da maneira acima é chamado de rede de difração. Vamos falar sobre isso com mais detalhes.
Rede de difração
Esta é uma pequena placa com traços finos e retos paralelos (linhas) aplicados sobre ela. Eles estão separados um do outro por um centésimo ou mesmo um milésimo de milímetro. O que acontece se um feixe de laser encontrar uma grade em seu caminho, que consiste em várias listras escuras e brilhantes embaçadas? Parte dele vai direto pela grade e parte vai dobrar. Assim, duas novas vigas são formadas, que saem da grade em um determinado ângulo em relação à viga original e estão localizadas em ambos os lados da mesma. Se um feixe de laser possui, por exemplo, uma frente de onda plana, dois novos feixes formados em suas laterais também terão frentes de onda planas. Assim, passando pordifração do raio laser de grade, formamos duas novas frentes de onda (planas). Aparentemente, uma grade de difração pode ser considerada o exemplo mais simples de um holograma.
Registro de Holograma
A introdução aos princípios básicos da holografia deve começar com o estudo de duas frentes de onda planas. Interagindo, eles formam um padrão de interferência, que é registrado em uma chapa fotográfica colocada no mesmo local da tela. Essa etapa do processo (a primeira) em holografia é chamada de gravação (ou registro) do holograma.
Restauração de imagem
Vamos supor que uma das ondas planas é A, e a segunda é B. A onda A é chamada de onda de referência, e B é chamada de onda de objeto, ou seja, refletida do objeto cuja imagem é fixa. Pode não diferir de forma alguma da onda de referência. No entanto, ao criar um holograma de um objeto real tridimensional, uma frente de onda muito mais complexa de luz refletida do objeto é formada.
O padrão de interferência apresentado no filme fotográfico (ou seja, a imagem de uma rede de difração) é um holograma. Ele pode ser colocado no caminho do feixe primário de referência (um feixe de luz laser com uma frente de onda plana). Neste caso, 2 novas frentes de onda são formadas em ambos os lados. A primeira delas é uma cópia exata da frente de onda do objeto, que se propaga na mesma direção da onda B. O estágio acima é chamado de reconstrução de imagem.
Processo holográfico
O padrão de interferência criado por doisondas planas coerentes, após seu registro em chapa fotográfica, é um dispositivo que permite, no caso da iluminação de uma dessas ondas, restaurar outra onda plana. O processo holográfico, portanto, tem as seguintes etapas: registro e posterior "armazenamento" da frente do objeto onda na forma de holograma (padrão de interferência), e sua restauração após qualquer momento em que a onda de referência passe pelo holograma.
A frente de onda objetiva pode ser qualquer coisa. Por exemplo, pode ser refletido de algum objeto real, se ao mesmo tempo for coerente com a onda de referência. Formado por quaisquer duas frentes de onda com coerência, o padrão de interferência é um dispositivo que permite, por difração, transformar uma dessas frentes em outra. É aqui que a chave para um fenômeno como a holografia está escondida. Dennis Gabor foi o primeiro a descobrir esta propriedade.
Observação da imagem formada pelo holograma
No nosso tempo, um dispositivo especial, um projetor holográfico, está começando a ser usado para ler hologramas. Permite converter uma imagem de 2D para 3D. No entanto, para visualizar hologramas simples, não é necessário um projetor holográfico. Vamos falar brevemente sobre como visualizar essas imagens.
Para observar a imagem formada pelo holograma mais simples, você precisa colocá-lo a uma distância de cerca de 1 metro do olho. Você precisa olhar através da grade de difração na direção em que as ondas planas (reconstruídas) saem dela. Como são as ondas planas que entram no olho do observador, a imagem holográfica também é plana. Parece-nos como uma "parede cega", que é iluminada uniformemente por uma luz que tem a mesma cor da radiação laser correspondente. Uma vez que esta "parede" é desprovida de características específicas, é impossível determinar a sua distância. Parece que você está olhando para uma parede estendida localizada no infinito, mas ao mesmo tempo você vê apenas uma parte dela, que você pode ver através de uma pequena "janela", ou seja, um holograma. Portanto, um holograma é uma superfície uniformemente luminosa na qual não notamos nada digno de atenção.
A grade de difração (holograma) nos permite observar vários efeitos simples. Eles também podem ser demonstrados usando outros tipos de hologramas. Passando pela grade de difração, o feixe de luz é dividido, dois novos feixes são formados. Os feixes de laser podem ser usados para iluminar qualquer grade de difração. Neste caso, a radiação deve diferir em cor daquela usada durante sua gravação. O ângulo de curvatura de um feixe de cor depende da cor que ele possui. Se for vermelho (o comprimento de onda mais longo), esse feixe será dobrado em um ângulo maior que o feixe azul, que tem o comprimento de onda mais curto.
Através da grade de difração, você pode pular uma mistura de todas as cores, ou seja, branco. Nesse caso, cada componente de cor desse holograma é dobrado em seu próprio ângulo. A saída é um espectrosemelhante ao criado por um prisma.
Colocação do curso da grade de difração
Os traçados da grade de difração devem ser feitos bem próximos uns dos outros para que a curvatura dos raios seja perceptível. Por exemplo, para dobrar o feixe vermelho em 20°, é necessário que a distância entre os traços não exceda 0,002 mm. Se eles forem colocados mais próximos, o feixe de luz começa a se curvar ainda mais. Para "registrar" essa grade, é necessária uma chapa fotográfica, capaz de registrar detalhes tão finos. Além disso, é necessário que a placa permaneça completamente imóvel durante a exposição, bem como durante o registro.
A imagem pode ficar significativamente desfocada mesmo com o menor movimento, e tanto que será completamente indistinguível. Neste caso, veremos não um padrão de interferência, mas simplesmente uma placa de vidro, uniformemente preta ou cinza em toda a sua superfície. Obviamente, neste caso, os efeitos de difração gerados pela grade de difração não serão reproduzidos.
Hologramas de transmissão e refletivos
A rede de difração que consideramos é chamada de transmissiva, pois atua na luz que passa por ela. Se aplicarmos as linhas de grade não em uma placa transparente, mas na superfície de um espelho, obteremos uma grade de difração refletiva. Ele reflete diferentes cores de luz de diferentes ângulos. Assim, existem duas grandes classes de hologramas - refletivos e transmissivos. Os primeiros são observados na luz refletida, enquanto os últimos são observados na luz transmitida.
