Holografia: Rejestrowanie Całej Fali Świetlnej, Nie Tylko Obrazu

Zdjęcie traci fazę. Holografia ją zachowuje.

Zwykłe zdjęcie rejestruje jedynie intensywność światła uderzającego w film – jak mocne jest każde punktowe oświetlenie. Pomija informacje o fazie: czyli o dokładnym czasie przybycia szczytów i dolnych punktów fal, co koduje kierunek, z którego padło światło, a więc wrażenie głębi. Holografia, wynaleziona przez Dennisa Gabora w 1948 roku (Nagroda Nobla, 1971), odzyskuje fazę dzięki sztuczki zapożyczonej z radiowej inżynierii: miesza nieznany sygnał z znanym sygnałem referencyjnym i rejestruje wynikające z tego interferencję, dokładnie tak jak robi odbiornik heterodynny.

Nagrywanie: wiązka obiektu spotyka się z wiązką referencyjną

Laser jest dzielony na dwie spójne wiązki. Wiązka obiektu oświetla scenę i rozprasza się w kierunku medium rejestracyjnego, przenosząc z sobą pełną, skomplikowaną frawę – zarówno amplitudę, jak i fazę. Wiązka referencyjna podróżuje prosto do tego samego medium bez zakłóceń. Tam, gdzie się nakładają, interferują, a medium rejestrujące (wysoko rozdzielna emulsja fotograficzna lub czujnik cyfrowy dla hologramu generowanego komputerowo) rejestruje tylko intensywność – ale ponieważ ta intensywność jest modulowana przez różnicę fazową między światłem obiektu i referencyjnym, informacja fazowa przetrwała, zakodowana jako precyzyjne ułożenie i kontrast mikroskopijnych smug.

object beam:     O = Ao·exp(iφo)      (amplitude Ao, phase φo)
reference beam:  R = Ar·exp(iφr)

recorded intensity:  I = |O + R|²
                       = Ao² + Ar² + 2·Ao·Ar·cos(φo − φr)
                                     └── the fringe term that
                                         encodes phase ──┘

Rekonstrukcja: oświetl obrzeża, odzyskaj falę

Rozwijaj medium i skieruj wiązkę przypominającą oryginalny promień referencyjny przez nie. Zarejestrowany wzór prążków działa jako złożony pryzmat dyfrakcyjny: rozprasza padający promień na kilka składników jednocześnie. Jedna z rozproszonych kolejności dokładnie reprodukuje falową powierzchnię pierwotnego obiektu – oko obserwatora nie jest w stanie odróżnić jej od światła, które pierwotnie rozproszyło się od rzeczywistego obiektu, a więc postrzega pełny paralaksę i głębię, wirtualny obraz znajdujący się za płytą. Druga kolejność wypromieniowuje się, tworząc obraz rzeczywisty przed płytą, który można rzucić na ekran. Trzecia, niezakrzywiona składnik po prostu przechodzi przez nią bez zmian.

Off-axis holografia i oddzielanie trzech wiązy

Początkowa geometria w linii roboczej Gabora miała wszystkie trzy składowe – światło nieściągnięte, obraz wirtualny i obraz rzeczywisty – nakładające się na siebie wzdłuż tego samego osi, co powodowało rozmazane rekonstrukcje. W 1962 roku Emmett Leith i Juris Upatnieks (zapewnieni przez niedawno wynaleziony laser, który ostatecznie dostarczył długość koherentną, której nie mogło zapewnić lampa rtęciowa Gabora) przechylili wiąź referencyjną w bok. Ten kątowy przesunięcie przestrzennie oddziela trzy składowe rozszczepione, co pozwala na samodzielne oglądanie czystego obrazu wirtualnego, wolnego od innych rzędów – innowacja, która przekształciła holografię z ciekawostki laboratoryjnej w praktyczną technikę obrazowania.

Przesłanie versus odbicia holograficzne

W holografii przesłaniającej wiąże się obiekt i wiąźnik referencyjny z tej samej strony, a obserwacja wymaga promienia o tej samej długości fali przechodzącego przez płytę – zwykle lasera. W holografii odbiciowej (Yuri Denisyuk, 1962), wiązki dochodzące z przeciwnych stron rejestrują płaszczyzny brzegów w przybliżeniu równoległe do powierzchni emalii, oddzielone od siebie o długość fali światła. Te wewnętrzne płaszczyzny brzegowe działają jak lustro Bragg, dostrojone do wąskiego pasma długości fal, dzięki czemu holografię odbiciową można obserwować w zwykłym białym świetle – płytę sama filtruje wszystkie długości fale z wyjątkiem tej, która spełnia warunek Bragg pod kątem widzenia, co wyjaśnia, dlaczego zabezpieczone hologramy na banknotach i kartach kredytowych można zobaczyć bez lasera.

Frequently asked questions

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Holography Concept i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.