Холографія: Запис Цілої Хвильової Фронт, А Не Просто Зображення

Фотографія втрачає фазу. Голографія її зберігає.

Звичайна фотографія записує лише інтенсивність світла, що потрапляє на плівку — як яскравою є кожна точка. Вона відкидає фазу: інформацію про те, коли саме приходять гребені та дну хвиль, що кодує напрямок, яким йшов світ, і тому відчуття глибини. Голографія, яку винайшов Денніс Габор у 1948 році (Нобелівська премія, 1971), відновлює фазу за допомогою хитрості, запозиченої з радіоінженерії: змішує невідомий сигнал із відомим опорним сигналом і записує результат інтерференції, точно так само, як робить гетеродинний приймач.

Запис: промінь світла зустрічає опорний промінь

Лазер розділяється на два послідовні промені. Об'єктний промінь освітлює сцену та розсіюється до носія запису, несучи з собою всю складну фронтальну хвилю — амплітуду та фазу. Опорний промінь прямує прямо до того ж носія без перешкод. Де вони перетинаються, відбувається інтерференція, і носій запису (високороздільна фотоемульсія або цифровий датчик для комп'ютерної голографії) захоплює лише інтенсивність — але завдяки тому, що ця інтенсивність модулюється фазовою різницею між об'єктним та опорним світлом, інформація про фазу зберігається, закодована як точна відстань і контраст мікроскопічних петель.

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 ──┘

Відновлення: прояснюємо краї по краях, відновлюємо хвилю

Розробіть середу та спрямуйте промінь, що нагадує оригінальний опорний промінь, назад через неї. Зафіксований малюнок інтерференції діє як складний дифракційний решітка: він розсіює освітлюючий промінь на кілька компонентів одночасно. Один розсіяний порядок точно відтворює хвильовий фронт початкового об’єкта – око спостерігача не може відрізнити його від світла, яке колись розсіяне реальним об'єктом, і тому сприймає повну параллакс та глибину, віртуальне зображення, що знаходиться за пластиною. Другий порядок збігається, утворюючи справжнє зображення перед пластиною, яке можна проектувати на екран. Третій, нерозсіяний компонент просто проходить крізь нього без змін.

Аксиальна голографія та розділення трьох променів

Спочатку геометрія Gabor'а, яка була прямолінійною, включала всі три компоненти — непройдене світло, віртуальне зображення та реальне зображення — перекриваючись вздовж однієї осі, що робило реконструкцію розмитою. У 1962 році Еммент Лейт та Юріс Упатнікс (за підтримки нещодавно винайденого лазера, який забезпечив необхідну довжину когуєності, яку не міг надати меркуричний лампа Gabor'а) змістили відносну площину на бік. Це просторове зміщення розділяє три компоненти, що відбиваються, і таким чином чисте віртуальне зображення може бути спостережене окремо, без інших порядків — інновація, яка перетворила голографію з лабораторної дивовиги на практичну технікуimaging.

Передача проти голограм відображення

У передавальній голограмі об’єкт та опорний промінь прибувають з одного боку, і перегляд вимагає променя тієї ж довжини хвилі, що проходить через пластину — зазвичай лазер. У голограмі відображення (Юрій Денісюк, 1962 рік), промені приходять з протилежних сторін, записуючи пліви, розділені приблизно на поверхні емульсії, та відстані відповідають довжині хвилі світла. Ці внутрішні плівки діють як дзеркало Брэгга, налаштоване на вузький діапазон довжин хвиль, тому голограму відображення можна розглядати у звичайному білому світлі — сама пластина фільтрує всі довжини хвиль, крім тієї, яка задовольняє умові Брэгга під кутом перегляду, що пояснює, чому захисні голограми на банкнотах та кредитних картках можна бачити без лазера.

Часті запитання

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Holography Concept і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.