Голография — это метод, позволяющий записывать и впоследствии восстанавливать волновой фронт . Он наиболее известен как метод создания трехмерных изображений и имеет широкий спектр других применений, включая хранение данных, микроскопию и интерферометрию. В принципе, можно создать голограмму для любого типа волны.
Голограмма — это запись интерференционной картины , которая может воспроизводить трехмерное световое поле с помощью дифракции . В общем смысле голограмма — это запись любого типа волнового фронта в форме интерференционной картины. Она может быть создана путем захвата света с реальной сцены или может быть сгенерирована компьютером, в этом случае она известна как компьютерная голограмма , которая может показывать виртуальные объекты или сцены. Оптической голографии требуется лазерный свет для записи светового поля. Воспроизведенное световое поле может генерировать изображение, которое имеет глубину и параллакс исходной сцены. [1] Голограмма обычно неразборчива при просмотре в условиях рассеянного окружающего света . При соответствующем освещении интерференционная картина дифрагирует свет в точное воспроизведение исходного светового поля, и объекты, которые были в ней, демонстрируют визуальные признаки глубины, такие как параллакс и перспектива , которые реалистично изменяются при разных углах просмотра. То есть вид изображения с разных углов показывает объект, рассматриваемый с одинаковых углов.
Голограмма традиционно создается путем наложения второго волнового фронта, известного как опорный луч, на интересующий волновой фронт. Это создает интерференционную картину, которая затем фиксируется на физическом носителе. Когда записанная интерференционная картина позже освещается вторым волновым фронтом, она дифрагирует, воссоздавая исходный волновой фронт. [2] Трехмерное изображение голограммы часто можно просматривать с помощью нелазерного света. Однако в обычной практике основные компромиссы в качестве изображения делаются, чтобы устранить необходимость лазерного освещения для просмотра голограммы.
Компьютерная голограмма создается путем цифрового моделирования и объединения двух волновых фронтов для создания изображения интерференционной картины. Затем это изображение может быть напечатано на маске или пленке и освещено соответствующим источником света для реконструкции желаемого волнового фронта. [2] В качестве альтернативы изображение интерференционной картины может быть напрямую отображено на динамическом голографическом дисплее. [3]
Голографическая портретная живопись часто прибегает к неголографической промежуточной процедуре формирования изображений, чтобы избежать опасных мощных импульсных лазеров , которые были бы необходимы для оптической «заморозки» движущихся объектов так же идеально, как того требует крайне нетерпимый к движению процесс голографической записи. Ранняя голография требовала мощных и дорогих лазеров. В настоящее время для создания голограмм можно использовать массово производимые недорогие лазерные диоды , такие как те, что используются в DVD-рекордерах и в других распространенных приложениях. Они сделали голографию гораздо более доступной для малобюджетных исследователей, художников и преданных любителей.
Большинство производимых голограмм представляют собой статические объекты, но в настоящее время разрабатываются системы для отображения изменяющихся сцен на динамических голографических дисплеях. [4] [5]
Слово голография происходит от греческих слов ὅλος ( holos ; «целый») и γραφή ( graphē ; « писать » или « рисовать »).
Венгерско - британский физик Деннис Габор изобрел голографию в 1948 году, когда он искал способ улучшить разрешение изображения в электронных микроскопах . [6] [7] [8] Работа Габора была основана на пионерских работах в области рентгеновской микроскопии других ученых, включая Мечислава Вольфке в 1920 году и Уильяма Лоуренса Брэгга в 1939 году. [9] Формулировка голографии стала неожиданным результатом исследований Габора по улучшению электронных микроскопов в британской компании Thomson-Houston Company (BTH) в Рагби , Англия, и компания подала заявку на патент в декабре 1947 года (патент GB685286). Первоначально изобретенная техника до сих пор используется в электронной микроскопии, где она известна как электронная голография . Габор был удостоен Нобелевской премии по физике в 1971 году «за изобретение и разработку голографического метода». [10]
Оптическая голография не развивалась по-настоящему до появления лазера в 1960 году. Развитие лазера позволило создать в 1962 году первые практические оптические голограммы, которые записывали трехмерные объекты. Это удалось сделать Юрию Денисюку в Советском Союзе [11] и Эммету Лейту и Юрису Упатниексу в Мичиганском университете , США. [12]
Ранние оптические голограммы использовали фотографические эмульсии галогенида серебра в качестве записывающей среды. Они были не очень эффективны, поскольку полученная дифракционная решетка поглощала большую часть падающего света. Были разработаны различные методы преобразования изменения пропускания в изменение показателя преломления (известные как «отбеливание»), что позволило производить гораздо более эффективные голограммы. [13] [14] [15]
Крупный шаг в области голографии был сделан Стивеном Бентоном , который изобрел способ создания голограмм, которые можно просматривать при естественном свете вместо лазеров. Они называются радужными голограммами . [8]
Голография — это метод записи и реконструкции световых полей. [16] : Раздел 1 Световое поле, как правило, является результатом рассеивания источника света от объектов. Голографию можно рассматривать как нечто похожее на запись звука , в которой звуковое поле, созданное вибрирующей материей, такой как музыкальные инструменты или голосовые связки , кодируется таким образом, что его можно воспроизвести позже, без присутствия исходной вибрирующей материи. [17] Однако это еще больше похоже на запись звука Ambisonic , в которой любой угол прослушивания звукового поля может быть воспроизведен при воспроизведении.
В лазерной голографии голограмма записывается с помощью источника лазерного света, который очень чист по цвету и упорядочен по составу. Могут использоваться различные установки, и могут быть сделаны несколько типов голограмм, но все они включают взаимодействие света, приходящего с разных направлений, и создание микроскопической интерференционной картины, которую фотографически регистрирует пластина , пленка или другой носитель .
В одной из распространенных схем лазерный луч разделяется на два, один из которых называется объектным лучом , а другой — опорным лучом . Объектный луч расширяется путем пропускания его через линзу и используется для освещения объекта. Носитель записи располагается там, где этот свет, после отражения или рассеивания объектом, попадет на него. Края носителя в конечном итоге будут служить окном, через которое виден объект, поэтому его местоположение выбирается с учетом этого. Опорный луч расширяется и светит непосредственно на носитель, где он взаимодействует со светом, исходящим от объекта, для создания желаемой интерференционной картины.
Как и обычная фотография, голография требует соответствующего времени экспозиции для правильного воздействия на носитель записи. В отличие от обычной фотографии, во время экспозиции источник света, оптические элементы, носитель записи и объект должны оставаться неподвижными относительно друг друга, в пределах примерно четверти длины волны света, иначе интерференционная картина будет размыта, а голограмма испорчена. С живыми объектами и некоторыми нестабильными материалами это возможно только при использовании очень интенсивного и чрезвычайно короткого импульса лазерного света, опасной процедуры, которая редко применяется за пределами научных и промышленных лабораторных условий. Типичными являются экспозиции длительностью от нескольких секунд до нескольких минут с использованием непрерывно работающего лазера гораздо меньшей мощности.
Голограмму можно сделать, направив часть светового луча непосредственно на носитель записи, а другую часть — на объект таким образом, чтобы часть рассеянного света попадала на носитель записи. Более гибкая схема записи голограммы требует, чтобы лазерный луч был направлен через ряд элементов, которые изменяют его по-разному. Первый элемент — это светоделитель , который делит луч на два идентичных луча, каждый из которых направлен в разных направлениях:
В качестве носителя записи можно использовать несколько различных материалов. Одним из наиболее распространенных является пленка, очень похожая на фотопленку ( фотоэмульсия на основе галогенида серебра ), но с гораздо меньшими светочувствительными зернами (предпочтительно с диаметром менее 20 нм), что делает ее способной к гораздо более высокому разрешению , которое требуется для голограмм. Слой этого носителя записи (например, галогенида серебра) прикреплен к прозрачной подложке, которая обычно представляет собой стекло, но может быть и пластиковой.
Когда два лазерных луча достигают носителя записи, их световые волны пересекаются и интерферируют друг с другом. Именно эта интерференционная картина запечатлевается на носителе записи. Сама картина, по-видимому, случайна, поскольку она представляет собой способ, которым свет сцены интерферировал с исходным источником света, но не сам исходный источник света. Интерференционную картину можно считать закодированной версией сцены, требующей определенного ключа — исходного источника света — для просмотра ее содержимого.
Этот недостающий ключ предоставляется позже путем освещения проявленной пленки лазером, идентичным тому, который использовался для записи голограммы. Когда этот луч освещает голограмму, он дифрагирует на поверхностном рисунке голограммы. Это создает световое поле, идентичное изначально созданному сценой и рассеянному на голограмме.
Голографию можно лучше понять, изучив ее отличия от обычной фотографии :
Для лучшего понимания процесса необходимо понимать интерференцию и дифракцию. Интерференция происходит, когда один или несколько волновых фронтов накладываются друг на друга. Дифракция происходит, когда волновой фронт сталкивается с объектом. Процесс создания голографической реконструкции объясняется ниже исключительно в терминах интерференции и дифракции. Он несколько упрощен, но достаточно точен, чтобы дать понимание того, как работает голографический процесс.
Тем, кто не знаком с этими концепциями, стоит прочитать эти статьи, прежде чем читать дальше эту статью.
Дифракционная решетка — это структура с повторяющимся рисунком. Простым примером является металлическая пластина с прорезями, расположенными на равных интервалах. Световая волна, падающая на решетку, разделяется на несколько волн; направление этих дифрагированных волн определяется шагом решетки и длиной волны света.
Простую голограмму можно сделать, наложив две плоские волны от одного и того же источника света на голографическую записывающую среду. Две волны интерферируют, создавая прямолинейный рисунок полос , интенсивность которого изменяется синусоидально поперек среды. Расстояние между полосами определяется углом между двумя волнами и длиной волны света.
Записанный световой узор представляет собой дифракционную решетку. Когда она освещается только одной из волн, использованных для ее создания, можно показать, что одна из дифрагированных волн возникает под тем же углом, под которым изначально падала вторая волна, так что вторая волна «реконструируется». Таким образом, записанный световой узор представляет собой голографическую запись, как определено выше.
Если носитель записи освещается точечным источником и нормально падающей плоской волной, то результирующая картина представляет собой синусоидальную зонную пластинку , которая действует как отрицательная линза Френеля , фокусное расстояние которой равно расстоянию между точечным источником и плоскостью записи.
Когда плоский волновой фронт освещает отрицательную линзу, он расширяется в волну, которая кажется расходящейся от фокусной точки линзы. Таким образом, когда записанный рисунок освещается исходной плоской волной, часть света дифрагирует в расходящийся луч, эквивалентный исходной сферической волне; была создана голографическая запись точечного источника.
Если во время записи плоская волна падает под углом, отличным от нормального, то формируемая картина становится более сложной, но при освещении под исходным углом она по-прежнему действует как отрицательная линза.
Для записи голограммы сложного объекта лазерный луч сначала разделяется на два луча света. Один луч освещает объект, который затем рассеивает свет на записывающий носитель. Согласно теории дифракции, каждая точка в объекте действует как точечный источник света, поэтому записывающий носитель можно считать освещенным набором точечных источников, расположенных на разных расстояниях от носителя.
Второй (опорный) луч освещает носитель записи напрямую. Каждая точечная исходная волна интерферирует с опорным лучом, создавая собственную синусоидальную зонную пластину в носителе записи. Результирующий рисунок представляет собой сумму всех этих «зонных пластин», которые объединяются, чтобы создать случайный ( спекл ) рисунок, как на фотографии выше.
Когда голограмма освещается исходным опорным лучом, каждая из отдельных зонных пластинок реконструирует объектную волну, которая ее создала, и эти отдельные волновые фронты объединяются для реконструкции всего объектного луча. Зритель воспринимает волновой фронт, который идентичен волновому фронту, рассеянному от объекта на носителе записи, так что кажется, что объект все еще на месте, даже если он был удален.
Художники рано увидели потенциал голографии как средства и получили доступ к научным лабораториям для создания своих работ. Голографическое искусство часто является результатом сотрудничества ученых и художников, хотя некоторые голографы считают себя и художниками, и учеными.
Сальвадор Дали утверждал, что был первым, кто использовал голографию в художественном плане. Он, безусловно, был первым и самым известным сюрреалистом, сделавшим это, но нью-йоркской выставке голограмм Дали 1972 года предшествовала выставка голографического искусства, которая прошла в Академии искусств Крэнбрук в Мичигане в 1968 году, и выставка в галерее колледжа Финч в Нью-Йорке в 1970 году, которая привлекла внимание национальных СМИ. [18] В Великобритании Маргарет Беньон начала использовать голографию в качестве художественного средства в конце 1960-х годов и провела персональную выставку в художественной галерее Ноттингемского университета в 1969 году. [19] За этим последовала персональная выставка в 1970 году в галерее Лиссон в Лондоне, которая была объявлена «первой лондонской выставкой голограмм и стереоскопических картин». [20]
В 1970-х годах было создано несколько художественных студий и школ, каждая из которых имела свой особый подход к голографии. В частности, была Школа голографии в Сан-Франциско, основанная Ллойдом Кроссом , Музей голографии в Нью-Йорке, основанный Розмари (Пози) Х. Джексон, Королевский колледж искусств в Лондоне и Симпозиумы колледжа Лейк-Форест, организованные Тунг Чонгом . [21] Ни одна из этих студий не существует до сих пор; однако есть Центр голографического искусства в Нью-Йорке [22] и HOLOcenter в Сеуле, который предлагает художникам место для создания и экспонирования работ.
В 1980-х годах многие художники, работавшие с голографией, способствовали распространению этого так называемого «нового средства» в мире искусства, например, Харриет Касдин-Сильвер из США, Дитер Юнг из Германии и Мойсес Баумштейн из Бразилии , каждый из которых искал подходящий «язык» для использования с трехмерной работой, избегая простого голографического воспроизведения скульптуры или объекта. Например, в Бразилии многие конкретные поэты (Аугусто де Кампос, Десио Пиньятари, Хулио Плаза и Хосе Вагнер Гарсия, связанный с Мойсесом Баумштейном ) нашли в голографии способ самовыражения и обновления Конкретной Поэзии .
Небольшая, но активная группа художников по-прежнему интегрирует голографические элементы в свои работы. [23] Некоторые из них связаны с новыми голографическими методами; например, художник Мэтт Брэнд [24] использовал вычислительную конструкцию зеркала, чтобы устранить искажение изображения от зеркальной голографии .
Музей Массачусетского технологического института [25] и музей Джонатана Росса [26] располагают обширными коллекциями голографий и онлайн-каталогами художественных голограмм.
Голографическое хранение данных — это метод, который позволяет хранить информацию с высокой плотностью внутри кристаллов или фотополимеров. Возможность хранить большие объемы информации в каком-либо носителе имеет большое значение, поскольку многие электронные продукты включают в себя устройства хранения. Поскольку современные методы хранения, такие как Blu-ray Disc, достигают предела возможной плотности данных (из-за ограниченного дифракцией размера записывающих лучей), голографическое хранение имеет потенциал стать следующим поколением популярных носителей данных. Преимущество этого типа хранения данных заключается в том, что используется объем записывающего носителя, а не только поверхность. В настоящее время доступные SLM могут производить около 1000 различных изображений в секунду с разрешением 1024×1024 бит, что приведет к скорости записи около одного гигабита в секунду . [27]
В 2005 году такие компании, как Optware и Maxell, выпустили 120-миллиметровый диск, который использует голографический слой для хранения данных в потенциале 3,9 ТБ , формат под названием Holographic Versatile Disc . По состоянию на сентябрь 2014 года ни один коммерческий продукт не был выпущен.
Другая компания, InPhase Technologies , разрабатывала конкурирующий формат, но в 2011 году обанкротилась, и все ее активы были проданы Akonia Holographics, LLC.
В то время как многие модели хранения голографических данных использовали хранение на основе страниц, где каждая записанная голограмма содержит большой объем данных, более поздние исследования использования «микроголограмм» субмикрометрового размера привели к нескольким потенциальным решениям для хранения 3D-оптических данных . Хотя этот подход к хранению данных не может достичь высоких скоростей передачи данных хранения на основе страниц, допуски, технологические препятствия и стоимость производства коммерческого продукта значительно ниже.
В статической голографии запись, проявление и реконструкция происходят последовательно, в результате чего получается постоянная голограмма.
Существуют также голографические материалы, которые не нуждаются в процессе проявления и могут записывать голограмму за очень короткое время. Это позволяет использовать голографию для выполнения некоторых простых операций полностью оптическим способом. Примерами применения таких голограмм в реальном времени являются зеркала с фазовым сопряжением («обращение времени» света), оптическая кэш-память, обработка изображений (распознавание образов изменяющихся во времени изображений) и оптические вычисления .
Количество обработанной информации может быть очень высоким (терабит/с), поскольку операция выполняется параллельно на всем изображении. Это компенсирует тот факт, что время записи, которое составляет порядка микросекунды , все еще очень велико по сравнению со временем обработки электронного компьютера. Оптическая обработка, выполняемая динамической голограммой, также гораздо менее гибка, чем электронная обработка. С одной стороны, нужно выполнять операцию всегда на всем изображении, а с другой стороны, операция, которую может выполнять голограмма, в основном является либо умножением, либо фазовым сопряжением. В оптике сложение и преобразование Фурье уже легко выполняются в линейных материалах, последнее просто линзой. Это делает возможными некоторые приложения, такие как устройство, которое сравнивает изображения оптическим способом. [28]
Поиск новых нелинейных оптических материалов для динамической голографии является активной областью исследований. Наиболее распространенными материалами являются фоторефрактивные кристаллы , но в полупроводниках или полупроводниковых гетероструктурах (таких как квантовые ямы ), атомных парах и газах, плазме и даже жидкостях можно было генерировать голограммы.
Особенно перспективным применением является оптическое фазовое сопряжение . Оно позволяет устранить искажения волнового фронта, которые получает световой луч при прохождении через аберрирующую среду, отправляя его обратно через ту же аберрирующую среду с сопряженной фазой. Это полезно, например, в оптических коммуникациях в свободном пространстве для компенсации атмосферной турбулентности (явления, которое вызывает мерцание звездного света).
С момента появления голографии многие голографы исследовали возможности ее использования и демонстрировали свои результаты публике.
В 1971 году Ллойд Кросс открыл Школу голографии в Сан-Франциско и обучал любителей делать голограммы, используя только небольшой (обычно 5 мВт) гелий-неоновый лазер и недорогое самодельное оборудование. Предполагалось, что голография потребует очень дорогой металлической оптической установки стола , чтобы зафиксировать все задействованные элементы на месте и гасить любые вибрации, которые могли бы размыть интерференционные полосы и испортить голограмму. Самодельной альтернативой Кросса была песочница, сделанная из подпорной стенки из шлакоблока на фанерном основании, поддерживаемая штабелями старых шин для изоляции от вибраций грунта и заполненная песком, промытым для удаления пыли. Лазер был надежно закреплен на стене из шлакоблока. Зеркала и простые линзы, необходимые для направления, разделения и расширения лазерного луча, были прикреплены к коротким отрезкам ПВХ-трубы, которые были вставлены в песок в нужных местах. Объект и держатель фотопластинки аналогичным образом поддерживались внутри песочницы. Голографист выключил свет в комнате, заблокировал лазерный луч вблизи его источника с помощью небольшого затвора, управляемого реле , в темноте загрузил пластину в держатель, вышел из комнаты, подождал несколько минут, чтобы все успокоилось, а затем произвел экспозицию, дистанционно управляя затвором лазера.
В 1979 году Джейсон Сапан открыл Holographic Studios в Нью-Йорке . С тех пор они участвовали в производстве множества голографий для многих художников и компаний. [29] Сапана называли «последним профессиональным голографом Нью-Йорка».
Многие из этих голографов продолжили создавать художественные голограммы. В 1983 году Фред Унтерзехер, соучредитель Школы голографии Сан-Франциско и известный голографический художник, опубликовал « Справочник по голографии» — легко читаемое руководство по изготовлению голограмм в домашних условиях. Это привлекло новую волну голографов и предоставило простые методы использования доступных в то время материалов для записи на основе галогенида серебра AGFA .
В 2000 году Фрэнк ДеФрейтас опубликовал книгу Shoebox Holography Book и познакомил бесчисленное множество любителей с недорогими лазерными указками . В течение многих лет предполагалось, что некоторые характеристики полупроводниковых лазерных диодов делают их практически бесполезными для создания голограмм, но когда они в конечном итоге были подвергнуты практическому эксперименту, было обнаружено, что это не только неверно, но и что некоторые из них на самом деле обеспечивают длину когерентности, намного большую, чем у традиционных гелий-неоновых газовых лазеров. Это было очень важным достижением для любителей, поскольку цена красных лазерных диодов упала с сотен долларов в начале 1980-х до примерно 5 долларов после того, как они вышли на массовый рынок в качестве компонента, извлеченного из CD или позже, DVD- плееров с середины 1980-х годов. Теперь во всем мире есть тысячи любителей голографии.
К концу 2000 года голографические наборы с недорогими лазерными указателями-диодами вышли на массовый потребительский рынок. Эти наборы позволили студентам, учителям и любителям делать несколько видов голограмм без специального оборудования и стали популярными подарочными предметами к 2005 году. [30] Появление голографических наборов с самопроявляющимися пластинами в 2003 году позволило любителям создавать голограммы без необходимости влажной химической обработки. [31]
В 2006 году появилось большое количество избыточных зеленых лазеров голографического качества (Coherent C315), что сделало голографию на дихроматированном желатине (DCG) доступной для любителей-голографов. Сообщество голографов было удивлено удивительной чувствительностью DCG к зеленому свету. Предполагалось, что эта чувствительность будет бесполезно слабой или вообще отсутствовать. Джефф Блайт ответил формулой G307 DCG, чтобы увеличить скорость и чувствительность к этим новым лазерам. [32]
Kodak и Agfa, бывшие основные поставщики пластин и пленок из галогенида серебра голографического качества, больше не присутствуют на рынке. В то время как другие производители помогли заполнить пустоту, многие любители теперь производят свои собственные материалы. Излюбленные рецептуры — это дихромированный желатин, дихромированный желатин, сенсибилизированный метиленовым синим, и препараты галогенида серебра диффузионным методом. Джефф Блайт опубликовал очень точные методы их изготовления в небольшой лаборатории или гараже. [33]
Небольшая группа любителей даже конструирует свои собственные импульсные лазеры для создания голограмм живых существ и других неустойчивых или движущихся объектов. [34]
Голографическая интерферометрия (HI) — это метод, позволяющий измерять статические и динамические смещения объектов с оптически шероховатой поверхностью с точностью оптического интерферометра (т. е. до долей длины волны света). [35] [36] Его также можно использовать для обнаружения изменений длины оптического пути в прозрачных средах, что позволяет, например, визуализировать и анализировать поток жидкости. Его также можно использовать для создания контуров, представляющих форму поверхности или изодозных областей в дозиметрии излучения. [37]
Он широко используется для измерения напряжений, деформаций и вибрации в инженерных конструкциях.
Голограмма хранит информацию об амплитуде и фазе поля. Несколько голограмм могут хранить информацию об одном и том же распределении света, излучаемого в разных направлениях. Численный анализ таких голограмм позволяет эмулировать большую числовую апертуру , что, в свою очередь, позволяет повысить разрешение оптической микроскопии . Соответствующая техника называется интерферометрической микроскопией . Последние достижения интерферометрической микроскопии позволяют приблизиться к пределу разрешения в четверть длины волны. [38]
Голограмма сделана из модифицированного материала, который взаимодействует с определенными молекулами, вызывая изменение периодичности полос или показателя преломления, а следовательно, и цвета голографического отражения. [39] [40]
Голограммы обычно используются для обеспечения безопасности, поскольку они копируются с мастер-голограммы, которая требует дорогостоящего, специализированного и технологически продвинутого оборудования, и поэтому их трудно подделать. Они широко используются во многих валютах , таких как бразильские банкноты в 20, 50 и 100 реалов; британские банкноты в 5, 10, 20 и 50 фунтов стерлингов; южнокорейские банкноты в 5000, 10 000 и 50 000 вон; японские банкноты в 5000 и 10 000 иен, индийские банкноты в 50, 100, 500 и 2000 рупий; и все находящиеся в обращении в настоящее время банкноты канадского доллара , хорватской куны , датской кроны и евро . Их также можно найти в кредитных и банковских картах, а также в паспортах , удостоверениях личности, книгах , упаковке продуктов питания, DVD-дисках и спортивном инвентаре. Такие голограммы бывают разных форм: от клейких полосок, которые ламинируются на упаковке товаров массового спроса, до голографических меток на электронных продуктах . Они часто содержат текстовые или изобразительные элементы для защиты идентичности и отделения подлинных товаров от подделок .
Голографические сканеры используются в почтовых отделениях, крупных судоходных компаниях и автоматизированных конвейерных системах для определения трехмерного размера посылки. Они часто используются в тандеме с контрольными весами, чтобы обеспечить автоматическую предварительную упаковку заданных объемов, таких как грузовик или поддон для массовой отправки товаров. Голограммы, полученные в эластомерах, могут использоваться в качестве репортеров напряжения-деформации из-за их эластичности и сжимаемости, приложенное давление и сила коррелируют с отраженной длиной волны, следовательно, с ее цветом. [41] Метод голографии также может эффективно использоваться для дозиметрии излучения. [42] [43]
Голограммы с высокой степенью защиты могут использоваться на номерных знаках транспортных средств, таких как автомобили и мотоциклы. С апреля 2019 года голографические номерные знаки требуются на транспортных средствах в некоторых частях Индии для облегчения идентификации и обеспечения безопасности, особенно в случаях угона автомобиля. Такие номерные знаки содержат электронные данные транспортных средств и имеют уникальный идентификационный номер и наклейку для указания подлинности. [44]
В принципе, можно сделать голограмму для любой волны .
Электронная голография — это применение голографических методов к электронным волнам, а не к световым волнам. Электронная голография была изобретена Деннисом Габором для улучшения разрешения и избежания аберраций просвечивающего электронного микроскопа . Сегодня она обычно используется для изучения электрических и магнитных полей в тонких пленках, поскольку магнитные и электрические поля могут сдвигать фазу интерферирующей волны, проходящей через образец. [45] Принцип электронной голографии может быть также применен к интерференционной литографии . [46]
Акустическая голография позволяет создавать звуковые карты объекта. Измерения акустического поля производятся во многих точках, близких к объекту. Эти измерения подвергаются цифровой обработке для получения «изображений» объекта. [47]
Атомная голография развилась из развития основных элементов атомной оптики . С появлением дифракционной линзы Френеля и атомных зеркал атомная голография следует естественному шагу в развитии физики (и приложений) атомных пучков. Недавние разработки, включая атомные зеркала и особенно гребневые зеркала, предоставили инструменты, необходимые для создания атомных голограмм, [48] хотя такие голограммы еще не были коммерциализированы.
Нейтронно- лучевая голография использовалась для того, чтобы увидеть внутреннюю часть твердых объектов. [49]
Голограммы с рентгеновскими лучами генерируются с использованием синхротронов или рентгеновских лазеров на свободных электронах в качестве источников излучения и пикселизированных детекторов, таких как ПЗС, в качестве записывающей среды. [50] Затем реконструкция извлекается с помощью вычислений. Из-за более короткой длины волны рентгеновских лучей по сравнению с видимым светом этот подход позволяет визуализировать объекты с более высоким пространственным разрешением. [51] Поскольку лазеры на свободных электронах могут обеспечивать сверхкороткие и рентгеновские импульсы в диапазоне фемтосекунд , которые являются интенсивными и когерентными, рентгеновская голография использовалась для захвата сверхбыстрых динамических процессов. [52] [53] [54]
Существует множество оптических эффектов, которые ошибочно путают с голографией, например, эффекты, создаваемые лентикулярной печатью , иллюзией призрака Пеппера (или современными вариантами, такими как Musion Eyeliner ), томографией и объемными дисплеями . [55] [56] Такие иллюзии были названы «фокслографией». [57] [58]
Техника призрака Пеппера, будучи наиболее простой в реализации из этих методов, наиболее распространена в 3D-дисплеях, которые претендуют на то, чтобы быть (или называются) "голографическими". В то время как оригинальная иллюзия, используемая в театре, включала реальные физические объекты и людей, находящихся за сценой, современные варианты заменяют исходный объект цифровым экраном, который отображает изображения, созданные с помощью 3D-компьютерной графики, чтобы обеспечить необходимые подсказки глубины . Отражение, которое кажется парящим в воздухе, тем не менее, все еще плоское, поэтому менее реалистичное, чем если бы отражался реальный 3D-объект.
Примерами этой цифровой версии иллюзии призрака Пеппера являются выступления Gorillaz на церемонии вручения премии MTV Europe Music Awards 2005 года и 48-й премии Грэмми ; а также виртуальное выступление Тупака Шакура на фестивале музыки и искусств Coachella Valley в 2012 году, где он читал рэп вместе со Snoop Dogg во время своего сета с Dr. Dre . [59] Цифровые аватары шведской супергруппы ABBA были показаны на сцене в мае 2022 года. [60] Выступление ABBA использовало технологию, которая была обновленной версией Призрака Пеппера, созданной Industrial Light & Magic . [61] Американская рок-группа KISS представила аналогичные цифровые аватары в декабре 2023 года, чтобы гастролировать вместо них по завершении мирового тура End of the Road, используя ту же технологию Призрака Пеппера, что и аватары ABBA. [62]
Еще более простую иллюзию можно создать, проецируя реалистичные изображения на полупрозрачные экраны. Проекция назад необходима, поскольку в противном случае полупрозрачность экрана позволила бы проекции осветить фон, что разрушило бы иллюзию.
Crypton Future Media , компания по разработке музыкального программного обеспечения, которая выпустила Hatsune Miku , [63] одно из многих приложений для синтезатора пения Vocaloid , организовала концерты, на которых Miku, наряду с другими Crypton Vocaloids, выступала на сцене в качестве «голографических» персонажей. Эти концерты используют обратную проекцию на полупрозрачный экран DILAD [64] [65] для достижения «голографического» эффекта. [66] [67]
В 2011 году в Пекине компания по производству одежды Burberry провела "Burberry Prorsum Autumn/Winter 2011 Hologram Runway Show", включавшее в себя двухмерные проекции моделей в натуральную величину. Собственное видео компании [68] показывает несколько центрированных и нецентральных снимков основного двухмерного проекционного экрана, причем последний демонстрирует плоскостность виртуальных моделей. Утверждение об использовании голографии было сообщено как факт в отраслевых СМИ. [69]
В Мадриде 10 апреля 2015 года публичная визуальная презентация под названием «Hologramas por la Libertad» (Голограммы за свободу), показывающая призрачную виртуальную толпу демонстрантов, была использована для протеста против нового испанского закона, запрещающего гражданам проводить демонстрации в общественных местах. Хотя в новостях это широко называют «голографическим протестом», [70] никакой реальной голографии не было — это был еще один технологически усовершенствованный вариант иллюзии призрака Пеппера.
Голография отличается от зеркальной голографии , которая представляет собой метод создания трехмерных изображений путем управления движением зеркальных отражений на двумерной поверхности. [71] Она работает путем отражательного или преломляющего манипулирования пучками световых лучей, а не путем использования интерференции и дифракции.
Голография широко упоминается в фильмах, романах и телепередачах, обычно в научной фантастике , начиная с конца 1970-х годов. [72] Писатели-фантасты впитали городские легенды , окружающие голографию, которые распространялись чрезмерно энтузиастичными учеными и предпринимателями, пытающимися продать эту идею. [72] Это имело эффект создания у публики чрезмерно высоких ожиданий относительно возможностей голографии из-за нереалистичных ее изображений в большинстве художественных произведений, где они представляют собой полностью трехмерные компьютерные проекции , которые иногда осязаемы благодаря использованию силовых полей . [72] Примерами такого типа изображения являются голограмма принцессы Леи в «Звездных войнах» , Арнольд Риммер из «Красного карлика» , который позже был преобразован в «жесткий свет», чтобы сделать его твердым, а также голографическая палуба и голограмма неотложной медицинской помощи из «Звездного пути» . [72]
Голография послужила источником вдохновения для многих видеоигр с элементами научной фантастики. Во многих играх вымышленная голографическая технология использовалась для отражения реальных искажений потенциального военного использования голограмм, таких как «танки-миражи» в Command & Conquer: Red Alert 2 , которые могут маскироваться под деревья. [73] Персонажи игроков могут использовать голографические приманки в таких играх, как Halo: Reach и Crysis 2, чтобы сбивать с толку и отвлекать противника. [73] Агент-призрак Starcraft Нова имеет доступ к «голографической приманке» как к одной из трех основных способностей в Heroes of the Storm . [74]
Однако вымышленные изображения голограмм вдохновили технологические достижения в других областях, таких как дополненная реальность , которые обещают воплотить вымышленные изображения голограмм другими способами. [75]
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )