ホログラフィー。発明と生産の歴史

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ホログラフィー。発明と生産の歴史

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ホログラフィーは、光電磁放射の波動場を正確に記録、再生、再形成するための一連の技術であり、XNUMX 次元物体の画像を記録し、レーザーを使用して復元する特殊な写真方法であり、実物に非常に似ています。

ホログラフィーの発明者の XNUMX 人、Yu.N. Denisyuk のホログラム

最初のホログラムは、当時イギリスで働いていたハンガリーの物理学者デニス・ガボールによって 1947 年に取得されました。この名前は、「holos」(全体、完全に) と「gram」(書く) という言葉に由来します。ハンガリーの科学者が発明する前は、写真はすべて平面でした。彼女は主題の XNUMX つの側面だけを伝えました。宇宙の深さはレンズを逃しました。

解決策を求めて、Gabor は XNUMX つのよく知られた事実から始めました。立体物から放出された光線は、さまざまなタイミングでフィルムに到達します。そして、それらはすべて、異なる時期に異なるパスを作成します。科学的に言えば、すべての波には位相シフトが伴います。オフセットは、オブジェクトの形状によって異なります。科学者は、物体の体積は反射光波の位相差で表すことができるという結論に達しました。

「もちろん、人間の目は波のこの遅延を捉えることができません。それは非常に短い時間間隔で表現されるためです。この値は、より具体的なものに変換する必要があります。例, 明るさの違い. これは、XNUMXつのトリックに頼った科学者によって成功しました. 彼は、オブジェクトから反射された波、つまり歪んだ波を通過する (「参照」) 波に重ねることに決めました. 「干渉」が発生しました. XNUMXつの波の山が出会い、それらは増幅されました-そこに明るいスポットが現れました「波の山が谷に重なると、波は互いに消滅し、そこで停電が観察されました。したがって、波の相互の重なりにより、特徴的な干渉パターンが発生し、白と黒の細い線が交互に現れます. このパターンは写真乾板 (ホログラム) でキャプチャできます. レンズに捕捉された物体の体積に関するすべての情報が含まれます.

「ボリュームポートレート」を非常に正確かつ詳細にするには、同じ位相と長さの光波を使用する必要があります。日光や人工照明では、そのような焦点は機能しません。結局のところ、光は通常、さまざまな長さの波の混沌とした混合物です。短波長の青色放射から長波長の赤色まで、すべての色があります。これらの光成分は、最も奇妙な方法で位相がずれています。」

当時はコヒーレント光源がなかったので、科学者は水銀ランプの放射を使用し、さまざまなトリックを使用して非常に狭いスペクトルストリップを「切り出しました」。しかし、同時に光束のパワーが非常に弱くなり、ホログラムを作成するのに数時間かかりました。ホログラムの品質そのものが非常に低いことが判明しました。その理由は、光源と光記録方式自体の両方の不完全さにありました。実際、ホログラムを記録すると、プレートの反対側にXNUMXつの画像が同時に表示されます。

ハンガリーの科学者にとって、それらの一方は常に他方の背景に逆らっていることが判明し、それらを撮影すると、一方の画像だけが鮮明になり、もう一方の画像は写真の背景がぼやけてしまいました。この場合、ホログラム上の画像を見るには、記録中に使用されたのと同じ波長の放射線を照射する必要があります。しかし、明らかな利点もあります。そのような XNUMX 次元画像は、オブジェクトの各ポイントによって散乱されたビームがホログラムを完全に照らすという事実により、ホログラムプレートの最小のセクションでも作成されます。そのポイントのいずれかが、オブジェクトの照らされた表面全体に関する情報を格納していることがわかります。

レーザーの出現は、ホログラフィーの開発に新たな刺激を与えました。これは、その放射が必要なすべての品質を備えているためです。つまり、コヒーレントで単色です。 1962 年に米国で、物理学者のエメットリースとジュリスウパトニクスが地形インスタレーションの光学スキームを作成しました。画像の重なりをなくすために、レーザービームは XNUMX つに分割され、異なる角度で版に向けられます。その結果、ホログラフィック画像は、異なる方向に進む独立したビームによって形成されます。

ホログラフィー
Leith-Upatnieks 法を使用してホログラムを取得する

ロシアの物理学者、ユーリ・ニコラエヴィチ・デニシュクによって、ホログラフィーのもうXNUMXつの根本的に新しい方法が作成されました。科学者は、近づいてくる光線の干渉を利用しました。異なる側面からプレートに乗ると、ビームがフォトエマルジョン層に追加され、XNUMX次元ホログラムが形成されます。

ホログラフィー
Denisyuk法によるホログラムの取得

レーザーの登場により、ガボールの長年のアイデアがついに実現しました。 1971 年に、科学者は彼の発明に対してノーベル物理学賞を受賞しました。

1969 年、スティーブン・ベントンは通常の白色光でホログラムを作成する方法を思いつきました。「このためには、フォトマスク（多くのマイクロスロットを備えた薄い層）の助けを借りて、「マスターホログラム」を作成し、ホログラフィックな方法でコピーする必要があります。プリズムのようなスロット付きテンプレート、昼光をスペクトルの原色に分割します. 各スロットに単一波長の光ビームが入ります. これにより干渉が発生し、明るくマルチカラーで、角度に応じて異なる色で輝く画像を取得するのに役立ちます.ビューの - 私たちが近年慣れ親しんでいるのと同じホログラム。」

カラーホログラフィーの主な利点は、特定のエンボス技術を使用して機械でコピーできることです。カラフルなコピーは、特別な感光層 - フォトレジストワニスにさらされます。この素材は解像度が高いです。（たとえば、マイクロリソグラフィーでマイクロ回路の特定の要素をボードに適用するために使用されます。）

私たちの場合、ホログラムを大量に複製するとき、彼らはまずデジタルカメラを取り、オブジェクトをあらゆる面から撮影します。コンピュータは個々の写真をリンクします。これで XNUMXD 画像の準備が整いました。次に、実験室で、レーザーがこの写真を感光板に「彫刻」します。薄い表面レリーフになります。電気分解によって、「彫刻」がニッケルマトリックスに適用されます。

マトリックスは、ホログラムの大量複製に必要です。彼らのプリントは、ホットスタンプの方法により、金属箔上に得られます。光線がホログラムに当たるとすぐに、虹のすべての色で遊び始めます。この多色の中で、描写されたオブジェクトが視聴者の前に表示されます。これらのホログラムは安価です。設備さえあれば、いくらでも作ることができます。

このようなホログラムは、製品のパッケージや書類のステッカーとして世界中で使用されています。それらは偽造に対する優れた保護として機能します。ホログラフィック記録をコピーすることは非常に困難です。

ホログラフィー
ホログラフィックステッカー

現実には存在しないオブジェクトを表すホログラムを作成できます。コンピュータがオブジェクトの形状とそれに当たる光の波長を設定するだけで十分です。これらのデータに基づいて、コンピュータは反射光線の干渉の図を描きます。人工ホログラムに光線を通すと、発明された物体の立体画像を見ることができます。

Sergei Trankovsky 氏は次のように述べています。

たとえば、航空機のターボジェットエンジンのブレードは、動作中に数百度まで加熱されて変形します。この場合、その応力がどのようにその弱点にあたる部分にどのように分布し、破壊を脅かすかは、以前は非常に難しいか、不可能でさえありました。ホログラフィック手法の助けを借りて、そのような研究はそれほど困難なく実行されます。

レーザー光を当てると、撮影時に部品から反射された光の波をホログラムが再構成し、部品があった場所に画像が現れます。ディテールがそのまま残っている場合、一度に XNUMX つの波が現れます。XNUMX つはオブジェクトから直接発生し、もう XNUMX つはホログラムから発生します。これらの波はコヒーレントであり、干渉する可能性があります。観察中に物体が変形した場合、その画像は縞模様で覆われ、変化の性質を判断するために使用されます。

地形制御法は非常に便利です。それらは、部品の変形の大きさと振動の振幅を測定し、複雑な形状の物体の表面を検査し、両方の非常に大きな製品の製造精度を監視することを可能にします（たとえば、直径数メートルの鏡望遠鏡) と小型レンズ (顕微鏡のように)。オブジェクトは、光の反射が不十分で、表面がでこぼこで、完全に透明である場合がありますが、これはホログラムの品質には影響しません。強力なレーザーパルスのおかげで、ホログラムは XNUMX 分の XNUMX 秒で記録されます。したがって、超音速で移動する爆発、放電、ガスの流れを研究することが可能になりました。

ホログラムの助けを借りて、すりガラスやその他の光を散乱させる障害物を通して見ることができます。ホログラムがディフューザーから取り除かれ、そこから復元された画像の XNUMX つがディフューザー自体と組み合わされます。ホログラムとディフューザーから互いに向かう光波は加算され、互いに打ち消し合います。バリアが消え、その背後にあるオブジェクトが細部まで見えるようになります。

現代の技術者は新しい考えを持っています。これは、所定のプログラムに従ってワークピースから任意の形状およびサイズの部品を「作成」するレーザーの能力に基づいています。プログラムを書いてレーザー装置をセットアップする必要をなくすには、参照部品のホログラムを技術レーザー内に挿入するだけで十分です。ホログラム自体は、「カットアウト」部分が標準の正確なコピーになるようなビーム構成とその強度分布を「ピックアップ」します。

光学フィルタリングまたはパターン認識と呼ばれる、有用な信号を抽出する別の非常によく似た方法に注意を払う必要があります。同様の方法で、指紋などの他の多くの類似画像の中から目的の画像を検索できます。これを行うには、標準からホログラムを作成し、それをテスト対象のオブジェクトから反射された光線の経路に配置する必要があります。ホログラムは、標準と完全に同一の物体からの光のみを通過させ、他の画像を「拒否」します。光学フィルタの出力にある輝点は、物体が検出されたことを示す信号です。検索は自動的に実行できるため、他の方法では達成できない驚異的な速度で実行されることは注目に値します。

トランコフスキー氏は、「ホログラフィック法は、光（電磁放射）だけでなく、他のあらゆる波にも適用可能です。特に、不透明または濁った液体に浸された物体は、音を使って見ることができます。音響振動エミッターは、XNUMX つのコヒーレントを作成します。波. XNUMX つ (主題) はオブジェクトを「鳴らし」, XNUMX つ目 (参照) - 液体の表面. それらの干渉はそれに波紋を引き起こします. いわゆる音響ホログラム. レーザー光のビームでそれを照らすことによって, 彼らは復元します水中に横たわる物体の三次元画像. しかし、別の方法で: 小型マイクロフォンのシステムからの信号は、黒ずんだ縞の形で写真乾板に記録され、三次元画像は.そこからレーザー光線で復元。

著者：Musskiy S.A.

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「霜害は春に木に花が咲き、植物のデリケートな組織が露出するときに発生します。気温が上昇すると、これは植物の目覚めの呼びかけです。植物は寒さに対する耐性をすぐに失います。 . 結果として、霜による被害はかなり顕著です. 果物の収穫.

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