ჰოლოგრაფიული გამოსახულება დღეს სულ უფრო ხშირად გამოიყენება. ზოგს სჯერა, რომ შესაძლოა საბოლოოდ შეცვალოს ჩვენთვის ცნობილი კომუნიკაციის საშუალებები. მოსწონს თუ არა, მაგრამ ახლა ის აქტიურად გამოიყენება სხვადასხვა ინდუსტრიაში. მაგალითად, ჩვენ ყველანი კარგად ვიცნობთ ჰოლოგრაფიულ სტიკერებს. ბევრი მწარმოებელი იყენებს მათ, როგორც ფალსიფიკაციისგან დასაცავად. ქვემოთ მოცემულ ფოტოზე ნაჩვენებია ჰოლოგრაფიული სტიკერები. მათი გამოყენება ძალიან ეფექტური საშუალებაა საქონლისა თუ დოკუმენტების გაყალბებისგან დასაცავად.
ჰოლოგრაფიის შესწავლის ისტორია
სხივების რეფრაქციის შედეგად მიღებული სამგანზომილებიანი გამოსახულების შესწავლა შედარებით ცოტა ხნის წინ დაიწყო. თუმცა მისი შესწავლის ისტორიის არსებობაზე უკვე შეგვიძლია ვისაუბროთ. დენის გაბორმა, ინგლისელმა მეცნიერმა, პირველად განსაზღვრა ჰოლოგრაფია 1948 წელს. ეს აღმოჩენა ძალიან მნიშვნელოვანი იყო, მაგრამ მისი დიდი მნიშვნელობა იმ დროს ჯერ კიდევ არ იყო აშკარა. 1950-იან წლებში მომუშავე მკვლევარები განიცდიდნენ თანმიმდევრული სინათლის წყაროს ნაკლებობას, რაც ძალიან მნიშვნელოვანი თვისებაა ჰოლოგრაფიის განვითარებისთვის. პირველი ლაზერიგაკეთდა 1960 წელს. ამ მოწყობილობით შესაძლებელია საკმარისი თანმიმდევრობის მქონე სინათლის მიღება. ამერიკელმა მეცნიერებმა იურის უპატნიექსმა და იმეტ ლეითმა გამოიყენეს იგი პირველი ჰოლოგრამების შესაქმნელად. მათი დახმარებით მიიღეს ობიექტების სამგანზომილებიანი გამოსახულებები.
შემდეგ წლებში კვლევა გაგრძელდა. მას შემდეგ გამოქვეყნდა ასობით სამეცნიერო ნაშრომი, რომლებიც იკვლევდნენ ჰოლოგრაფიის კონცეფციას და გამოიცა მრავალი წიგნი ამ მეთოდზე. თუმცა, ეს ნამუშევრები მიმართულია სპეციალისტებისთვის და არა ფართო მკითხველისთვის. ამ სტატიაში ჩვენ შევეცდებით ყველაფერზე ხელმისაწვდომ ენაზე გითხრათ.
რა არის ჰოლოგრაფია
შეიძლება შემოგვთავაზოს შემდეგი განმარტება: ჰოლოგრაფია არის სამგანზომილებიანი ფოტო, რომელიც მიღებულია ლაზერის გამოყენებით. თუმცა, ეს განმარტება არ არის სრულიად დამაკმაყოფილებელი, რადგან არსებობს სამგანზომილებიანი ფოტოგრაფიის მრავალი სხვა სახეობა. მიუხედავად ამისა, ის ასახავს ყველაზე მნიშვნელოვანს: ჰოლოგრაფია არის ტექნიკური მეთოდი, რომელიც საშუალებას გაძლევთ „ჩაიწეროთ“ობიექტის გარეგნობა; მისი დახმარებით მიიღება სამგანზომილებიანი გამოსახულება, რომელიც ჰგავს რეალურ ობიექტს; ლაზერების გამოყენებამ გადამწყვეტი როლი ითამაშა მის განვითარებაში.
ჰოლოგრაფია და მისი აპლიკაციები
ჰოლოგრაფიის შესწავლა საშუალებას გვაძლევს განვმარტოთ ჩვეულებრივი ფოტოგრაფიასთან დაკავშირებული მრავალი საკითხი. როგორც ვიზუალური ხელოვნება, სამგანზომილებიან გამოსახულებას შეუძლია ამ უკანასკნელის გამოწვევაც კი, რადგან ის საშუალებას გაძლევთ უფრო ზუსტად და სწორად ასახოთ თქვენს გარშემო არსებული სამყარო.
მეცნიერები ზოგჯერ გამოყოფენ კაცობრიობის ისტორიის ეპოქას საშუალებებითკავშირები, რომლებიც ცნობილი იყო გარკვეულ საუკუნეებში. შეიძლება ვისაუბროთ, მაგალითად, ძველ ეგვიპტეში არსებულ იეროგლიფებზე, 1450 წელს სტამბის გამოგონებაზე. ჩვენს დროში დაფიქსირებულ ტექნოლოგიურ პროგრესთან დაკავშირებით, კომუნიკაციის ახალმა საშუალებებმა, როგორიცაა ტელევიზია და ტელეფონი, დომინანტური პოზიცია დაიკავეს. მიუხედავად იმისა, რომ ჰოლოგრაფიული პრინციპი ჯერ კიდევ საწყის ეტაპზეა, როდესაც საქმე ეხება მის გამოყენებას მედიაში, არსებობს საფუძველი ვიფიქროთ, რომ მასზე დაფუძნებული მოწყობილობები მომავალში შეძლებენ შეცვალონ ჩვენთვის ცნობილი კომუნიკაციის საშუალებები, ან თუნდაც გააფართოვონ მათი ფარგლები.
სამეცნიერო ფანტასტიკური ლიტერატურა და მეინსტრიმ ბეჭდვა ხშირად ასახავს ჰოლოგრაფიას არასწორ, დამახინჯებულ შუქზე. ისინი ხშირად ქმნიან არასწორ წარმოდგენას ამ მეთოდის შესახებ. მოცულობითი გამოსახულება, რომელიც პირველად ჩანს, მხიბლავს. თუმცა, არანაკლებ შთამბეჭდავია მისი მოწყობილობის პრინციპის ფიზიკური ახსნა.
ჩარევის ნიმუში
ობიექტების დანახვის უნარი ემყარება იმ ფაქტს, რომ მათ მიერ გარდატეხილი ან მათგან არეკლილი სინათლის ტალღები შემოდის ჩვენს თვალში. ზოგიერთი ობიექტიდან არეკლილი სინათლის ტალღები ხასიათდება ამ ობიექტის ფორმის შესაბამისი ტალღის ფრონტის ფორმით. მუქი და მსუბუქი ზოლების (ან ხაზების) ნიმუში იქმნება თანმიმდევრული სინათლის ტალღების ორი ჯგუფით, რომლებიც ერევიან. ასე ყალიბდება მოცულობითი ჰოლოგრაფია. ამ შემთხვევაში, ეს ზოლები თითოეულ კონკრეტულ შემთხვევაში წარმოადგენს კომბინაციას, რომელიც დამოკიდებულია მხოლოდ ტალღების ფრონტის ფორმაზე, რომლებიც ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან. ასეთისურათს ეწოდება ჩარევა. ის შეიძლება დაფიქსირდეს, მაგალითად, ფოტოგრაფიულ ფირფიტაზე, თუ მოთავსებულია ისეთ ადგილას, სადაც შეიმჩნევა ტალღის ჩარევა.
ჰოლოგრამის მრავალფეროვნება
მეთოდი, რომელიც საშუალებას გაძლევთ ჩაწეროთ (დარეგისტრირდეთ) ობიექტიდან ასახული ტალღის ფრონტი და შემდეგ აღადგინოთ იგი ისე, რომ დამკვირვებელს მოეჩვენოს, რომ ხედავს რეალურ ობიექტს და არის ჰოლოგრაფია. ეს არის ეფექტი იმის გამო, რომ მიღებული სურათი სამგანზომილებიანია ისევე, როგორც რეალური ობიექტი.
არსებობს მრავალი განსხვავებული ტიპის ჰოლოგრამა, რომლებშიც ადვილი დასაბნევია. კონკრეტული სახეობის ცალსახად განსაზღვრისთვის, ოთხი ან თუნდაც ხუთი ზედსართავი სახელი უნდა იქნას გამოყენებული. მთელი მათი ნაკრებიდან ჩვენ განვიხილავთ მხოლოდ ძირითად კლასებს, რომლებსაც თანამედროვე ჰოლოგრაფია იყენებს. თუმცა, ჯერ ცოტა უნდა ვისაუბროთ ისეთი ტალღის ფენომენზე, როგორიცაა დიფრაქცია. სწორედ ის გვაძლევს ტალღის ფრონტის აგების (უფრო სწორად, რეკონსტრუქციის) საშუალებას.
დიფრაქცია
თუ რაიმე ობიექტი სინათლის გზაზეა, ის ჩრდილს აყენებს. სინათლე იხრება ამ ობიექტის გარშემო, ნაწილობრივ შედის ჩრდილის ზონაში. ამ ეფექტს დიფრაქცია ეწოდება. ეს აიხსნება სინათლის ტალღური ბუნებით, მაგრამ მისი მკაცრად ახსნა საკმაოდ რთულია.
მხოლოდ ძალიან მცირე კუთხით აღწევს სინათლე ჩრდილის ზონაში, ამიტომ ჩვენ მას თითქმის არ ვამჩნევთ. თუმცა, თუ მის გზაზე ბევრი პატარა დაბრკოლებაა, რომელთა შორის მანძილი სინათლის მხოლოდ რამდენიმე ტალღის სიგრძეა, ეს ეფექტი საკმაოდ შესამჩნევი ხდება.
თუ ტალღის ფრონტის დაცემა დიდ ერთ დაბრკოლებაზე მოდის, მისი შესაბამისი ნაწილი "გამოვარდება", რაც პრაქტიკულად არ მოქმედებს ამ ტალღის ფრონტის დარჩენილ არეალზე. თუ მის გზაზე ბევრი მცირე დაბრკოლებაა, ის დიფრაქციის შედეგად იცვლება ისე, რომ დაბრკოლების უკან გავრცელებულ შუქს თვისობრივად განსხვავებული ტალღის ფრონტი ექნება.
ტრანსფორმაცია იმდენად ძლიერია, რომ სინათლე სხვა მიმართულებითაც კი იწყებს გავრცელებას. გამოდის, რომ დიფრაქცია საშუალებას გვაძლევს გადავიტანოთ საწყისი ტალღის ფრონტი სრულიად განსხვავებულად. ამრიგად, დიფრაქცია არის მექანიზმი, რომლითაც ვიღებთ ახალ ტალღის ფრონტს. მოწყობილობას, რომელიც აყალიბებს მას ზემოაღნიშნული გზით, ეწოდება დიფრაქციული ბადე. მოდით ვისაუბროთ ამაზე უფრო დეტალურად.
დიფრაქციული ბადე
ეს არის პატარა ფირფიტა წვრილი სწორი პარალელური შტრიხებით (ხაზებით). ისინი ერთმანეთისგან დაშორებულია მილიმეტრის მეასედი ან თუნდაც მეათასედი. რა მოხდება, თუ ლაზერის სხივი გზაზე შეხვდება ბადეს, რომელიც შედგება რამდენიმე ბუნდოვანი მუქი და ნათელი ზოლისგან? ნაწილი გადის პირდაპირ ბადეში, ნაწილი კი მოხრილდება. ამრიგად, წარმოიქმნება ორი ახალი სხივი, რომლებიც გამოდიან ბადედან თავდაპირველ სხივთან გარკვეული კუთხით და განლაგებულია მის ორივე მხარეს. თუ ლაზერის ერთ სხივს აქვს, მაგალითად, ბრტყელი ტალღის ფრონტი, მის გვერდებზე წარმოქმნილ ორ ახალ სხივს ასევე ექნება ბრტყელი ტალღის ფრონტი. ამრიგად, გავლითდიფრაქციული ლაზერული სხივი, ჩვენ ვქმნით ორ ახალ ტალღის ფრონტს (ბრტყელი). როგორც ჩანს, დიფრაქციული ბადე შეიძლება ჩაითვალოს ჰოლოგრამის უმარტივეს მაგალითად.
ჰოლოგრამის რეგისტრაცია
ჰოლოგრაფიის ძირითადი პრინციპების შესავალი უნდა დაიწყოს ორი სიბრტყე ტალღის ფრონტის შესწავლით. ურთიერთქმედებისას ისინი ქმნიან ჩარევის შაბლონს, რომელიც ჩაწერილია ეკრანის იმავე ადგილას მოთავსებულ ფოტოგრაფიულ ფირფიტაზე. პროცესის ამ ეტაპს (პირველს) ჰოლოგრამაში ჰოლოგრამის ჩაწერა (ან რეგისტრაცია) ეწოდება.
სურათის აღდგენა
ჩვენ ვივარაუდებთ, რომ ერთ-ერთი სიბრტყე ტალღა არის A, ხოლო მეორე არის B. A ტალღას ეწოდება საცნობარო ტალღა, ხოლო B-ს ეწოდება ობიექტის ტალღა, ანუ აირეკლება იმ ობიექტიდან, რომლის გამოსახულებაც ფიქსირდება.. ის შეიძლება არანაირად არ განსხვავდებოდეს საცნობარო ტალღისგან. თუმცა, სამგანზომილებიანი რეალური ობიექტის ჰოლოგრამის შექმნისას, ობიექტიდან არეკლილი სინათლის გაცილებით რთული ტალღის ფრონტი იქმნება.
ფოტოგრაფიულ ფილმზე წარმოდგენილი ჩარევის ნიმუში (ანუ დიფრაქციული ბადეების გამოსახულება) არის ჰოლოგრამა. ის შეიძლება განთავსდეს საცნობარო პირველადი სხივის გზაზე (ლაზერული სინათლის სხივი ბრტყელი ტალღის ფრონტით). ამ შემთხვევაში, 2 ახალი ტალღის ფრონტი იქმნება ორივე მხარეს. პირველი მათგანი არის ობიექტის ტალღის ფრონტის ზუსტი ასლი, რომელიც ვრცელდება იმავე მიმართულებით, როგორც ტალღა B. ზემოთ მოცემულ ეტაპს ეწოდება გამოსახულების რეკონსტრუქცია.
ჰოლოგრაფიული პროცესი
ჩარევის ნიმუში შექმნილი ორისიბრტყის თანმიმდევრული ტალღები, ფოტოგრაფიულ ფირფიტაზე მისი ჩაწერის შემდეგ, ეს არის მოწყობილობა, რომელიც საშუალებას აძლევს, ერთ-ერთი ამ ტალღის განათების შემთხვევაში, აღადგინოს სხვა სიბრტყე ტალღა. ამრიგად, ჰოლოგრაფიულ პროცესს აქვს შემდეგი ეტაპები: ტალღური ობიექტის ფრონტის რეგისტრაცია და შემდგომი „შენახვა“ჰოლოგრამის სახით (ინტერფერენციული ნიმუში) და მისი აღდგენა ნებისმიერი დროის შემდეგ, როდესაც საცნობარო ტალღა გაივლის ჰოლოგრამაში.
ობიექტური ტალღის ფრონტი რეალურად შეიძლება იყოს ნებისმიერი. მაგალითად, ის შეიძლება აისახოს რომელიმე რეალური ობიექტიდან, თუ ამავე დროს ის თანმიმდევრულია საცნობარო ტალღის მიმართ. ჩამოყალიბებული ნებისმიერი ორი ტალღის ფრონტით თანმიმდევრულობით, ჩარევის ნიმუში არის მოწყობილობა, რომელიც დიფრაქციის გამო საშუალებას აძლევს ერთი ამ ფრონტის მეორეში გარდაქმნას. სწორედ აქ იმალება ისეთი ფენომენის გასაღები, როგორიცაა ჰოლოგრაფია. დენის გაბორმა პირველმა აღმოაჩინა ეს ქონება.
ჰოლოგრამის მიერ წარმოქმნილ სურათზე დაკვირვება
ჩვენს დროში ჰოლოგრამების წასაკითხად იწყება სპეციალური ხელსაწყოს, ჰოლოგრაფიული პროექტორის გამოყენება. ის საშუალებას გაძლევთ გადაიყვანოთ სურათი 2D-დან 3D-ში. თუმცა, მარტივი ჰოლოგრამების სანახავად, ჰოლოგრაფიული პროექტორი საერთოდ არ არის საჭირო. მოდით მოკლედ ვისაუბროთ იმაზე, თუ როგორ უნდა ნახოთ ასეთი სურათები.
უმარტივესი ჰოლოგრამის მიერ წარმოქმნილ სურათზე დასაკვირვებლად, თქვენ უნდა მოათავსოთ იგი თვალიდან დაახლოებით 1 მეტრის მანძილზე. თქვენ უნდა გადახედოთ დიფრაქციული ბადეში იმ მიმართულებით, რომლითაც თვითმფრინავი (რეკონსტრუირებული) ტალღები გამოდის მისგან.იმის გამო, რომ თვითმფრინავის ტალღები შედიან დამკვირვებლის თვალში, ჰოლოგრაფიული გამოსახულებაც ბრტყელია. ის გვეჩვენება როგორც "ბრმა კედელი", რომელიც თანაბრად ანათებს სინათლით, რომელსაც აქვს იგივე ფერი, როგორც შესაბამისი ლაზერული გამოსხივება. ვინაიდან ეს „კედელი“მოკლებულია სპეციფიკურ მახასიათებლებს, შეუძლებელია იმის დადგენა, თუ რამდენად შორს არის იგი. თითქოს უსასრულობაში მდებარე გაფართოებულ კედელს უყურებთ, მაგრამ ამავე დროს მხოლოდ მის ნაწილს ხედავთ, რომლის დანახვაც შეგიძლიათ პატარა „ფანჯრიდან“, ანუ ჰოლოგრამაში. მაშასადამე, ჰოლოგრამა არის ერთგვაროვანი მანათობელი ზედაპირი, რომელზეც ჩვენ ვერაფერს ვამჩნევთ ყურადღების ღირსს.
დიფრაქციული ბადე (ჰოლოგრამა) საშუალებას გვაძლევს დავაკვირდეთ რამდენიმე მარტივ ეფექტს. მათი დემონსტრირება შესაძლებელია სხვა ტიპის ჰოლოგრამების გამოყენებით. დიფრაქციული ბადეში გავლისას სინათლის სხივი იყოფა, წარმოიქმნება ორი ახალი სხივი. ლაზერული სხივების გამოყენება შესაძლებელია ნებისმიერი დიფრაქციული ბადეების გასანათებლად. ამ შემთხვევაში, რადიაცია ფერით უნდა განსხვავდებოდეს მისი ჩაწერის დროს გამოყენებული გამოსხივებისგან. ფერის სხივის მოხრის კუთხე დამოკიდებულია იმაზე, თუ რა ფერი აქვს მას. თუ ის წითელია (ტალღის ყველაზე გრძელი), მაშინ ასეთი სხივი უფრო დიდი კუთხით არის მოხრილი, ვიდრე ლურჯი სხივი, რომელსაც აქვს ყველაზე მოკლე ტალღის სიგრძე.
დიფრაქციული ბადეების საშუალებით შეგიძლიათ გამოტოვოთ ყველა ფერის ნაზავი, ანუ თეთრი. ამ შემთხვევაში, ამ ჰოლოგრამის თითოეული ფერის კომპონენტი თავისი კუთხით არის მოხრილი. გამომავალი არის სპექტრიმსგავსი პრიზმით შექმნილი.
დიფრაქციული ბადეების დარტყმის განლაგება
დიფრაქციული ბადეების დარტყმები უნდა იყოს ერთმანეთთან ძალიან ახლოს ისე, რომ შესამჩნევი იყოს სხივების მოხრა. მაგალითად, წითელი სხივის მოსახვევად 20°-ით, აუცილებელია, რომ დარტყმებს შორის მანძილი არ აღემატებოდეს 0,002 მმ-ს. თუ ისინი უფრო მჭიდროდ არიან მოთავსებული, სინათლის სხივი იწყებს კიდევ უფრო მოხრას. ამ ბადეების „ჩასაწერად“საჭიროა ფოტოგრაფიული ფირფიტა, რომელსაც შეუძლია დაარეგისტრიროს ასეთი წვრილმანი დეტალები. გარდა ამისა, აუცილებელია, რომ ფირფიტა მთლიანად დარჩეს როგორც ექსპოზიციის დროს, ასევე რეგისტრაციისას.
სურათი შეიძლება საგრძნობლად დაბინდული იყოს უმცირესი მოძრაობითაც კი და იმდენად, რომ სრულიად გაურკვეველი იქნება. ამ შემთხვევაში ჩვენ დავინახავთ არა ჩარევის ნიმუშს, არამედ უბრალოდ მინის ფირფიტას, ერთნაირად შავი ან ნაცრისფერი მთელ ზედაპირზე. რა თქმა უნდა, ამ შემთხვევაში, დიფრაქციული ბადეებით წარმოქმნილი დიფრაქციული ეფექტები არ იქნება რეპროდუცირებული.
გადამცემი და ამრეკლი ჰოლოგრამები
დიფრაქციულ ბადეს, რომელიც ჩვენ განვიხილეთ, ეწოდება გადამცემი, რადგან ის მოქმედებს მასში გამავალ სინათლეში. თუ ბადეების ხაზებს არა გამჭვირვალე თეფშზე, არამედ სარკის ზედაპირზე გამოვიყენებთ, მივიღებთ ამრეკლავ დიფრაქციულ ბადეს. ის ასახავს სინათლის სხვადასხვა ფერს სხვადასხვა კუთხიდან. შესაბამისად, არსებობს ჰოლოგრამების ორი დიდი კლასი - ამრეკლი და გადამცემი. პირველი შეინიშნება არეკლილი სინათლეზე, ხოლო მეორე - გადაცემული სინათლეზე.
