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TECHNOLOGIEGESCHICHTE, TECHNOLOGIE, OBJEKTE UM UNS
Holographie. Geschichte der Erfindung und Produktion
Verzeichnis / Die Geschichte der Technik, Technik, Objekte um uns herum Bei der Holographie handelt es sich um eine Reihe von Technologien zur genauen Aufzeichnung, Reproduktion und Umformung der Wellenfelder optischer elektromagnetischer Strahlung. Dabei handelt es sich um ein spezielles fotografisches Verfahren, bei dem mithilfe eines Lasers Bilder dreidimensionaler Objekte aufgenommen und anschließend rekonstruiert werden, die echten Objekten sehr ähnlich sind.
Die ersten Hologramme wurden 1947 von dem ungarischen Physiker Dennis Gabor erhalten, der damals in England arbeitete. Dieser Name geht auf die Wörter „holos“ (ganz, vollständig) und „gram“ (schreiben) zurück. Vor der Erfindung des ungarischen Wissenschaftlers war jedes Foto flach. Sie vermittelte nur zwei Dimensionen des Themas. Die Tiefe des Raums entzog sich dem Objektiv. Auf der Suche nach einer Lösung ging Gabor von einer wohlbekannten Tatsache aus. Lichtstrahlen, die von einem dreidimensionalen Objekt abgeworfen werden, treffen zu unterschiedlichen Zeiten auf den Film. Und sie alle gehen für unterschiedliche Zeiten einen anderen Weg. Wissenschaftlich ausgedrückt: Alle Wellen haben eine Phasenverschiebung. Der Versatz hängt von der Form des Objekts ab. Der Wissenschaftler kam zu dem Schluss, dass das Volumen eines beliebigen Objekts durch die Phasendifferenz der reflektierten Lichtwellen ausgedrückt werden kann. "Das menschliche Auge ist natürlich nicht in der Lage, diese Verzögerung der Wellen zu erfassen", schreibt Nikolai Malyutin in der Zeitschrift World Pathfinder, "weil sie sich in sehr kleinen Zeitintervallen ausdrückt. Dieser Wert muss in etwas Greifbareres umgewandelt werden, z B. in Helligkeitsunterschiede. Dies gelang einem Wissenschaftler, der zu einem Trick griff. Er beschloss, eine von einem Objekt reflektierte Welle – also verzerrt – mit einer vorbeilaufenden („Referenz“)-Welle zu überlagern die Kämme zweier Wellen trafen sich, sie verstärkten sich - dort erschien ein heller Fleck "Wenn die Kämme der Welle das Tal überlagerten, löschten sich die Wellen gegenseitig aus, wurde ein Blackout beobachtet Es entsteht ein charakteristisches Interferenzmuster, ein Wechsel von dünnen weißen und schwarzen Linien, das auf einer fotografischen Platte – einem Hologramm – festgehalten werden kann und alle Informationen über das Volumen des im Objektiv erfassten Objekts enthält. Damit das "volumetrische Porträt" sehr genau und detailliert ist, müssen Lichtwellen gleicher Phase und Länge verwendet werden. Bei Tages- oder Kunstlicht funktioniert eine solche Fokussierung nicht. Schließlich ist Licht meist ein chaotisches Gemisch unterschiedlich langer Wellen. Es hat alle Farben: von kurzwelliger blauer Strahlung bis hin zu langwelligem Rot. Diese Lichtkomponenten sind auf höchst bizarre Weise phasenverschoben." Da es damals noch keine kohärenten Lichtquellen gab, nutzte der Wissenschaftler die Strahlung einer Quecksilberlampe und „schnitt“ daraus mit verschiedenen Tricks einen sehr schmalen Spektralstreifen heraus. Gleichzeitig wurde die Kraft des Lichtstroms jedoch so gering, dass die Herstellung eines Hologramms mehrere Stunden dauerte. Die Qualität der Hologramme erwies sich als sehr gering. Die Gründe lagen in der Unvollkommenheit sowohl der Lichtquelle als auch des optischen Aufzeichnungsschemas selbst. Tatsache ist, dass beim Aufzeichnen eines Hologramms zwei Bilder gleichzeitig auf gegenüberliegenden Seiten der Platte erscheinen. Für den ungarischen Wissenschaftler stellte sich immer heraus, dass einer von ihnen vor dem Hintergrund des anderen stand, und beim Fotografieren stellte sich heraus, dass nur ein Bild scharf war, während das zweite einen unscharfen Hintergrund im Bild erzeugte. Um das Bild auf dem Hologramm zu sehen, muss es in diesem Fall durch die Strahlung derselben Wellenlänge beleuchtet werden, die während der Aufzeichnung verwendet wurde. Aber es gibt auch einen offensichtlichen Vorteil: Ein solches dreidimensionales Bild wird von jedem, auch dem kleinsten, Abschnitt der Hologrammplatte erzeugt, da der von jedem Punkt des Objekts gestreute Strahl das Hologramm vollständig ausleuchtet. Es stellt sich heraus, dass jeder seiner Punkte Informationen über die gesamte beleuchtete Oberfläche des Objekts speichert. Das Aufkommen des Lasers gab der Entwicklung der Holographie einen neuen Impuls, da seine Strahlung alle notwendigen Eigenschaften besitzt: sie ist kohärent und monochromatisch. 1962 erstellten die Physiker Emmett Leith und Juris Upatnieks in den USA ein optisches Schema für eine topografische Installation, das mit einigen Modifikationen immer noch verwendet wird. Um Bildüberschneidungen zu eliminieren, wird der Laserstrahl zweigeteilt und in unterschiedlichen Winkeln auf die Platte gerichtet. Als Ergebnis werden holografische Bilder durch unabhängige Strahlen erzeugt, die sich in verschiedene Richtungen ausbreiten.
Eine weitere grundlegend neue Methode der Holographie wurde vom russischen Physiker Yuri Nikolayevich Denisyuk entwickelt. Der Wissenschaftler nutzte die Interferenz entgegenkommender Lichtstrahlen. Die Strahlen kommen von verschiedenen Seiten auf die Platte und werden in der Fotoemulsionsschicht hinzugefügt, wodurch ein dreidimensionales Hologramm entsteht.
Mit dem Aufkommen des Lasers wurde Gabors langjährige Idee endlich verwirklicht. 1971 erhielt der Wissenschaftler für seine Erfindung den Nobelpreis für Physik. 1969 entwickelte Stephen Benton einen Weg, Hologramme mit gewöhnlichem, weißem Licht herzustellen. „Dazu“, bemerkt Malyutin, „muss mit Hilfe einer Fotomaske – einer dünnen Schicht mit vielen Mikroschlitzen – ein „Master-Hologramm“ erstellt und auf holografische Weise kopiert werden.“ Eine geschlitzte Schablone, wie Prismen, zerlegt das Tageslicht in die Grundfarben des Spektrums.In jeden der Schlitze fällt ein Lichtstrahl einer einzigen Wellenlänge.Das sorgt für Interferenzen und hilft, ein helles, mehrfarbiges, je nach Blickwinkelin unterschiedlichen Farben funkelndes Bild zu erhalten Blickwinkel - dasselbe Hologramm, an das wir uns in den letzten Jahren gewöhnt haben." Der Hauptvorteil der Farbholografie liegt darin, dass sie durch eine spezielle Prägetechnik maschinell kopiert werden kann. Eine farbige Kopie wird einer speziellen lichtempfindlichen Schicht ausgesetzt - einem Fotolack. Dieses Material hat eine hohe Auflösung. (Es wird zum Beispiel in der Mikrolithographie verwendet, um bestimmte Elemente einer Mikroschaltung auf eine Platine aufzubringen.) In unserem Fall nehmen sie beim Massenreplizieren von Hologrammen zunächst eine Digitalkamera und fotografieren das Objekt von allen Seiten. Der Computer verknüpft die einzelnen Bilder. Und jetzt ist das XNUMXD-Bild fertig. Im Labor „graviert“ dann ein Laser dieses Bild auf eine lichtempfindliche Platte. Es stellt sich ein dünnes Oberflächenrelief heraus. Mittels Elektrolyse wird die „Gravur“ auf eine Nickelmatrix aufgebracht. Die Matrix wird für die Massenreplikation von Hologrammen benötigt. Ihre Abdrücke - durch das Heißprägeverfahren - werden auf Metallfolie erhalten. Sobald nun ein Lichtstrahl auf das Hologramm fällt, beginnt es mit allen Farben des Regenbogens zu spielen. Inmitten dieser Vielfarbigkeit erscheint das abgebildete Objekt vor dem Betrachter. Diese Hologramme sind billig. Sie können sie in beliebiger Menge herstellen, solange Sie die Ausrüstung haben. Solche Hologramme werden weltweit als Aufkleber auf Produktverpackungen und Dokumenten verwendet. Sie dienen als hervorragender Fälschungsschutz: Es ist sehr schwierig, eine holografische Aufnahme zu kopieren.
Sie können Hologramme erstellen, die Objekte darstellen, die in Wirklichkeit nicht existieren. Es reicht aus, wenn der Computer die Form des Objekts und die Wellenlänge des darauf fallenden Lichts festlegt. Anhand dieser Daten zeichnet der Computer ein Bild der Interferenz der reflektierten Strahlen. Wenn Sie einen Lichtstrahl durch ein künstliches Hologramm leiten, können Sie ein dreidimensionales Bild eines erfundenen Objekts sehen. Sergei Trankovsky: „Holographie ist für Ingenieure zu einem wahren Geschenk geworden: Sie können jetzt Prozesse und Phänomene untersuchen und aufzeichnen, die manchmal nur theoretisch beschrieben werden. Beispielsweise erhitzen sich die Schaufeln eines Turbojet-Flugzeugtriebwerks im Betrieb auf Hunderte von Grad und verformen sich. Wie sich die Spannung in diesem Fall auf das Teil verteilt, wo ihre Schwachstelle liegt und Zerstörung droht, war vorher nur sehr schwer oder gar nicht festzustellen. Mit Hilfe holographischer Methoden lassen sich solche Untersuchungen ohne große Schwierigkeiten durchführen. Das von Laserlicht beleuchtete Hologramm rekonstruiert die Lichtwelle, die das Teil bei der Aufnahme reflektiert hat, und das Bild erscheint dort, wo sich das Teil früher befand. Wenn das Detail an Ort und Stelle bleibt, erscheinen zwei Wellen gleichzeitig: eine kommt direkt vom Objekt, die andere - vom Hologramm. Diese Wellen sind kohärent und können interferieren. Für den Fall, dass sich das Objekt während der Beobachtung verformt, wird sein Bild mit Streifen bedeckt, anhand derer die Art der Veränderungen beurteilt werden kann. Topografische Steuerungsmethoden sind sehr bequem. Sie ermöglichen es, das Ausmaß der Verformung von Teilen und die Amplitude ihrer Vibration zu messen, die Oberflächen von Objekten mit komplexer Form zu untersuchen und die Genauigkeit der Herstellung sowohl sehr großer Produkte (z. B. Spiegel mit mehreren Metern Durchmesser für Teleskope) zu überwachen ) und Miniaturlinsen (wie in einem Mikroskop). Ein Objekt kann Licht schlecht reflektieren, eine unebene Oberfläche haben, vollständig transparent sein - dies hat keinen Einfluss auf die Qualität des Hologramms. Dank leistungsstarker Laserpulse werden Hologramme in Tausendstelsekunden aufgezeichnet. Daher ist es jetzt möglich, Explosionen, elektrische Entladungen und Gasströmungen zu untersuchen, die sich mit Überschallgeschwindigkeit bewegen. Mit Hilfe eines Hologramms können Sie durch Milchglas oder andere Hindernisse sehen, die Licht streuen. Ein Hologramm wird vom Diffusor entfernt und eines der daraus wiederhergestellten Bilder wird mit dem Diffusor selbst kombiniert. Vom Hologramm und vom Diffusor aufeinander zulaufende Lichtwellen addieren sich und heben sich gegenseitig auf. Die Barriere verschwindet und das Objekt dahinter wird in all seinen Details sichtbar. Moderne Technologen haben eine neue Idee. Es basiert auf der Fähigkeit eines Lasers, aus einem Werkstück nach einem vorgegebenen Programm ein Teil beliebiger Form und Größe zu „fertigen“. Es reicht aus, ein Hologramm eines Referenzteils in einen technologischen Laser einzufügen, um die Notwendigkeit zu beseitigen, ein Programm zu schreiben und eine Laserinstallation einzurichten. Das Hologramm selbst wird eine solche Strahlkonfiguration und Verteilung seiner Intensität "aufnehmen", dass der "ausgeschnittene" Teil eine exakte Kopie des Standards sein wird. Es ist notwendig, auf eine andere, sehr ähnliche Methode zum Extrahieren von Nutzsignalen zu achten, die als optische Filterung oder Mustererkennung bezeichnet wird. Auf ähnliche Weise können Sie unter vielen anderen ähnlichen Bildern, wie z. B. Fingerabdrücken, nach den gewünschten Bildern suchen. Dazu ist es notwendig, aus dem Standard ein Hologramm zu erstellen und es dann in den Weg des vom Prüfobjekt reflektierten Lichtstrahls zu legen. Das Hologramm lässt nur Licht von einem Objekt durch, das vollständig mit dem Standard identisch ist, und „lehnt“ andere Bilder ab. Ein heller Fleck am Ausgang des optischen Filters ist ein Signal, dass ein Objekt erkannt wurde. Bemerkenswert ist, dass die Suche mit einer enormen Geschwindigkeit durchgeführt wird, die mit anderen Methoden unerreichbar ist, da sie automatisch durchgeführt werden kann. "Holographische Methoden", schreibt Trankovsky, "sind nicht nur auf Licht anwendbar - elektromagnetische Strahlung, sondern auch auf alle anderen Wellen. Insbesondere kann ein in eine undurchsichtige oder trübe Flüssigkeit getauchtes Objekt mit Hilfe von Schall gesehen werden. Akustische Vibrationssender erzeugen zwei kohärente Wellen. Eine (Subjekt) "stimmt" das Objekt, die zweite (Referenz) - die Oberfläche der Flüssigkeit. Ihre Interferenz verursacht Wellen darauf - das sogenannte akustische Hologramm. Indem es mit einem Laserlichtstrahl beleuchtet wird , stellen sie ein dreidimensionales Bild eines im Wasser liegenden Objekts wieder her, aber auf andere Weise: Das Signal eines Systems von Miniaturmikrofonen wird in Form von Schwärzungsstreifen auf einer Fotoplatte aufgezeichnet, und dann ein dreidimensional Mit einem Laserstrahl wird daraus ein dimensionales Bild wiederhergestellt. Autor: Musskiy S.A.
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