Holografia - odbicie marzeń

Autor: Aleksander Zagdański
5 stycznia 2005

HologramTrzymam właśnie w rękach świeżo zakupioną płytę kompaktową mojego ukochanego zespołu. Za chwilę z głośnika popłyną dźwięki przyprawiające mnie o euforię. Zanim to nastąpi, jak zwykle z ciekawością przyjrzę się temu małemu kwadracikowi potwierdzającemu jej legalność i to, że z czystym sumieniem mogę wsunąć ją do czytnika nie mając w głowie myśli, iż przeze mnie państwo zbiedniało, a skromny artysta zostanie pozbawiony środków do życia. Chodzi oczywiście o hologram, to arcyciekawe zdjęcie, które przyciąga wzrok każdego. I właśnie ono powinno uzmysłowić nam, jak wiele informacji tracimy zapisując obraz za pomocą aparatu fotograficznego lub po prostu na siatkówce naszego oka.

Tak, jest to tak naprawdę zwykła fotografia, ale zapisana za pomocą odrobinę bardziej wyrafinowanej techniki niż ta, którą stosujemy na co dzień. Możliwości, jakie daje nam holografia, są olbrzymie. Główną jej wartość dostrzega się w systemach zabezpieczeń stosowanych przez rozmaite firmy, lecz zasadniczo perspektywy wykorzystania są nieograniczone. Stosujemy hologramy na kartach płatniczych, dowodach osobistych, na biletach i szczerze mówiąc, na czym tylko dusza zapragnie. Zarówno w przypadku potwierdzenia autentyczności, jak i celach ozdobnych. Ostatnio na przykład pojawiały się holograficzne naklejki na wyświetlacze telefonów komórkowych. Nie można oczywiście zapomnieć o bodajże jednym z najciekawszych zastosowań, bez którego większość trekkerów zeszłaby na zawał. Gdyby Enterprise na czas nie otrzymał rozkazów i informacji, załoga kapitana Kirka przestałaby istnieć już na początku serii.

Pozostaje pytanie. Jak tworzymy owe przecudne zdjęcie i w jaki sposób dzieje się to, że oglądając fotografię hologramową mamy możliwość ujrzenia tego, co znajduje się za przeszkodą znajdującą się na pierwszym planie?

Zacznijmy więc od początku. Hologram to interferogram, czyli fotografia interferencyjnego szeregu prążków. W tym miejscu część z Was może się chwilkę zastanowić i zapytać, zresztą nie bez racji: "czy nie można by po polsku?". Już za chwile wszystko stanie się jasne. Czym jest interferencja? Mówiąc najprościej jest to nakładanie się dwóch (lub więcej) fal, dających w wyniku falę o odmiennej charakterystyce niż fale wchodzące w interferencję. Typy fal nakładających się mogą być rozmaite. Od dźwiękowych, poprzez świetlne, aż do fal prawdopodobieństwa (tak, tak). Rozpatrzmy to na przykładzie dwóch fal:

  • Jeżeli fale wchodzące w interferencję są zgodne w fazie, następuje interferencja konstruktywna, czyli amplituda fali się zwiększa.

  • Jeżeli fale wchodzące w interferencję są w przeciwnych fazach, następuje interferencja destruktywna i fala ulega wygaszeniu.

  • Jeżeli w interferencję wchodzą fale o złożonych charakterystykach to w części następuje wzmocnienie, a w części wygaszenie.


W każdym z powyższych przypadków, oczywiście oprócz drugiej możliwości, w której fale ulegną całkowitemu wygaszeniu, otrzymamy zestaw prążków interferencyjnych. I to właśnie on interesuje nas najbardziej, jeżeli chcemy poznać istotę holografii.

Rysunek poniżej pokazuje nam zestaw służący do otrzymywania hologramu. W tym wypadku używamy dwóch oddzielnych miejsc wiązki, czyli dzielimy światło przestrzennie, a nie amplitudowo (jeżeli ktoś pragnie dowiedzieć się również o tym sposobie holografii to polecam zapoznanie się z interferencją za pomocą interferometru Michaelsona). Najlepsze efekty daje zastosowanie światła o wysokiej spójności (światła laserowego), aby uniknąć zniknięcia prążków w skutek nadmiernej różnicy długości dróg.

Otrzymywanie hologramu

Jedna wiązka to wiązka odniesienia, a druga, o równej w przybliżeniu intensywności, zostaje odbita od tego, co chcemy sfotografować. Obie wiązki zostają nałożone pod małym kątem na drobnoziarnistym filmie. Ponieważ są spójne, tworzą prążki interferencyjne. Jeśli zostaną skierowane tak, by osiągnąć film z przeciwnych stron, otrzymamy hologram refleksyjny, czyli taki, który występuje na kartach kredytowych.

Następuje tu takie zapisanie padającego światła, jak na kliszy fotograficznej. Negatyw może nas jednak zaskoczyć, gdy zostanie wywołany. Nie dostrzegamy na nim obrazu, wygląda jakby był zamglony. Jednakże, gdy zostanie odtworzony w wiązce odniesienia (co pokazuje rysunek poniżej), widzimy kawałek np. sera pojawiający się w przestrzeni. Do odtworzenia nie jest już potrzebne światło lasera.

Działanie hologramu

Tak naprawdę otrzymujemy dwa obrazy, ale wprost możemy zobaczyć jedynie obraz pozorny. Powstawanie (odtwarzanie obrazu) to skutek interferencji światła przechodzącego przez sfotografowane prążki, które spełniają rolę podobną do szczelin Younga w jego doświadczeniu z dwiema szczelinami. Mówiąc wprost, patrząc na hologram pod światło widzimy ser, gdyż światło załamuje się na tym, co jest uwiecznione na fotografii. Holografia jest więc procesem dwuczęściowym: najpierw fotografujemy układ interferencyjny, a następnie używamy hologramu do modulacji światła i tworzenia obrazu. Działa podobnie do soczewek.

Zwykłe fotografie rejestrują tylko intensywność światła padającego na film w każdym punkcie. Hologram natomiast uwzględnia również fazę światła dochodzącego z kawałka sera, ponieważ zostaje ono nałożone na spójną wiązkę odniesienia. W ten sposób możemy zauważyć, o ile więcej informacji zawiera hologram niż zdjęcie tego samego elementu.

Pomijając inne korzyści, hologram pozwala nam widzieć obrazy trójwymiarowo. Podczas jego oglądania, gdy poruszymy głową, przedmioty bliższe na fotografii przesuną się względem odleglejszych. Zjawisko to określamy mianem paralaksy. Mamy z nim do czynienia także wtedy, gdy jedziemy samochodem i widzimy przesuwający się krajobraz. Bliższe drzewa przesuwają się szybciej.

Dużą zaletą jest również fakt, że nawet w przypadku pocięcia go na kawałki możemy z pojedynczego takiego skrawka odzyskać całą informację. Nadal będziemy widzieć to samo, mimo iż fragment ten będzie na przykład 10 razy mniejszy od początkowego. Dzieje się tak dlatego, iż każdy punkt na ekranie odebrał światło ze wszystkich części fotografowanego obiektu. Jest to zasadniczo różne odwzorowanie niż te zachodzące w tradycyjnej fotografii. Tam następuje odwzorowanie każdego punktu źródła w każdy punkt na ekranie, zaś przypadku fotografii holograficznej każdy punkt przedmiotu wysyła informację do wszystkich punktów w obrazie. Zapisanie informacji następuje w takim razie na zasadzie każdy w każdy, czyli holistycznie.

Oczywiście nic nie jest do końca piękne. Pomimo tego, że obraz jest całkowity, to jednak coraz mniej dokładny, im więcej fragmentów. Na którymś z kolei kawałku sera możemy dostrzec plamy, dziury lub twarz Elvisa. Bo król, jak wiadomo, nadal żyje. I tym, jakże radosnym akcentem, możemy zakończyć naszą podróż do krainy fotografii.



blog comments powered by Disqus