3. Introducere
Deși s-a intipărit ideea că o hologramă reprezintă o modalitate de
transpunere a unui film în plan tridimensional (o imagine obținută în relief),
trebuie să știți că acesta este doar un tip particular de hologramă. Putem foarte
ușor să găsim o hologramă pe cardurile de credit sau pe bancnote (pentru
prevenirea falsificării), ca tehnică de stocare de date, monitoare HUD în
industria aviatică, coduri de bare în marile magazine, imagistică medicală,
astrologie, în prezentările publicitare ale marilor branduri, etc.
Dar ca să înțelegem unde și cum le putem aplica, cum să le reperăm și cât
sunt de utile, trebuie mai întâi să înțelegem ce sunt hologramele și care este
tehnica ce permite producerea acestora. Pentru început, putem porni de la
etimologia termenului hologramă : „holos” (gr.) înseamnă „întreg”, iar
„gramma” înseamnă „pictură, fotografie”. Metoda experimentală care permite
producerea hologramelor este reprezentată de holografie.
Definitie
Holografia este o tehnică de înregistrare a imaginii unui obiect, fiind
folosită atât informația transmisă de amplitudinea undei electromagnetice, cât
și informația transmisă de faza acesteia. Astfel, este posibilă înregistrarea unei
imagini tridimensionale pe un suport bidimensional.
4. Metoda holografiei a fost elaborată în 1948 de
către Dennis Gabor, care a descris o metodă prin care se
poate obţine imaginea unui obiect din figura generală de
difracţie produsă de acel obiect.
Dennis Gabor a primit pentru metoda sa în 1971
premiul Nobel. Preocupat fiind de îmbunatatirea rezoluţiei
microscopului electronic, el propune formarea imaginilor
optice în două etape:
—înregistrarea frontului de undă provenit de la
obiectul de studiat;
—reconstituirea sa ulterioară, cu toate
caracteristicile ce-i aparţin, amplitudine şi fază, noua metodă
fiind numită din acest motiv, holografie.
Inventia sa nu a putut fi aplicata pe scara larga
decat dupa 1960, odata cu inventarea laserului.
Prima hologramă a unor obiecte tridimensionale a
fost înregistrată în 1962 de fizicienii Emmett Leith și Juris
Upatnieks în Statele Unite ale Americii și Yuri Denisyuk în
Scurt istoric
5. Principiul general
Diferenţa de principiu între o fotografie obişnuită şi o hologramă constă în
faptul că fiecare punct al unei fotografii poartă informaţie despre intensitatea
(eventual şi culoarea) unui punct sau a unei mici zone din obiectul fotografiat, în
timp ce în holografie informaţia despre fiecare punct din obiect este distribuită pe
întreaga suprafaţă a hologramei.
Undele electromagnetice reflectate de scena holografiată sînt înregistrate cu
fidelitate de suportul holografic şi reconstruite apoi la redarea hologramei. Astfel,
holograma devine un fel de fereastră prin care ochiul percepe acelaşi cîmp luminos
pe care l-a produs anterior scena înregistrată.
Există mai multe tipuri de holografie. O hologramă simplă se obţine prin
înregistrarea interferenţei dintre lumina venită de la obiect cu lumina unei unde de
referinţă. Franjele de interferenţă produse astfel se înregistrează pe o placă
fotografică de înaltă rezoluţie. După developarea plăcii, se trimite spre ea un
fascicul de lumină care are aceeaşi poziţie şi distribuţie ca şi unda de referinţă
folosită la înregistrare.
Franjele de interferenţă înregistrate pe placa fotografică acţionează asupra
acestui fascicul ca o reţea de difracţie şi generează o undă difractată, undă care are
aceeaşi formă ca şi cea venită de la obiectul holografiat şi produce pe retina
ochiului aceeaşi imagine ca şi obiectul real.
6. Principiul holografiei
O hologramã se deosebeste de o fotografie obisnuitã prin aceea cã ea
înregistreazã nu numai amplitudinea undei luminoase, ci si faza ei. Aceasta înseamnã
cã holograma reprezintã imaginea obiectului în spatiul cu trei dimensiuni. La
înregistrarea unei holograme (figura 1) fascicolul de luminã coerentã provenit de la
un laser trece printr-un colimator unde este extins, apoi este împãrþit în douã cu
ajutorul unui divizor de fascicol.
O parte cade pe placa
fotograficã, dupã ce este reflectatã
de cãtre o oglindã, iar cealaltã
parte cade pe obiect si este
reflectatã de cãtre acesta pe placa
fotograficã. Prima parte a
fascicolului, amintitã mai sus,
poartã numele de fascicol de
referintã iar cea de a doua parte se
numeste fascicol de la obiect.
Fascicolul reflectat de obiect are o
structurã care este caracteristicã
obiectului si diferã de la un obiect
la altul.
7. Sistem de înregistrare a unei holograme
Undele luminoase sosite de la obiect se suprapun cu undele luminoase din fascicolul de referintã
pe placa fotograficã, unde se formeazã o structurã complexã de interferentã care constã dintr-o
multitudine de franje a cãror formã si intensitate depind de amplitudinile si fazele celor douã fascicole.
Apoi, filmul se developeazã dupã tehnica conventionalã si astfel reprezintã ceea ce se numeste o
hologramã.
Privitã cu ochiul liber nu se observã pe ea nimic asemãnãtor cu obiectul. Pentru citire,
holograma se reilumineazã, însã numai cu fascicolul de referintã (figura 2). Dacã unghiul de iluminare a
hologramei este acelasi cu unghiul de iluminare cu fascicolul de referintã din timpul când a fost
înregistratã, lumina difractatã de hologramã produce douã imagini ale obiectului, una virtualã si alta
realã. Imaginea virtualã se obþine privind holograma; observatorul vede obiectul nedistosionat, în
spaþiul cu trei dimensiuni. Aceastã imagine se numeste virtualã deoarece pentru formarea ei este
necesarã o lentilã, în cazul de fatã lentila ochiului observatorului.
Imaginea realã se formeazã de cãtre undele luminoase care se propagã în diverse direcþii; ea
poate fi proiectatã direct pe un ecran si nu este necesarã o lentilã pentru formarea ei (imaginea realã
pentru a putea fi vãzutã trebuie proiectatã pe un ecran). O parte din lumina proiectatã pe hologramã se
transmite direct, în directia fascicolului de citire, fãrã sã fie difractatã.
8. Aplicatii ale holografiei
Holografia are multe alte aplicaţii decât
redarea imaginilor tridimensionale. În ultimii ani,
holografia a trecut din laborator în industrie găsindu-
şi tot mai multe aplicaţii în comunicaţii şi inginerie.
Variind orientarea hologramei in spatiu se
poate inregistra de fiecare data pe una si aceeasi
holograma o informatie noua, deoarece la restituirea
unei holograme se utilizeaza o unda luminoasa avand
acelasi front fata de cel al undei de la inregistrare. In
acest mod, metodele holografice pot fi utilizate
pentru codajul si decodajul informatiei, pentru
recunoasterea imaginilor etc.
Una dintre posibilitatile unice ale
holografiei o constituie inghetarea timpului. Daca
un ansamblu de obiecte in miscare este inregistrat la
momentul t0 pe o holograma, restituirea ulterioara a
acestei holograme va da o unda luminoasa
reconstruita, care va fi echivalenta cu unda reflectata
pe ansamblul de obiecte la momentul t0 si aceasta
unda poate fi observata intr-un interval de timp oricat
de mare il dorim.
9. Alta aplicatie importanta pare a fi
microscopia holografica. Din optica
geometrica holografica rezulta ca marimea m
a imaginii este data de m=lr/ln adica de
raportul lungimilor de unda folosite la
reconstituire (r) si la inregistrare (n). S-ar
putea obtine cu raze X si raze vizibile o
marire de un milion de ori.
S-a realizat pe acest principiu microscopul electronic
holografic cu o marire de 500 000 000 x.
Tot holografia ofera posibilitatea, unica, de a diviza o
imagine optica si de a o asambla, informatia fiind continuta in
fiecare punct al suprafetei hologramei.
Holografia ofera posibilitatea, tot unica, de a vedea un
obiect inainte ca el sa fie fabricat, daca se utilizeaza calculatoare
pentru a sintetiza o holograma artificiala care corespunde unui
obiect imaginat.
In cazul in care grosimea paturii sensibile la lumina este
mult mai mare decat distanta care separa doua franje de
interferenta consecutive, in locul hologramelor plate,
bidimenisonale, se pot obtine holograme tridimensionale (sau
in relief), aceasta idee apartinand lui J.Densiuk.
10. Holografia reprezintă unul din exemplele cele mai fascinante de recombinare a
radiaţiei împrăştiate pentru a produce fotografii. Aceasta este atât o metodă utilizată pentru
a produce imagini cât şi un instrument important în ştiinţă şi tehnologie.
După cum am precizat la început, holografia este utilizată în numeroase domenii,
găsindu-și utilizări extrem de variate :
1. În medicina această tehnică este intens utilizată în imagistica de tot felul :
holotomografia (HT), holografia cu raze X, holografia endoscopică, holografie în
oftalmologie, ortopedie, holografia acustică, etc. In prima imagine de mai jos putem vedea
cum are loc o autopsie virtuala.
2. Memoria holografică permite stocare de date mult mai mare si mai rapidă decât
memoriile clasic.
Deoarece o hologramă poate să stocheze o cantitate foarte mare de informaţie, se
pot realiza memorii mult mai mari şi mai rapide decât cele existente, dar tehnologia de
fabricaţie a acestora nu este încă pusă la punct pentru o producţie de serie. Tehnica de
stocare holografică de date, prin care este stocată informaţia cu o densitate foarte mare în
cristale sau fotopolimeri are şansa să devină următoarea generaţie după tehnica blu-ray
(care este limitată de difracţie).
11. 3. În Securitate, hologramele și-au găsit primele utilizări : pe bancnote, pe biletele de
intrare la diverse evenimente, pe ambalajele unor produse, pe cardurile de credit, pe
codurile de bare, etc.
Holograme mici au fost introduse iniţial pe cardurile de credit pentru a preveni
falsificarea acestora, sunt folosite azi tot mai des pe bancnote, pe biletele emise pentru
intrarea la diferite manifestări culturale sau sportive, pe ambalajele originale ale
programelor pentru calculator, precum şi pe alte produse în acelaşi scop. Un alt exemplu
important al aplicaţiilor hologramelor in securitate sunt codurile de bare de pe mărfurile
vândute în marile magazine. Cititorul de coduri citeşte informaţia de pe o reţea holografică.
Această industrie mare a codurilor de bare a făcut din holografie un succes industrial.
4. În Automobilistică și Aviație sunt utilizate monitoarele HUD (head-up displays)
care permit piloţilor să vadă pe un ecran instrumentele de pe bordul avionului/ de sub
capotă, acestea fiind proiectate prin tehnologia holografică.
5. În Criminalistică, una dintre uimitoarele aplicații constă în posibilitatea de fixare
în relief a locului faptei, cât şi la descoperirea urmelor infracțiunii.
6. În Publicitate această tehnică este atotputernică, fiind pe picior de egalitate de
holografia artistică al cărui prin susținator și practician a fost Salvador Dali.Dezvoltarea
holografiei a oferit lumii o modalitate efectivă de a crea imagini tridimensionale de calitate.
Astfel apare o nouă arie independentă a holografiei creative: holografia reprezentaţională.
Holografia artistică, ca important stil în acest domeniu al holografiei, a devenit o
nouă artă a frumosului. Primul artist ce a folosit holografia a fost Salvador Dal.
Acestea sunt câteva dintre cele mai utilizate aplicații ale holografiei, în afară de
acestea, tehnica este utilizată în astrologie, microscopie, biosenzori.