science >> Wetenschap >  >> Fysica

Hoe hologrammen werken

Als je een hologram doormidden scheurt, je kunt nog steeds de hele afbeelding in elk stuk zien. Hetzelfde geldt voor kleinere en kleinere stukken.

Als je een hologram wilt zien, je hoeft niet veel verder te kijken dan je portemonnee. Op de meeste rijbewijzen staan ​​hologrammen, ID-kaarten en creditcards. Als je niet oud genoeg bent om te rijden of tegoed te gebruiken, je kunt nog steeds hologrammen in je huis vinden. Ze maken deel uit van CD, dvd- en softwareverpakkingen, evenals zowat alles dat als "officiële merchandise" wordt verkocht.

Helaas, deze hologrammen -- die bestaan ​​om vervalsing moeilijker te maken -- zijn niet erg indrukwekkend. U kunt veranderingen in kleuren en vormen zien wanneer u ze heen en weer beweegt, maar ze zien er meestal gewoon uit als sprankelende afbeeldingen of kleurvegen. Zelfs de in massa geproduceerde hologrammen met film- en striphelden kunnen meer op groene foto's lijken dan op verbluffende 3D-afbeeldingen.

Aan de andere kant, hologrammen op grote schaal, verlicht met lasers of weergegeven in een verduisterde kamer met zorgvuldig gerichte verlichting, zijn ongelooflijk. Het zijn tweedimensionale oppervlakken die absoluut nauwkeurige, driedimensionale afbeeldingen van echte objecten. Je hoeft niet eens een speciale bril te dragen of door een View-Master te kijken om de beelden in 3D te zien.

Als je deze hologrammen vanuit verschillende hoeken bekijkt, je ziet objecten vanuit verschillende perspectieven, net zoals je zou doen als je naar een echt object zou kijken. Sommige hologrammen lijken zelfs te bewegen als je er langs loopt en ze vanuit verschillende hoeken bekijkt. Anderen veranderen van kleur of tonen totaal verschillende objecten, afhankelijk van hoe je ze bekijkt.

Hologrammen hebben ook andere verrassende eigenschappen. Als je er een doormidden snijdt, elke helft bevat hele weergaven van het hele holografische beeld. Hetzelfde geldt als je een klein stukje uitknipt - zelfs een klein fragment bevat nog steeds de hele afbeelding. Daarbovenop, als je een hologram maakt van een vergrootglas, de holografische versie vergroot de andere objecten in het hologram, net als een echte.

Als je eenmaal de principes achter hologrammen kent, begrijpen hoe ze dit allemaal kunnen doen is eenvoudig. In dit artikel wordt uitgelegd hoe een hologram, licht en je hersenen werken samen maken duidelijk, 3D-beelden. Alle eigenschappen van een hologram komen rechtstreeks voort uit het proces dat is gebruikt om het te maken, dus we beginnen met een overzicht van wat er nodig is om er een te maken.

Speciale dank

Speciale dank aan Dr. Chuck Bennett , Professor in de natuurkunde aan de Universiteit van North Carolina in Asheville, voor zijn hulp bij dit artikel.

Inhoud
  1. Een hologram maken
  2. Werkruimtevereisten
  3. Hologrammen en foto's
  4. Hologrammen en licht
  5. Lichtreflectie
  6. De randen vastleggen
  7. De emulsie bleken
  8. De franjes decoderen
  9. De objectstraal opnieuw maken
  10. Andere hologramtypes
  11. Meerdere afbeeldingen

Een hologram maken

Er zijn niet veel gereedschappen nodig om een ​​hologram te maken. Je kunt er een maken met:

  • EEN laser :Rode lasers, gebruikelijk helium-neon (HeNe) lasers, zijn gebruikelijk in holografie. Sommige huisholografie-experimenten vertrouwen op de diodes van rode laserpointers, maar het licht van een laserpointer is meestal minder coherent en minder stabiel, waardoor het moeilijk kan zijn om een ​​goed beeld te krijgen. Sommige soorten hologrammen gebruiken lasers die ook verschillende kleuren licht produceren. Afhankelijk van het type laser dat u gebruikt, misschien heb je ook een nodig Luik om de blootstelling te regelen.
  • Lenzen: Holografie wordt vaak "lensloze fotografie, " maar voor holografie zijn lenzen nodig. de lens van een camera focust licht, terwijl de lenzen die in holografie worden gebruikt ervoor zorgen dat de straal zich uitbreidt.
  • EEN straalsplitser :Dit is een apparaat dat spiegels en prisma's gebruikt om een ​​lichtstraal in twee stralen te splitsen.
  • Spiegels :Deze sturen de lichtstralen naar de juiste locaties. Samen met de lenzen en de beamsplitter, de spiegels moeten absoluut schoon zijn. Vuil en vegen kunnen het uiteindelijke beeld aantasten.
  • Holografische film :Holografische film kan licht opnemen met een zeer hoge resolutie, die nodig is voor het maken van een hologram. Het is een laag lichtgevoelige verbindingen op een transparant oppervlak, als fotografische film. Het verschil tussen holografische en fotografische film is dat holografische film in staat moet zijn om zeer kleine veranderingen in licht vast te leggen die plaatsvinden over microscopisch kleine afstanden. Met andere woorden, het moet een zeer fijne hebben korrel . In sommige gevallen, hologrammen die een rode laser gebruiken, zijn afhankelijk van emulsies die het sterkst reageren op rood licht.

Er zijn veel verschillende manieren om deze tools te ordenen -- we houden het bij een basis transmissie hologram voor nu instellen.

  1. De laser wijst naar de bundelsplitser, die de lichtstraal in twee delen verdeelt.
  2. Spiegels richten de paden van deze twee stralen zodat ze hun beoogde doelen raken.
  3. Elk van de twee bundels gaat door een divergerende lens en wordt een brede lichtbundel in plaats van een smalle bundel.
  4. een straal, de object straal, weerkaatst van het object en op de fotografische emulsie.
  5. De andere straal, de verwijzing straal, raakt de emulsie zonder te reflecteren op iets anders dan een spiegel.

In de volgende sectie zullen we kijken naar de vereisten voor de werkruimte.

Overdracht en reflectie

Er zijn twee basiscategorieën van hologrammen:transmissie en reflectie. Transmissiehologrammen creëren een 3D-beeld wanneer monochromatisch licht, of licht dat allemaal één golflengte is, reist er doorheen. Reflectiehologrammen creëren een 3D-beeld wanneer laserlicht of wit licht van hun oppervlak weerkaatst. Voor de eenvoud, dit artikel bespreekt transmissiehologrammen die met behulp van een laser worden bekeken, tenzij anders aangegeven.

Werkruimtevereisten

U kunt uw eigen holografietafel maken met behulp van binnenbanden en zand om trillingen te dempen.

Een goed imago krijgen vraagt ​​om een ​​geschikte werkruimte. In sommige opzichten, de eisen aan deze ruimte zijn strenger dan de eisen aan uw apparatuur. Hoe donkerder de kamer, des te beter. Een goede optie om een ​​beetje licht aan de kamer toe te voegen zonder het voltooide hologram te beïnvloeden, is een safelight, zoals die in donkere kamers worden gebruikt. Omdat safelights in donkere kamers vaak rood zijn en holografie vaak rood licht gebruikt, er zijn groene en blauwgroene safelights speciaal gemaakt voor holografie.

Holografie vereist ook een werkoppervlak dat de apparatuur absoluut stil kan houden - het kan niet trillen als je door de kamer loopt of wanneer auto's buiten voorbij rijden. Holografische laboratoria en professionele studio's gebruiken vaak speciaal ontworpen tafels waarop honingraatvormige steunlagen rusten pneumatisch poten. Deze bevinden zich onder het blad van de tafel, en ze dempen trillingen. U kunt uw eigen holografietafel maken door opgeblazen binnenbanden op een lage tafel te plaatsen, plaats er dan een kist vol met een dikke laag zand op. Het zand en de binnenbanden zullen de rol spelen van de honingraten en pneumatische steunen van de professionele tafel. Als je niet genoeg ruimte hebt voor zo'n grote tafel, je kunt improviseren met kopjes zand of suiker om elk apparaat vast te houden, maar deze zullen niet zo stabiel zijn als een grotere opstelling.

Om duidelijke hologrammen te maken, je moet ook trillingen in de lucht verminderen. Verwarmings- en airconditioningsystemen kunnen de lucht rondblazen, en zo kan de beweging van je lichaam, uw adem en zelfs de afvoer van uw lichaamswarmte. Om deze redenen, je moet het verwarmings- en koelsysteem uitschakelen en een paar minuten wachten nadat je je apparatuur hebt ingesteld om het hologram te maken.

Deze voorzorgsmaatregelen lijken een beetje op extreem genomen fotografie-advies -- als je foto's maakt met een camera, je moet je lens schoon houden, regel de lichtniveaus en houd de camera absoluut stil. Dit komt omdat het maken van een hologram veel lijkt op het maken van een foto met een microscopisch detailniveau. We zullen in het volgende gedeelte bekijken hoe hologrammen eruitzien als foto's.

Hologrammen en foto's

Bij fotografie, licht gaat door een lens en een sluiter voordat het een stuk film of een lichtgevoelige sensor raakt.

Als je een foto maakt met een filmcamera, vier basisstappen gebeuren in een oogwenk:

  1. Er gaat een luik open.
  2. Licht gaat door een lens en raakt de fotografische emulsie op een stuk film.
  3. Een lichtgevoelige verbinding genaamd zilverhalogenide reageert met het licht, het opnemen ervan amplitude, of intensiteit, zoals het weerkaatst op de scène voor je.
  4. De sluiter sluit.

U kunt veel wijzigingen aanbrengen in dit proces, zoals hoe ver de sluiter opengaat, hoeveel de lens de scène vergroot en hoeveel extra licht je toevoegt aan de mix. Maar welke veranderingen je ook aanbrengt, de vier basisstappen zijn nog steeds hetzelfde. In aanvulling, ongeacht wijzigingen in de opstelling, de resulterende foto is nog steeds gewoon een opname van de intensiteit van gereflecteerd licht. Wanneer u de film ontwikkelt en een afdruk van de afbeelding maakt, je ogen en hersenen interpreteren het licht dat van de foto weerkaatst als een weergave van de originele afbeelding. U kunt meer leren over het proces in Hoe Vision werkt, Hoe camera's werken en hoe film werkt.

Zoals foto's, hologrammen zijn opnamen van gereflecteerd licht. Om ze te maken, zijn stappen nodig die vergelijkbaar zijn met wat nodig is om een ​​foto te maken:

  1. Een sluiter opent of beweegt buiten het pad van een laser. (In sommige opstellingen, een gepulseerd laser vuurt een enkele lichtpuls af, waardoor een sluiter niet nodig is.)
  2. Het licht van de objectbundel weerkaatst op een object. Het licht van de referentiebundel omzeilt het object volledig.
  3. Het licht van beide bundels komt in contact met de fotografische emulsie, waar lichtgevoelige verbindingen op reageren.
  4. De sluiter sluit, het licht blokkeren.
In holografie, licht gaat door een sluiter en lenzen voordat het een lichtgevoelig stuk holografische film raakt.

Net als bij een foto, het resultaat van dit proces is een stukje film dat het invallende licht heeft vastgelegd. Echter, als je de holografische plaat ontwikkelt en ernaar kijkt, wat je ziet is een beetje ongewoon. Ontwikkelde film van een camera laat je een negatief weergave van de originele scène -- gebieden die licht waren, zijn donker, en vice versa. Als je naar het negatieve kijkt, je kunt nog steeds een idee krijgen van hoe de originele scène eruit zag.

Maar als je kijkt naar een ontwikkeld stuk film dat is gebruikt om een ​​hologram te maken, je ziet niets dat lijkt op de originele scène. In plaats daarvan, je ziet misschien een donker filmframe of een willekeurig patroon van lijnen en wervelingen. Om van dit filmframe een afbeelding te maken, heb je de juiste verlichting . In een overdragen hologram, monochromatisch licht schijnt door het hologram om een ​​afbeelding te maken. In een reflectie hologram, monochromatisch of wit licht weerkaatst op het oppervlak van het hologram om een ​​afbeelding te maken. Je ogen en hersenen interpreteren het licht dat door het hologram schijnt of erop weerkaatst als een representatie van een driedimensionaal object. De hologrammen die je op creditcards en stickers ziet, zijn reflectiehologrammen.

Je hebt de juiste lichtbron nodig om een ​​hologram te zien, omdat het de lichtbronnen registreert fase en amplitude als een code. In plaats van een eenvoudig patroon van gereflecteerd licht van een scène op te nemen, het registreert de interferentie tussen de referentiestraal en de objectstraal. Het doet dit als een patroon van tiny interferentieranden . Elke rand kan kleiner zijn dan één golflengte van het licht dat is gebruikt om ze te creëren. Het decoderen van deze interferentieranden vereist een sleutel -- die sleutel is het juiste soort licht.

Volgende, we zullen precies onderzoeken hoe licht interferentieranden maakt.

Hologrammen en licht

Lichtreflectie kan spiegelend zijn, spiegelachtig (links), diffuus of verspreid.

Om te begrijpen hoe interferentieranden op film ontstaan, je moet een beetje weten over licht. Licht is onderdeel van de elektromagnetisch spectrum -- het is gemaakt van hoogfrequent elektrisch en magnetisch golven. Deze golven zijn vrij complex, maar je kunt ze voorstellen als golven op water. Ze hebben pieken en dalen, en ze reizen in een rechte lijn totdat ze een obstakel tegenkomen. Obstakels kunnen absorberen of reflecteren licht, en de meeste objecten doen een deel van beide. Reflecties van volledig gladde oppervlakken zijn spiegelend , of spiegelachtig, terwijl reflecties van ruwe oppervlakken zijn diffuus , of verspreid.

De golflengte van licht is de afstand van de ene piek van de golf tot de volgende. Dit heeft betrekking op de frequentie van de golf, of het aantal golven dat een punt passeert in een bepaalde tijdsperiode. De frequentie van licht bepaalt de kleur en wordt gemeten in cycli per seconde, of Hertz (Hz). Kleuren aan de rode kant van het spectrum hebben lagere frequenties, terwijl kleuren aan het violette uiteinde van het spectrum hogere frequenties hebben. De amplitude van het licht, of de hoogte van de golven, overeenkomt met de intensiteit ervan.

wit licht, als zonlicht, bevat alle verschillende frequenties van licht dat in alle richtingen reist, inclusief degenen die buiten het zichtbare spectrum vallen. Hoewel je met dit licht alles om je heen kunt zien, het is relatief chaotisch. Het bevat veel verschillende golflengten die in veel verschillende richtingen reizen. Zelfs golven van dezelfde golflengte kunnen in een andere zijn fase, of uitlijning tussen de pieken en dalen.

Laser licht, anderzijds, is ordelijk. Lasers produceren monochromatisch licht -- het heeft één golflengte en één kleur. Het licht dat uit een laser komt is ook: samenhangend. Alle pieken en dalen van de golven staan ​​op een rij, of in fase. De golven stellen zich op ruimtelijk, of over de golf van de straal, net zoals tijdelijk, of langs de lengte van de balk. U kunt How Lasers Work bekijken om te zien hoe een laser dit precies doet.

In de volgende sectie zullen we kijken naar lichtreflectie en redundantie.

Lichtreflectie

Als lichtgolven weerkaatsen, ze volgen de wet van reflectie. De hoek waaronder ze toeslaan het oppervlak is hetzelfde als de hoek waarop ze het laten.

U kunt een foto maken en bekijken met ongeorganiseerd wit licht, maar om een ​​hologram te maken, je hebt het georganiseerde licht van een laser nodig. Dit komt omdat foto's alleen de amplitude vastleggen van het licht dat op de film valt, terwijl hologrammen verschillen in zowel amplitude als fase registreren. Om ervoor te zorgen dat de film deze verschillen vastlegt, het licht moet beginnen met één golflengte en één fase over de hele bundel. Alle golven moeten identiek zijn wanneer ze de laser verlaten.

Dit gebeurt er als je een laser aanzet om een ​​holografische plaat bloot te leggen:

  1. Een lichtkolom verlaat de laser en gaat door de bundelsplitser.
  2. De twee kolommen reflecteren van hun respectieve spiegels en gaan door hun respectieve divergerende lenzen.
  3. Het object reflecteert op het object en combineert met de referentiebundel op de holografische film.

Er zijn een paar dingen om in gedachten te houden over de objectstraal. Een daarvan is dat het object niet 100 procent reflecterend is -- het absorbeert een deel van het laserlicht dat het bereikt, het veranderen van de intensiteit van de objectgolf. De donkere delen van het object absorberen meer licht, en de lichtere delen absorberen minder licht.

Daarbovenop, het oppervlak van het object is op microscopisch niveau ruw, zelfs als het er glad uitziet voor het menselijk oog, dus het veroorzaakt een diffuse reflectie. Het verstrooit het licht in elke richting volgens de wet van reflectie . Met andere woorden, de invalshoek, of de hoek waaronder het licht het oppervlak raakt, is hetzelfde als zijn hoek van reflectie, of het licht waarbij het het oppervlak verlaat. Deze diffuse reflectie zorgt ervoor dat licht dat door elk deel van het object wordt gereflecteerd, elk deel van de holografische plaat bereikt. Dit is de reden waarom een ​​hologram overbodig is - elk deel van de plaat bevat informatie over elk deel van het object.

De holografische plaat legt de interactie tussen het object en de referentiebundels vast. We zullen hierna kijken hoe dit gebeurt.

Ontslag

Als je een hologram van een masker doormidden scheurt, je kon nog steeds het hele masker in elke helft zien. Maar door de helft van het hologram te verwijderen, je verwijdert ook de helft van de informatie die nodig is om de scène opnieuw te maken. Om deze reden, de resolutie van de afbeelding die u in een half hologram ziet, is niet zo goed. In aanvulling, de holografische plaat krijgt geen informatie over gebieden die buiten zijn gezichtsveld , of fysiek geblokkeerd door het oppervlak van het object.

De randen vastleggen

De lichtgevoelige emulsie die wordt gebruikt om hologrammen te maken, registreert de interferentie tussen de lichtgolven in de referentie- en objectbundels. Wanneer twee golftoppen elkaar ontmoeten, zij versterken elkaar. Dit is constructieve interferentie. Wanneer een piek een dal ontmoet, ze heffen elkaar op. Dit is destructieve interferentie. Je kunt de piek van een golf zien als een positief getal en het dal als een negatief getal. Op elk punt waar de twee bundels elkaar kruisen, deze twee getallen tellen op, ofwel afvlakking of versterking van dat deel van de golf.

Dit lijkt veel op wat er gebeurt als je informatie verzendt met behulp van radiogolven. In amplitudemodulatie (AM) radio-uitzendingen, je combineert een sinusgolf met een golf met verschillende amplitudes. In frequentiemodulatie (FM) radio-uitzendingen, je combineert een sinusgolf met een golf van verschillende frequenties. Hoe dan ook, de sinusgolf is de draaggolf dat is bedekt met een tweede golf die de informatie draagt.

Je kunt de interactie van lichtgolven [b] visualiseren door je golven op water voor te stellen.

In een hologram, de twee elkaar kruisende lichtgolffronten vormen een patroon van hyperboloïden -- driedimensionale vormen die eruit zien als hyperbolen geroteerd rond een of meer brandpunten. U kunt meer lezen over hyperboloïdale vormen bij Wolfram MathWorld.

De holografische plaat, rusten waar de twee golffronten botsen, vangt een dwarsdoorsnede, of een dun plakje, van deze driedimensionale vormen. Als dit verwarrend klinkt, stel je voor dat je door de zijkant van een helder aquarium vol water kijkt. Als u twee stenen in het water laat vallen aan tegenovergestelde uiteinden van het aquarium, golven zullen zich in concentrische ringen naar het centrum verspreiden. Als de golven op elkaar botsen, ze zullen constructief en destructief met elkaar interfereren. Als je een foto van dit aquarium hebt gemaakt en alles in het midden hebt bedekt, behalve een dun plakje, wat je zou zien is een dwarsdoorsnede van de interferentie tussen twee sets golven op een specifieke locatie.

Het licht dat de holografische emulsie bereikt, is net als de golven in het aquarium. Het heeft pieken en dalen, en sommige golven zijn groter, terwijl andere korter zijn. Het zilverhalogenide in de emulsie reageert op deze lichtgolven net zoals het reageert op lichtgolven in een gewone foto. Wanneer u de emulsie ontwikkelt, delen van de emulsie die intenser licht ontvangen, worden donkerder, terwijl degenen die minder intens licht ontvangen, een beetje lichter blijven. Deze donkere en lichtere gebieden worden de interferentieranden.

In de volgende sectie zullen we kijken naar het emulsiebleekproces.

De emulsie bleken

De amplitude van de golven komt overeen met de contrast tussen de randen. De golflengte van de golven vertaalt zich naar de vorm van elke rand. Zowel de ruimtelijke samenhang als het contrast zijn een direct gevolg van de reflectie van de laserstraal op het object.

Om deze randen weer in afbeeldingen om te zetten, is licht nodig. Het probleem is dat alle kleine, overlappende interferentieranden kunnen het hologram zo donker maken dat het het meeste licht absorbeert, weinig doorlatend voor beeldreconstructie. Om deze reden, het verwerken van holografische emulsie vereist vaak: bleken met behulp van een bleekbad. Een ander alternatief is het gebruik van een andere lichtgevoelige stof dan zilverhalogenide, zoals gedichromateerde gelatine, om de interferentieranden vast te leggen.

Zodra een hologram is gebleekt, het is helder in plaats van donker. Zijn interferentieranden bestaan ​​nog steeds, maar ze hebben een andere brekingsindex in plaats van een donkere kleur. De brekingsindex is het verschil tussen hoe snel licht door een medium gaat en hoe snel het door een vacuüm reist. Bijvoorbeeld, de snelheid van een lichtgolf kan veranderen als deze door de lucht reist, water, glas, verschillende gassen en verschillende soorten film. Soms, dit veroorzaakt zichtbare vervormingen, als het schijnbare buigen van een lepel die in een halfvol glas water wordt geplaatst. Verschillen in de brekingsindex veroorzaken ook regenbogen op zeepbellen en op olievlekken op parkeerplaatsen. In een gebleekt hologram, variaties in de brekingsindex veranderen hoe de lichtgolven door de interferentieranden reizen en weerkaatsen.

Deze randen zijn als een code. Het kost je ogen, je hersenen en het juiste soort licht om ze in een afbeelding te decoderen. We zullen in de volgende sectie bekijken hoe dit gebeurt.

Holografisch vergrootglas

Als je een hologram maakt van een scène met een vergrootglas, het licht van de objectbundel gaat door het glas op weg naar de emulsie. Het vergrootglas verspreidt het laserlicht, net als bij gewoon licht. Dit uitgespreide licht maakt deel uit van het interferentiepatroon op de emulsie.

U kunt het holografische proces ook gebruiken om afbeeldingen te vergroten door het object verder van de holografische plaat te plaatsen. De lichtgolven die door het object worden gereflecteerd, kunnen zich verder verspreiden voordat ze de plaat bereiken. U kunt een weergegeven hologram vergroten door een laser met een langere golflengte te gebruiken om het te verlichten.

Lees verder

De franjes decoderen

In een transmissiehologram, het licht dat het hologram verlicht komt van de kant tegenover de waarnemer.

De microscopisch kleine interferentieranden op een hologram zeggen niet veel voor het menselijk oog. In feite, omdat de overlappende randen zowel donker als microscopisch klein zijn, alles wat je waarschijnlijk zult zien als je naar de ontwikkelde film van een transmissiehologram kijkt, is een donker vierkant. Maar dat verandert als er monochroom licht doorheen gaat. Plotseling, je ziet een 3D-afbeelding op dezelfde plek waar het object was toen het hologram werd gemaakt.

Er vinden veel evenementen tegelijkertijd plaats om dit mogelijk te maken. Eerst, het licht gaat door een divergerende lens, waardoor monochromatisch licht - of licht dat uit één golflengtekleur bestaat - elk deel van het hologram tegelijkertijd raakt. Omdat het hologram transparant is, het zendt uit veel van dit licht, die onveranderd doorloopt.

Of ze nu donker of helder zijn, de interferentieranden reflecteren een deel van het licht. Dit is waar dingen interessant worden. Elke interferentierand is als een gebogen, microscopische spiegel. Licht dat erop valt, volgt de wet van reflectie, net zoals het deed toen het van het object kaatste om het hologram in de eerste plaats te creëren. De hoek van inval is gelijk aan de hoek van terugkaatsing, en het licht begint in veel verschillende richtingen te reizen.

De interferentieranden in een hologram zorgen ervoor dat licht wordt verstrooid in alle richtingen, het creëren van een afbeelding in het proces. De randen buigen en reflecteren een deel van het licht (inzet), en een deel van het licht gaat onveranderd door.

Maar dat is slechts een deel van het proces. Wanneer licht om een ​​obstakel of door een spleet heen gaat, het ondergaat diffractie , of verspreidt zich. Hoe meer een lichtstraal zich vanaf zijn oorspronkelijke pad verspreidt, de dimmer wordt het langs de randen. U kunt zien hoe dit eruit ziet met een aquarium met een over de breedte geplaatst paneel met sleuven. Als je een kiezelsteen in het ene uiteinde van het aquarium laat vallen, golven zullen zich in concentrische ringen naar het paneel verspreiden. Slechts een klein stukje van elke ring zal door elke opening in het paneel komen. Elk van die kleine stukjes zal zich aan de andere kant verspreiden.

Dit proces is een direct gevolg van het licht dat zich als een golf voortplant -- wanneer een golf langs een obstakel of door een spleet beweegt, zijn golffront breidt zich aan de andere kant uit. Er zijn zoveel spleten tussen de interferentieranden van een hologram dat het werkt als een diffractierooster , waardoor er in een zeer kleine ruimte veel elkaar kruisende golffronten verschijnen.

De objectstraal opnieuw maken

Het diffractierooster en de reflecterende oppervlakken in het hologram maak de oorspronkelijke objectstraal opnieuw. Deze bundel is absoluut identiek aan de oorspronkelijke objectbundel voordat deze werd gecombineerd met de referentiegolf. Dit gebeurt er als je naar de radio luistert. Uw radio-ontvanger verwijdert de sinusgolf die de amplitude- of frequentiegemoduleerde informatie droeg. De golf van informatie keert terug naar zijn oorspronkelijke staat, voordat het werd gecombineerd met de sinusgolf voor transmissie.

De straal beweegt ook in dezelfde richting als de oorspronkelijke objectstraal, zich uitspreiden als het gaat. Omdat het object zich aan de andere kant van de holografische plaat bevond, de straal komt naar je toe. Je ogen richten dit licht, en je hersenen interpreteren het als een driedimensionaal beeld achter het transparante hologram. Dit klinkt misschien vergezocht, maar je komt dit fenomeen elke dag tegen. Elke keer als je in de spiegel kijkt, je ziet jezelf en de omgeving achter je alsof ze zich aan de andere kant van het spiegeloppervlak bevinden. Maar de lichtstralen die dit beeld maken, bevinden zich niet aan de andere kant van de spiegel - het zijn degenen die weerkaatsen van het oppervlak van de spiegel en je ogen bereiken. De meeste hologrammen werken ook als: kleurenfilters , dus je ziet het object als dezelfde kleur als de laser die bij het maken ervan is gebruikt, in plaats van als zijn natuurlijke kleur.

Dit virtuele beeld is afkomstig van het licht dat de interferentieranden raakt en zich op weg naar uw ogen verspreidt. Echter, licht dat de raakt achteruit kant van elke rand doet het tegenovergestelde. In plaats van naar boven te gaan en te divergeren, het beweegt naar beneden en convergeert. Het verandert in een gerichte reproductie van het object -- a echte afbeelding die je kunt zien als je een scherm op zijn pad plaatst. Het echte beeld is pseudoscopisch , of van achteren naar voren gespiegeld -- het is het tegenovergestelde van het virtuele beeld dat je kunt zien zonder de hulp van een scherm. Met de juiste verlichting hologrammen kunnen beide afbeeldingen tegelijkertijd weergeven. Echter, in sommige gevallen, of je het echte of het virtuele beeld ziet, hangt af van welke kant van het hologram naar je toe is gericht.

Je hersenen spelen een grote rol in je perceptie van beide afbeeldingen. Wanneer uw ogen het licht van het virtuele beeld detecteren, je hersenen interpreteren het als een lichtstraal die wordt gereflecteerd door een echt object. Je hersenen gebruiken meerdere signalen , inclusief, schaduwen, de relatieve posities van verschillende objecten, afstanden en parallax , of verschillen in hoeken, om deze scène correct te interpreteren. Het gebruikt dezelfde aanwijzingen om het pseudoscopische echte beeld te interpreteren.

Deze beschrijving is van toepassing op transmissiehologrammen gemaakt met zilverhalogenide-emulsie. Volgende, we zullen naar enkele andere soorten hologrammen kijken.

Holografie en wiskunde

U kunt alle interacties tussen het object en referentiestralen beschrijven, evenals de vormen van de interferentieranden, met behulp van wiskundige vergelijkingen. Dit maakt het mogelijk om een ​​computer te programmeren om een ​​patroon af te drukken op een holografische plaat, het creëren van een hologram van een object dat niet echt bestaat.

Andere hologramtypes

De hologrammen op creditcards en andere alledaagse voorwerpen worden in massa geproduceerd door het patroon van het hologram op de folie te stempelen. Afbeelding met dank aan Dreamstime

De hologrammen die u als nieuwigheid kunt kopen of op uw rijbewijs kunt zien, zijn: reflectie hologrammen. Deze worden meestal in massa geproduceerd met behulp van een stempelmethode. Als je een holografische emulsie ontwikkelt, het oppervlak van de emulsie zakt in als de zilverhalogenidekorrels verminderd tot puur zilver. Dit verandert de textuur van het oppervlak van de emulsie. Een methode om hologrammen in massa te produceren, is dit oppervlak met metaal te coaten om het te versterken, gebruik het dan om het interferentiepatroon in metaalfolie te stempelen. Veel van de tijd, u kunt deze hologrammen in normaal wit licht bekijken. U kunt hologrammen ook in massa produceren door ze af te drukken vanaf een masterhologram, vergelijkbaar met de manier waarop u veel fotografische afdrukken kunt maken van hetzelfde negatief.

Maar reflectiehologrammen kunnen ook zo uitgebreid zijn als de transmissiehologrammen die we al hebben besproken. Er zijn veel object- en laseropstellingen die dit soort hologrammen kunnen produceren. Een veel voorkomende is een in lijn opstelling, met de laser, de emulsie en het object allemaal op één lijn. De straal van de laser begint als de referentiestraal. Het gaat door de emulsie, stuitert van het object aan de andere kant, en keert terug naar de emulsie als de objectstraal, het creëren van een interferentiepatroon. Je bekijkt dit hologram wanneer wit of monochroom licht van het oppervlak weerkaatst. Je ziet nog steeds een virtueel beeld -- de interpretatie van je hersenen van lichtgolven die lijken te komen van een echt object aan de andere kant van het hologram.

Reflectiehologrammen zijn vaak dikker dan transmissiehologrammen. Er is meer fysieke ruimte voor het opnemen van interferentieranden. Dit betekent ook dat er meer lagen reflecterende oppervlakken zijn waar het licht op kan vallen. Je kunt hologrammen die op deze manier zijn gemaakt, beschouwen als meerdere lagen die slechts ongeveer een halve golflengte diep zijn. Wanneer licht de eerste laag binnenkomt, een deel ervan reflecteert terug naar de lichtbron, en sommigen gaan door naar de volgende laag, waar het proces zich herhaalt. Het licht van elke laag interfereert met het licht in de lagen erboven. Dit staat bekend als de Opschep-effect , en het is een noodzakelijk onderdeel van de reconstructie van de objectbundel in reflectiehologrammen. In aanvulling, hologrammen met een sterk Bragg-effect staan ​​bekend als: dik hologrammen, terwijl die met weinig Bragg-effect zijn dun.

Het Bragg-effect kan ook de manier veranderen waarop het hologram licht reflecteert, vooral in hologrammen die je in wit licht kunt bekijken. Bij verschillende kijkhoeken, het Bragg-effect kan verschillen voor verschillende golflengten van licht. Dit betekent dat u het hologram vanuit de ene hoek als een kleur kunt zien en vanuit een andere hoek een andere kleur. The Bragg effect is also one of the reasons why most novelty holograms appear green even though they were created with a red laser.

Multiple Images

The famous hologram "The Kiss" shows a sequence of similar, stationary images. Your eye sees many frames simultaneously, and your brain interprets them as moving images. Image © 1996-2007 Holophile, Inc.

In movies, holograms can appear to move and recreate entire animated scenes in midair, but today's holograms can only mimic movement. You can get the illusion of movement by exposing one holographic emulsion multiple times at different angles using objects in different positions. The hologram only creates each image when light strikes it from the right angle. When you view this hologram from different angles, your brain interprets the differences in the images as movement. It's like you're viewing a holographic flip book. You can also use a gepulseerd laser that fires for a minute fraction of a second to make still holograms of objects in motion.

Multiple exposures of the same plate can lead to other effects as well. You can expose the plate from two angles using two completely different images, creating one hologram that displays different images depending on viewing angle. Exposing the same plate using the exact same scene and red, green and blue lasers can create a full-color hologram. This process is tricky, Hoewel, and it's not usually used for mass-produced holograms. You can also expose the same scene before and after the subject has experienced some kind of stimulus, like a gust of wind or a vibration. This lets researchers see exactly how the stimulus changed the object.

Using lasers to make three-dimensional images of objects may sound like a novelty or a form of art. But holograms have an increasing number of practical uses. Scientists can use holograms to study objects in three dimensions, and they can use acoustical holography to create three-dimensional reconstructions of sound waves. Holographic memory has also become an increasingly common method of storing large amounts of data in a very small space. Some researchers even believe that the human brain stores information in a manner that is much like a hologram. Although holograms don't currently move like they do in the movies, researchers are studying ways to project fully 3-D holograms into visible air. In de toekomst, you may be able to use holograms to do everything from watching TV to deciding which hair style will look best on you.

To learn more about holograms, dig into the links that follow.

The First Hologram

Dennis Gabor invented holograms in 1947. He was attempting to find a method for improving the resolution of electron microscopes. Echter, lasers, which are necessary for creating and displaying good holograms, were not invented until 1960. Gabor used a mercury vapor lamp, which produced monochrome blue light, and filters make his light more coherent. Gabor won the Nobel Prize in Physics for his invention in 1971.

Originally Published:May 21, 2007

Holograms FAQ

What are holograms used for?
Holograms, or holographs, are images that have parallax and depth. These images are most commonly used to prevent forgeries, and can be found on licenses, credit cards and IDs.
Does hologram technology exist?
Holograms were invented in 1947 by Dennis Gabor, while he was trying to devise a method to improve the resolution and quality of electron microscopes. The lasers that are essential to create and display holograms, echter, were invented in 1960.
What is a hologram and how does it work?
Laser beams are split up in order to construct a hologram, causing the light waves that make up the two parts of the beam to travel in similar fashion. It is due to this that the image seems to change. This is also what lends holograms their characteristic three-dimensional quality.
What are some other applications of hologram technology?
Hologram technology is useful for training and technical education. It is also helpful to designers and engineers who need to create three-dimensional images of their creations.
What is a hologram sticker?
Such stickers seem to display a 3D image. Printing hologram stickers is not an easy process, which is why it's difficult to recreate them. This is the reason they are widely used for security purposes.

Veel meer informatie

gerelateerde artikelen

  • Hoe licht werkt
  • How Holographic Memory Will Work
  • How Holographic Versatile Discs Work
  • Hoe camera's werken
  • How Film Works
  • Hoe visie werkt

Meer geweldige links

  • HoloWorld
  • MIT Media Lab:Holographic Video
  • Holographer.org

bronnen

  • Encyclopedie Britannica. "Holography." Encyclopedia Britannica Online. (4/9/2007)
  • Gargaro, Paulus. "A New Dimension in Research." Michigan Engineering. (4/9/2007) http://www.engin.umich.edu/alumni/engineer/03FW/ research/holography/
  • Goodman, Joseph W., et. al. "Holography." AccessScience@McGraw-Hill. 5/13/2002. (4/9/2007)
  • Graham, Marty. "Fake Holograms a 3-D Crime Wave." Bedrade. 2/7/2007. (4/9/2007) http://www.wired.com/science/discoveries/news/2007/02/72664#
  • Hariharan, P. "Basics of Holography." Cambridge Press. 2002.
  • Heckman, Filip. The Magic of Holography. Atheneum. 1986.
  • Holophile. "Holography." (4/9/2007) http://www.holophile.com/html/about.htm
  • Kasper, Joseph E. and Steven A. Feller. "The Complete Book of Holograms." John Wiley &zonen. 1987.
  • Keats, Jonathan. "The Holographic Television." Populaire wetenschap. (4/9/2007) http://www.popsci.com/popsci/whatsnew/ 569f0e0796b84010vgnvcm1000004eecbccdrcrd.html
  • Krakow, Gerrit. "How to Make Holograms at Home." MSNBC. 5/6/2005 (4/9/2007) http://www.msnbc.msn.com/id/7759505/
  • Outwater, Christopher and Van Hamersveld. "Practical Holography." Dimensional Arts. (4/9/2007) http://www.holo.com/holo/book/book1.html
  • University of Georgia. "Holography." Hyperfysica. (4/9/2007) Williams, Earl. "Acoustical Holography." AccessScience@McGraw-Hill. 5/8/2002. (4/9/2007)

Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Waarom herinneren we ons pijn?
  2. Wat voert glycolyse uit?
  3. Instructies voor het maken van een JELL-O Cell
  4. Hoe maak je een 3D-model van de dikke darm
  5. Zijn linkshandigen beter in sport?
  6. Wat is de functie van de pellet?
  7. Hoe een Western Blot te lezen
  8. Factoren die betrokken zijn bij celdifferentiatie
  9. Hoe worden nieuwe cellen geproduceerd?

Wetenschap