teorija5

Holografija

Svako svjetlosno polje se sastoji od amplitudne i fazne raspodjele, gdje u amplitudnoj raspodjeli dominira informacija o obliku objekta dok u faznoj raspodjeli dominira informacija o položaju objekta u prostoru.

Budući da fotoosjetljivi mediji bilježe samo intenzitet svjetlosti (kvadrat modula amplitude), a ne i fazu, standardnim "slikanjem" objekta gubi se njegova trodimenzionalnost pa je potrebno faznu informaciju pretvoriti u variranje intenziteta. To se postiže korištenjem koherentne svjetlosti te zapisom interferencije svjetlosti koja dolazi s objekta i svjetlosti koja direktno pada na fotografsku ploču. ;

Svaka točka zabilježenog interferencijskog uzorka ovisi o amplitudi i fazi valne fronte objekta. Obrađena fotografska ploča koju nazivamo hologram (potpun zapis), nosi potpunu vizualnu informaciju o trodimenzionalnoj sceni. Ta informacija je u kodiranom obliku, tako da na samom hologramu nije direktno vidljiv snimak scene. Zapravo, hologram je difrakcijska rešetka, ali isto tako i prozor kroz koji promatramo scenu. Gledajući kroz hologram vidimo nepostojeću trodimenzionalnu scenu veoma realistično. Mičemo li glavu lijevo-desno ili gore-dolje razni dijelovi scene postaju vidljivi ili pak skriveni.

Metodu "preslikavanja bez leće" otkrio je D. Gabor u želji da poboljša povećanje i rezoluciju elektronskog mikroskopa. Medutim, zbog neadekvatnosti izvora (duljina koherencije << 1 mm), a posebno zbog kolinearnosti interferirajucih snopova (prekrivanje svih članova u području rekonstrukcije objekta), njegovi hologrami nisu bili u stanju zabilježiti i rekonstruirati trodimenzionalne objekte.

Interes za holografiju je naglo splasnuo, da bi zahvaljujući novim izumima početkom 60-tih opet oživio. Prvo su E. Leith i J. Upatnieks riješili problem prekrivanja članova rekonstrukcije uvodenjem vala nosioca - referentnog snopa pod kutem u odnosu na objektni snop. Tako snimljen hologram, osvijetljen originalnim referentnim snopom, daje rekonstrukciju objekta odvojenu prostorno od ostalih difraktiranih članova. Zatim je uslijedio razvoj lasera - snažnog izvora koherentne svjetlosti koji je omogućio zapis i rekonstrukciju valne fronte trodimenzionalnih scena znatnih prostornih dubina.

U isto vrijeme Y. Denisyuk razvio je tzv. "holografiju bijele svjetlosti", tehniku sličnu Lippmanovoj fotografiji u boji. U njegovoj tehnici referentni i objektni snop dolaze na fotoploču sa suprotnih strana, formirajući zacrnjenja difrakcijske rešetke paralelno površini emulzije. Takvi refleksijski hologrami, osvijetljeni točkastim izvorom bijele svjetlosti (kao što je npr. Halogena lampa) biraju dovoljno uzak pojas valnih duljina za kvalitetnu rekonstrukciju valne fronte.

Najznačajnija primjena holografije je holografska interferometrija, otkrivena gotovo istovremeno od nekoliko istraživačkih grupa. Ona je omogućila da se prvi puta do tada vizualiziraju pomaci hrapave površine s točnošću dijela mikrometra. Omogućila je interferometrijske usporedbe valnih fronta zabilježenih u raznim vremenima.

Dodatno povećanje osjetljivosti i točnosti metode postignuto je heterodinim tehnikama i digitalnom phase stepping tehnikom. U podrucju trodimenzionalnog "displaya", Benton je izumio dugin hologram, transmisijski hologram koji se žrtvujući vertikalnu paralaksu mogao rekonstruirati pomoću bijele svjetlosti. Dugina holografija potakla je razvoj novih metoda za višebojno i akromatsko preslikavanje i holografski stereogram u bijeloj svjetlosti.

Bilježenje i rekonstruiranje valne fronte

Metoda bilježenja i rekonstruiranja valne fronte prikazana je animacijama.
Prva animacija prikazuje snimanje holograma.

Laserski snop je podijeljen na snop koji direktno pada na fotoploču (referentni) i snop kojim osvjetljavamo objekt (objektni). Manipuliranjem snopova optičkim elementima (zrcala, leće, širitelji), dovodimo ih do fotoploče. Fotoploča bilježi interferenciju referentnog snopa i objektnog snopa. Optički putevi izmedu referentnog i objektnog snopa moraju biti jednaki. Zabilježena rešetka je oblika opisanog jednadžbom (4) (Teorija 2).

Difrakcijom referentnog snopa na hologramu rekonstruira se valna fronta objekta (donja animacija). Sam objekt vidimo trodimenzionalno.