全息术。发明和生产的历史

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全息术。发明和生产的历史

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全息术是一套精确记录、再现和重塑光电磁辐射波场的技术，是一种特殊的摄影方法，记录三维物体的图像，然后用激光恢复，与真实图像极其相似。

Yu.N. Denisyuk 的全息图，全息术的发明者之一

1947 年，当时在英国工作的匈牙利物理学家丹尼斯·加博（Dennis Gabor）获得了第一张全息图。这个名字可以追溯到单词“holos”（整体，完全）和“gram”（写作）。在匈牙利科学家发明之前，任何照片都是平面的。她只传达了这个主题的两个维度。空间的深度避开了镜头。

为了寻找解决方案，Gabor 从一个众所周知的事实开始。三维物体发出的光线在不同的时间到达胶片。他们都为不同的时代开辟了不同的道路。用科学术语来说：所有的波都带有相移。偏移量取决于对象的形状。科学家得出结论，任何物体的体积都可以用反射光波的相位差来表示。

“当然，人眼无法捕捉到波浪的这种延迟，”Nikolai Malyutin 在《世界探路者》杂志上写道，“因为它以非常小的时间间隔表达。这个值必须转换成更具体的东西，因为例如，到亮度差异。这并由一位科学家成功地采用了一个技巧。他决定将从物体反射的波 - 即扭曲 - 叠加在经过的（“参考”）波上。“干扰”发生了。两个波的波峰相遇，它们被放大——那里出现了一个亮点出现特征干涉图案，细线交替，白色和黑色。这种图案可以在照相底片上捕获 - 全息图。它将包含有关镜头中捕捉到的物体体积的所有信息。

为了让“立体画像”非常准确和细致，需要使用相同相位和长度的光波。在日光或人工照明下，这样的聚焦是行不通的。毕竟，光通常是不同长度的波的混沌混合物。它有各种颜色：从短波蓝色辐射到长波红色。这些光成分以最奇怪的方式异相。”

由于当时没有相干光源，科学家使用汞灯的辐射，使用各种技巧从中“切出”一条非常窄的光谱带。然而，同时光通量的力量变得如此微弱，以至于需要几个小时才能产生全息图。全息图的质量非常低。原因在于光源和光学记录方案本身的缺陷。事实是，当记录全息图时，两个图像同时出现在印版的相对两侧。

对这位匈牙利科学家来说，他们中的一个总是被证明是在另一个的背景下，在拍摄它们时，只有一个图像变得清晰，而第二个则在照片中造成了模糊的背景。在这种情况下，为了看到全息图上的图像，它必须通过与记录期间使用的相同波长的辐射进行照明。但也有一个明显的优势：这样的三维图像是由全息图板的任何部分，甚至是最小的部分创建的，因为物体每个点散射的光束完全照亮了全息图。事实证明，它的任何点都存储了有关物体整个照明表面的信息。

激光的出现为全息术的发展提供了新的动力，因为它的辐射具有所有必要的品质：它是相干的和单色的。 1962 年在美国，物理学家 Emmett Leith 和 Juris Upatnieks 为地形装置创建了一个光学方案，该方案在经过一些修改后仍在使用。为了消除图像重叠，激光束被分成两束并以不同的角度指向印版。结果，全息图像由沿不同方向传播的独立光束形成。

全息术
使用 Leith-Upatnieks 方法获得全息图

俄罗斯物理学家尤里·尼古拉耶维奇·杰尼修克创造了另一种全新的全息方法。这位科学家利用了迎面而来的光束的干涉。从不同的侧面上板，将光束添加到光乳液层中，形成三维全息图。

全息术
使用 Denisyuk 方法获得全息图

随着激光的问世，Gabor 长期以来的想法终于实现了。 1971年，这位科学家因其发明获得诺贝尔物理学奖。

1969 年，斯蒂芬·本顿想出了一种用普通白光制作全息图的方法。 “为此，”Malyutin 指出，“在光掩模的帮助下 - 一个带有许多微槽的薄层 - 有必要制作一个“主全息图”并以全息方式复制它。开槽模板，如棱镜，将日光分成光谱的原色。进入每个狭缝的单波长光束。这提供了干涉，并有助于获得明亮、多色、根据角度不同颜色闪烁的图像观点——我们近年来已经习惯的同一个全息图。”

彩色全息的主要优势在于它可以通过机器使用特定的压花技术进行复制。彩色副本暴露于特殊的感光层——光刻胶清漆。这种材料具有高分辨率。（例如，它在微光刻中用于将微电路的某些元件应用到电路板上。）

在我们的案例中，当大规模复制全息图时，他们首先使用数码相机从各个方向拍摄物体。计算机链接各个图片。现在 XNUMXD 图像已准备就绪。然后，在实验室里，激光将这张照片“雕刻”在感光板上。结果是一个薄的表面浮雕。通过电解，“雕刻”应用于镍基体。

大规模复制全息图需要矩阵。他们的印刷品——通过烫印的方法——是在金属箔上获得的。现在，只要一束光落在全息图上，它就开始与彩虹的所有颜色一起玩。在这种多色中，描绘的对象出现在观众面前。这些全息图很便宜。只要您有设备，您就可以制作任意数量的它们。

这种全息图在世界各地被用作产品包装和文件上的贴纸。它们可以很好地防止伪造：复制全息记录非常困难。

全息术
全息贴纸

您可以创建描绘现实中不存在的对象的全息图。计算机设置物体的形状和落在物体上的光的波长就足够了。基于这些数据，计算机绘制出反射光线的干涉图。将光束穿过人造全息图，您可以看到发明物体的 XNUMXD 图像。

根据 Sergei Trankovsky 的说法：“全息已成为工程师的真正礼物：现在他们可以研究和记录有时仅在理论上描述的过程和现象。

例如，涡轮喷气飞机发动机的叶片在运行过程中会加热到数百度并变形。在这种情况下，应力如何在其薄弱点所在的部位分布，威胁破坏，以前很难甚至无法确定。在全息方法的帮助下，这样的研究很容易进行。

在激光的照射下，全息图重建了拍摄时零件反射的光波，图像出现在零件原来的位置。如果零件保持在原位，则会同时出现两个波：一个直接来自对象，另一个来自全息图。这些波是相干的并且可以干扰。如果物体在观察过程中发生变形，则其图像上覆盖有条纹，用于判断变化的性质。

地形控制方法非常方便。它们可以测量零件的变形量和振动幅度，研究复杂形状物体的表面，监控两种非常大的产品的制造精度（例如，望远镜直径几米的镜子））和微型镜头（如在显微镜中）。物体反射光线很差，表面不平整，完全透明——这不会影响全息图的质量。由于强大的激光脉冲，全息图可以在千分之一秒内记录下来。因此，现在可以研究以超音速运动的爆炸、放电和气流。

在全息图的帮助下，您可以透过磨砂玻璃或其他散射光的障碍物进行观察。从漫射器中移除全息图，从中恢复的图像之一与漫射器本身相结合。从全息图和漫射器向对方传播的光波相加并相互抵消。屏障消失了，它后面的物体的所有细节都变得可见。

现代技术人员有一个新想法。它基于激光根据给定程序从工件“制造”任何形状和尺寸的零件的能力。将参考部件的全息图插入技术激光器中就足以消除编写程序和设置激光器装置的需要。全息图本身将“拾取”这样的光束配置及其强度分布，“切除”部分将是标准的精确副本。

有必要注意另一种非常相似的提取有用信号的方法，称为光学过滤或模式识别。以类似的方式，您可以在许多其他类似图像（例如指纹）中搜索所需的图像。为此，需要从标准中制作全息图，然后将其置于被测物体反射的光束路径中。全息图只会让与标准完全相同的物体的光线通过，“拒绝”其他图像。滤光片输出处的亮点是检测到物体的信号。值得注意的是，搜索以极快的速度进行，这是使用其他方法无法实现的，因为它可以自动进行。

“全息方法，”Trankovsky 写道，“不仅适用于光——电磁辐射，还适用于任何其他波。特别是，在声音的帮助下，可以看到浸入不透明或混浊液体中的物体。声振动发射器产生两个相干波。一个（对象）“发出”物体的声音，第二个（参考）-液体表面。它们的干涉会在其上产生涟漪-所谓的声全息图。通过用激光束照亮它, 他们恢复了躺在水中的物体的 XNUMXD 图像。然而，他们以另一种方式做到了：来自微型麦克风系统的信号以黑色条纹的形式记录在照相板上，然后是三用激光束从中恢复三维图像。

作者：Musskiy S.A.

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