Holograafia

Allikas: Vikipeedia
Pildid samast hologrammist erinevate nurkade alt.

Holograafia on optikavaldkond, mis tegeleb hologrammide uurimise ning valmistamisega. Hologramm on seade eseme kolmemõõtmelise kujutise tekitamiseks. Hologramm kujutab endast faasiplaati, kus erinevalt tavalisest fotost on lisaks valgusvälja intensiivsusele jäädvustatud ka faasiinfo.[1]

Ajalugu[muuda | redigeeri lähteteksti]

Holograafilise meetodi leiutas Gábor Dénes 1940. aastatel [2]. Ta tuli hologrammi ideele üritades parandada elektronmikroskoobi pildi kvaliteeti. Sel ajal ei olnud veel leiutatud laserit ning koherentsete valgusallikate puuduses oli hologrammide valmistamine valguse optilises piirkonnas raskendatud. Dénes katsetas elavhõbedalambiga, kuid selle väikese koherentsuse tõttu suutis ta salvestada vaid kuni sentimeetrise läbimõõduga hologramme, mida sai taaskuvada vaid punkthaaval. Optiliste hologrammide tehnoloogia täienes kiirest pärast laseri leiutamist 1960. aastal. Oma panuse eest holograafia leiutamisel sai Gábor Dénes 1976. aastal ka Nobeli preemia. [3]

Tööpõhimõte[muuda | redigeeri lähteteksti]

Hologrammi salvestamine.
Hologrammi taastekitamine.

Tavalises fotos on salvestatud vaid esemelt tulnud valguse kiiritustihedus. Seega ei ole foto vaatlemisel tekkiv valgusväli identne esialgselt esemelt tulnud valgusväljaga: kaduma on läinud info eri suundadest tulnud valguskiirte faasivahe kohta. Hologrammis on salvestatud lisaks kiiritustihedusele ka faasiinfo ning kujutise taastekitamisel tekkiv valgusväli on identne salvestamisel esemelt tulnud valgusväljaga. Seega tundubki vaatlejale kujutis kolmemõõtmelisena.[1]

Faasiinfo salvestamiseks kasutatakse interferentsi nähtust. Ruumiliselt koherentne valguskimp jagatakse kaheks, näiteks poolläbilaskva plaadiga. Osa valgusest langeb otse salvestavale elemendile (edaspidi fotoplaat): nimetame seda võrdluskimbuks, teine osa esmalt hajub ning peegeldub kujutatavalt objektilt ning alles seejärel langeb salvestavale meediumile: nimetame seda esemekimbuks. Võrdluskimp ja eseme kimp interfereeruvad ning interferentspilt salvestub fotoplaadil. Kuna interferentsipildi intensiivsus sõltub langenud kiirte faasivahest, salvestab ta endasse lisaks infole kimpude intensiivsusest ka info faasi kohta.[1]

Salvestatud kujutise taastekitamiseks tuleb hologrammi valgustada võrdluskimbuga identse valgusega. Plaati läbinud valgus difrageerub ja tekib kaks kujutist: näiline kujutis seal, kus salvestamise ajal oli ese, ning tõeline kujutis teisel pool plaati.[1]

Olukorra selgitamiseks vaatleme punktvalgusallika hologrammi. Oletame, et võrdluskimp langeb fotoplaadile normaalisihiliselt ning eseme mõõtmed on tühised ehk temalt hajunud valguse lainefrondid on kontsentrilised sfäärid. Sellisel juhul on interferentsipildiks Fresneli tsoonid ning fotoplaat muutub Fresneli tsooniplaadiks. Taasvalgustamisel toimib tsooniplaat nagu lääts, fokuseerides valguse ühte punkti, mis ongi meie eseme tõeline kujutis. Tekib ka näiline kujutis samale kohale, kus ese hologrammi salvestamisel viibis.[1]

Keerulisemaid esemeid võib vaadelda koosnevat punktesemetest. Seega on nende valgusväli punktallikate valgusväljade summa ning lihtsustatult võib keerulisemate esemete hologramme vaadelda kui punktesemete hologrammide superpositsiooni.[1]

Klassifikatsioon[muuda | redigeeri lähteteksti]

Hologramme klassifitseeritakse kolme omaduse põhjal:

  • Eristatakse amplituud- ja faasmodulatsiooni. Amplituudmodulatsiooni puhul omandab salvestav materjal läbilaskvuse, mis on võrdeline peale langeva valguse intensiivsusega. Faasmodulatsioon saadakse muutes materjali paksust või murdumisnäitajat proportsionaalselt holograafilise interferentsmustri intensiivsusega.[4]
  • Salvestusmaterjali mõõtmete põhjal eristatakse paksu (ruumilist) ja õhukest hologrammi. Vastvalt liigitusele on salvestuskeskkonna paksus kas suurem või palju väiksem kui interferentsijoonte vaheline kaugus.[4]
  • Taasesitusmetoodika põhjal eristatakse ülekandvat ja peegeldavat hologrammi. Ülekandehologrammi puhul langevad valgus objektilt ja võrdluskimp salvestavale keskkonnale samalt poolelt. Peegeldava hologrammi puhul langevad nad aga erinevatelt pooltelt.[4]

Rakendused[muuda | redigeeri lähteteksti]

On levinud arvamus, et holograafia leiab tulevikus laialdaselt rakendust andmesalvestuses. Võrreldes praeguste tehnoloogiatega võimadaks holograafia kasutada salvestuskeskonda tervenisti, mitte ainult pinda.[4] See lubaks muuta andmesalvestusvahendeid kompaktsemaks. Lisaks andmesalvestusele on holograafiat rakendatud kunstis[5], interferomeetrites[6], mikroskoopides[7], sensorites[8], biosensorites[9] ning turvaelementides[10]. Eksisteerivad ka holograafilised skannerid[11], millega määratakse ruumiliste objektide mõõtmeid.

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 Hecht E., Optics, 4rd Ed., Addison-Wesley, 2002, ISBN 0-321-18878-0
  2. Gabor D., 1948, Nature, 161, 4098 777–8, DOI:10.1038/161777a0
  3. The invention and facts of holography. Hubpages. Kasutatud 19.05.2013.
  4. 4,0 4,1 4,2 4,3 Hariharan P., 2002, Basics of Holography, Cambridge University Press, ISBN 0-521-00200-1
  5. Oliveira1 S. & Richardson M., Journal of Physics: Conference Series 415 (2013) 012007, DOI:10.1088/1742-6596/415/1/012007
  6. Powell R. L. & Stetson K. A., 1965, J. Opt. Soc. Am., 55, 1593–8, DOI: 10.1364/JOSA.55.001593
  7. Kuznetsova Y., Neumann A., Brueck S.R., 2007, Optics Express, 15, 11, 6651–6663, DOI: 10.1364/OE.15.006651
  8. Smart Holograms – About us. Smart Holograms. Kasutatud 19.05.2013.
  9. J. L. Martínez-Hurtado , C. A. B. Davidson , J. Blyth , and C. R. Lowe, 2010, Langmuir, 2010, 26, 19, 15694–15699, DOI: 10.1021/la102693m
  10. Rudolf L. van Renesse, Optical Document Security, 3rd edition, Artech House, 2005, ISBN 1-58053-258-6
  11. Holographic Scanners. Holographix. Kasutatud 19.05.2013.