Голография. Основные признаки и принципы применения

Обычно пользуются мнимым голографическим изображением, которое по зрительному восприятию создаёт полную иллюзию существования реального предмета. Рассматривая из разных положений объёмное изображение предмета, даваемое голограммой, можно увидеть более удалённые предметы, закрытые более близкими из них (заглянуть за близкие предметы). Это объясняется тем, что, перемещая голову в сторону, мы воспринимаем изображение, восстановленное от периферической части голограммы, на которую при экспонировании падали также и лучи, отражённые от скрытых предметов. Голограмму можно расколоть на несколько кусков. Но даже малая часть голограммы восстанавливает полное изображение. Однако уменьшение размеров голограммы приводит к ухудшению чёткости получаемого изображения. Это объясняется тем, что голограмма для опорного пучка служит дифракционной решёткой, а при уменьшении числа штрихов дифракционной решётки (при уменьшении размеров голограммы) ее разрешающая способность уменьшится.

Полезный эффект

Серьезные производители, дорожащие своей репутацией, защищают свою продукцию от подделок, используя голограммы. Голограмма - один из самых надежных способов современной защиты продукции от подделок.  Выполненный в виде голограммы товарный знак защищает производителя от контрафактной продукции, поднимает престиж фирмы, рекламирует продукцию, вызывает доверие у покупателя. Выполненный в виде голограмм товарный знак хорошо запоминается, привлекает внимание, является эффективным средством рекламы, даёт немалый экономический эффект от увеличения объема продаж.

Как уже известно, голография используется в лазерах. Например, существует твердотельный импульсный лазерный источник, предназначенный для лечения онкологических заболеваний в организме человека. Экономический эффект при реализации только в России более 500 млн. руб. в год. Объем рынка по России составляет порядка 1000 шт. Объем зарубежного рынка составляет более 2500 шт.

Организация голографической студии в России стоит намного дешевле, чем за рубежом, т.к. все материалы и оборудование для изготовления голографии производятся на российских предприятиях. Стоимость студии с помощью, которой максимум можно снимать небольшие изображения неподвижных предметов, к тому же не пользующихся особым спросом на рынке - 4-5 тыс. долларов. Но существуют гораздо более дорогие и развитые по своим технологиям студии. Основная часть студии - это лазер. Приобретение импульсного лазера будет стоить около 35 тыс. долларов. Лазер позволяет заснять не только портрет человека, но и падающие капли дождя, а при соответствующей настройке, даже полет пули. Для организации голографической лаборатории потребуются также комплект специальных линз и лазеры для копирования, они наиболее дороги и стоят порядка 40 тыс. долларов. Таким образом, минимальный комплект голографической лаборатории обойдется примерно в 75 тыс. долларов. Но если делать голограммы больших размеров (40х60 см), а также полностью цветные голограммы неподвижных предметов, то придется приобрести расширенный комплект за 100 тыс. долларов (стоимость увеличивается за счет еще одного лазера). Также понадобятся проявочные химикаты.  1 литр стоит 500 руб., его вполне хватит на несколько десятков копий. Стеклянные пластины для изображения стоимостью 800 руб. за 1 кв. м. Но здесь есть возможность сэкономить: делать все химикаты самостоятельно, покупая отдельные химические ингредиенты, - это обходится в 3-4 раза дешевле. Для обслуживания оборудования понадобятся три работника: один - специалист по лазерам, второй - по копированию и третий - художник для составления композиции. Таким образом, полностью окупиться студия сможет уже за первый год работы. Если создавать студию за рубежом, то это требует инвестиций в размере 500 тыс. долларов, если в России, то порядка 110-115 тыс. долларов. Если взять для сравнения создание профессиональной фото-студии, то стоимость составляет около 18 тыс. долларов. Голографический портрет будет стоить 150 долларов, в то время как фотопортрет 50 долларов.

Голографические снимки можно создавать в домашних условиях. Для этого понадобится: тубус с голографическими фотопластинками ПФГ-03м (размер 6*6 см, 30 шт.), проявитель для фотопластинок ПФГ-03м (на 1 литр концентрированного раствора), лазерная указка (китайская, 1-2 мВт, класс IIa), инструкция к применению. Стоимость данных предметов будет порядка 1000 рублей.

На основе приведённых данных, можно сделать вывод о том, что производство голограмм требует немалых затрат и гораздо больший доход при реализации продукции. В данном случае создание голографической студии нам обойдётся во много раз дороже обычной фотографической, но и выпускаемый продукт будет также дорог. Для бизнесменов, имеющих средства на организацию производства, с использованием голографии – это отличный шанс заработать, т.к. голография – это развивающаяся отрасль и продукт, получаемый с её помощью, пользуется спросом и имеет хорошее качество.

Область применения физического явления

Голограммы имеют широкий спектр свойств, и это служит основой их разнообразного применения. В коммерческих целях голография широко используется для защиты алкогольной продукции от фальсификации, защиты от контрафакта на CD и DVD, для маркировки автозапчастей, для защиты от копирования документов и ценных бумаг, для защиты денежных знаков. Голографическая фольга используется для платежных, клубных и дисконтных пластиковых карт и т.д. Голограммы музейных редкостей уже сделались довольно обычной вещью: они не только экспонируются на выставках, но и продаются в сувенирных ларьках. Начинают появляться, хотя и очень редко, объемные книжные иллюстрации.

Наиболее широкое применение голография находит в науке и технике. Голографическими методами контролируют точность изготовления изделий сложной формы, исследуют их деформации и вибрации. Для этого деталь, подлежащую контролю, облучают светом лазера, и отраженный свет пропускают сквозь голограмму эталонного образца. При отклонении размеров от эталонных, искажении формы и появлении поверхностных напряжений возникают полосы интерференции, число и расположение которых характеризует степень отличия изделия от образца или величину деформаций. Аналогичным образом исследуют обтекание тел потоками жидкости и газа: голограммы позволяют не только увидеть в них вихри и области уплотнений, но и оценить их интенсивность. При помощи голографического метода можно достичь небывалой плотности хранения и удобства считывания информации. На один квадратный сантиметр голограммы, полученной с помощью гелий-неонового лазера, приходится 250 млн. единиц информации. Время восстановления изображения по голограмме весьма мало, поэтому голография позволяет записывать, хранить и быстро преобразовывать информацию в огромных количествах. Голографический метод позволяет воспроизвести с неподвижного экрана изображение движущегося предмета. Причём изображение получается объёмным и цветным (хотя сама плёнка серая).

Применение голографии разнообразны, но наиболее важными являются запись и хранение информации.

Существует несколько категорий хранения памяти. Одна из них - архивная память. В качестве примера можно привести библиотеки, архивы страховых, медицинских, сейсмологических, криминалистических данных, стандартных программ ЭВМ, оборонной и почтовой информации. Эта категория предусматривает хранение со считыванием, без записи в процессе эксплуатации. Другая категория аналогична первой, только включает такое хранение, при котором она время от времени изменяется. Примерами являются кредитная информация, списки личного состава, информация о ценах, номера телефонов, акционерные сведения и т.д. В памяти такого рода данные прибавляются или изменяются по типу ЭВМ. Третья категория характеризуется высокой скоростью записи информации и временным её запоминанием. В качестве примера можно привести оптические системы связи с высокой скоростью передачи числовых разрядов или запись информации во время полёта космического зонда. Четвёртая категория систем хранения требует больших скоростей считывания, записи и стирания информации. Наиболее очевидным примером может служить память ЭВМ.

Голография нашла применение в голографической интерферометрии. Уникальная особенность голографической интерферометрии позволяет изучать процессы, происходящие как внутри оптически неоднородных сред, так и с диффузно отражающими объектами. Такое было абсолютно недоступно в классической интерферометрии. Голографическая интерферометрия может быть использована для получения контурной карты на поверхности диффузно отражающих объектов.

Голография используется для измерения размера частиц. Основное достоинство голографии состоит в том, что с её помощью можно исследовать динамические ситуации, причём детальное изучение частиц выполняется на восстановленных с голограмм изображениях. Голография применяется в стереоскопии. Стереоскопия - метод получения изображений, создающих впечатление объемности предметов и их пространственного расположения. Голография применяется для создания двухмерных и трёхмерных дисплеев - дисплеи, посредством стереоскопического эффекта создающие иллюзию реального объёма у демонстрируемых изображений. К числу главных преимуществ голографических дисплеев относятся значительно более высокая яркость изображения, исключительно большая долговечность хранимого голографического изображения и меньшая стоимость копий.

Голография используется в распознавании образов – чтение печатных текстов, обработка аэрофотоснимков, ассоциативный поиск, цифровая голография. Голография используется в мультиплицированном изображении, для изготовления голографических портретов, используется для создания фотограмметрии. Фотограмметрия – это наука или искусство получения достоверных измерений средствами фотографии. Применяется голография в обработке изображений.

Голография нашла широкое применение в кинематографе. Система голографического кино превосходит обычный кинематограф по всем основным параметрам. Современное голографическое оборудование позволяет проецировать трёхмерные голографические фильмы, голографические слайды и реальные объекты. Существует технология статической голографической проекции, которая может применяться для обучения, рекламы, выставок, бизнес-презентаций, различных шоу и так далее.

Используется голографический метод в технике для получения микроэлектронных масок. Голография имеет широкое применение в микроскопии. Её применение основано главным образом на том, что реконструкцию можно осуществить светом, длина волны которого отлична от длины волны излучения, используемого при записи. Разработанный голографический микроскоп позволяет получать объемные изображения исследуемых микрообъектов, а также их интерферограмму, при использовании голограммы для генерации одного из лучков. Таким образом, описанный микроскоп расширяет возможности исследования прозрачных микрообъектов. Голографические оптические элементы являются незаменимыми, например, при решении задач коррекции аберраций специальных оптических систем, при контроле сложных оптических поверхностей и др.

Голографические дифракционные решетки используются для приборов и лазеров (спектральные приборы, для сужения ширины спектральной линии в лазерах, для компрессии лазерных импульсов, для телекоммуникационных систем, в качестве эталонов для калибровки микроскопов и других измерительных приборов, для создания оригинальных световых эффектов).

Портативная голографическая установка используется в космосе для обмена информации. Впоследствии установка использовалась, как инструмент для исследований. Изучалось растворение в воде кристалла поваренной соли, что важно для технологических процессов, а так же в биологии и медицине.

Компьютерная томография, позволяет получать скрытые от глаза сечения внутренних органов человеческого тела, сечения, получаемые при компьютерном синтезировании их рентгеновских  и акустических изображений. Сочетание этого метода с голографией предоставляет ещё больше возможностей.

С помощью голографии создана таблетка "Гармония", содействующая в целом сохранению, поддержанию и восстановлению иммунных свойств живого организма, а это главное защитное свойство, обеспечивающее сохранение жизни и здоровья, при решении проблем иммунодефицита.

Голография применяется в раскрытии и расследовании преступлений, как способ наглядных фиксации материальных объектов.

Описание конкретного примера

Рассмотрим вид изобразительной голограммы – схему отражательной голограммы. Данная схема, предложенная Ю. Н. Денисюком - самая популярная голографическая схема, которая получила широкое практическое применение в изобразительной голографии. Схема Денисюка - самая простая из голографических схем. Тем не менее, с ее помощью можно записывать голограммы самого высокого качества.

На рис. 1 показана схема изготовления отражательных голограмм, предложенная Ю. Н. Денисюком.

Пучок света лазера 1 расширяется линзой 2, проходит почти прозрачную голографическую фотопластинку 3 и освещает объект 4. Свет, отражённый от объекта 4 падает на фотопластинку с противоположной стороны. Таким образом, фотопластинка освещается двумя пучками света: объектным пучком 5, отражённым от объекта, и опорным пучком 6, идущим от лазера через формирующую линзу 2.

В светочувствительном слое фотопластинки объектный и опорный пучки интерферируют, образуя стоячие волны; возникшая в пространстве неподвижная интерференционная картина регистрируется в светочувствительном слое.

Объектный пучок удобно рассматривать состоящим из множества элементарных объектных волн 7, каждая из которых отражается от одного малого, считаемого точёным, элемента поверхности объекта 8.

Изготовления голограмм Денисюка:

1) Потребуется фотопластинка. При записи отражающих голограмм по схеме Денисюка на фотопластинке регистрируется интерференционная картина с периодом T менее 1 микрона. Поэтому разрешающая способность N= 1/(T/5) такая фотопластинка должна быть не менее 5000 лин/мм. Перечень фотопластинок для голографии, выпускаемых заводом "Славич":

-ПФГ-01: галоидно-серебряные фотопластинки для записи пропускающих голограмм в схеме Лейта-Упатниекса. Сенсибилизированы к красной области спектра для записи голограмм He-Ne лазером

-ПФГ-03м - галоидно-серебряные фотопластинки для записи отражающих голограмм в схеме Денисюка. Сенсибилизированы к красной области спектра для записи голограмм He-Ne лазером

-ПФГ-03c - галоидно-серебряные фотопластинки для записи цветных отражающих голограмм в схеме Денисюка. Сенсибилизированы к излучению He-Ne и аргонового лазеров

-ПФГ-04 - фотопластинки для записи отражающих и пропускающих голограмм на хромированной желатине (БХЖ). Имеют разрешающую способность более 10000 лин/мм. Рассчитаны на запись голограмм аргоновым лазером в сине-зеленой области спектра

-ВРП (ФПР) - галоидно-серебряные фотопластинки для записи пропускающих голограмм в схеме Лейта-Упатниекса. Сенсибилизированы к зеленой области спектра для записи голограмм импульсным лазером на неодиме или аргоновым лазером.