Holografia a jej využitie
Kategorie: Fyzika a astronómia (celkem: 480 referátů a seminárek)
Informace o referátu:
- Přidal/a: anonymous
- Datum přidání: 01. července 2007
- Zobrazeno: 4370×
Příbuzná témata
Holografia a jej využitie
ÚvodHolografia je jednou z pozoruhodných činov modernej vedy a technológie. Hologramy majú jedinečné vlastnosti zachovať si skutočný objem predmetov. Slovo holografia, pôvodom grécke slovo holos – celý a grapho – zápis, znamená v slovenčine celkový obrazový záznam. Holografia predstavuje v širšom zmysle slove fotografický proces, ktorý sa však úplne líši od bežnej fotografie. Fotocitlivý materiál registruje iba intenzitu svetla, kde pri holografii je nevyhnutným faktorom aj fáza svetelných vĺn, ktorá sa pri predmete rozptyľuje a nesie kompletné informácie o jeho trojrozmernej štruktúre. Hologram má jedinečné vlastnosti aj ako médium, ktoré mapuje realitu. Na rozdiel od bežnej fotografie, holografický obraz môže vytvoriť presnú kópiu originálneho obrazu. Taký obraz, aj keď sa naň pozrie z rôznych uhlov, stále vyzerá ako úžasná nezmenená skutočnosť. Predstavuje objekt s dimenziálnou presnosťou. Hologram tvorí všetko, čo ľudské oko bežne zachytí: veľkosť, tvar, textúru a relatívne umiestnenie. Žiaľ, až keď sa tohto dokonalého obrazu dotkneme zistíme, že ide o napodobeninu a nie o skutočný 3-D predmet. Hologramy predstavujú najlepší spôsob reprodukcie kvalitných replík používaných v múzeách a na výstavách, či ide o obrazy, ale aj úlomky sôch, archeologické nálezy a iné významné pred verejnosťou chránené originály. Rovnako tieto objemovo-priestorové obrazy poskytujú nové možnosti vo vývoji umenia, optického dizajnu, technologických postupov a iných. Tiež sa rozšírili v komercii a vo výrobe suvenírov a ornamentov.
Holografia predstavuje nový technicko-umelecký odbor, ktorý nachádza uplatnenie už skoro aj v každodennom živote. Je len otázkou času, kedy holografické produkty budú na trhu rozšírenejšie. Vývoj holografie
Prvým predstaviteľom holografie bol maďarský fyzik Dr. Dennis Gabor. V roku 1948, počas práce s elektrónovým mikroskopom na Imperial College v Londýne, objavil prvé náznaky hologramov. V roku 1971 mu za to bola udelená Nobelová cena za fyziku. Od roku 1960 vo výskume pokračovali Leith a Upatnieks na Michiganskej univerzite. Pomocou novoobjaveného lasera vytvorili prvé trojrozmerné hologramy a tým položili základy modernej holografii. V súčasnosti vo svete pracuje s holografiou množstvo grafických štúdií a iných spoločností. Vedci sa snažia zdokonaliť možnosti, ktoré holografia ponúka.
V osemdesiatych rokoch minulého storočia sa kanadským vedcom spoločnosti IMAX podarilo statickému trojrozmernému obrazu pridať pohyb a tým vznikol prvý 3-D film. Jeho predstavenie na EXPO ´86 vo Vancouveri v Kanade odštartovalo novú generáciu a nové odvetvie v holografii.
Ďalším snom holografie je preniesť preniesť množstvo informácií s ktorými hologram pracuje na televíznu obrazovku. Začiatkom roku 1989 sa členom Múzea holografie v USA podarilo zachytiť 3-D holografické obrazy v skutočnom čase. Bolo to v rozlíšení 100 mm na šírku, výšku a hĺbku. Tento úspech viedol v roku 1990 Marka Lucenta k zostrojeniu nového rýchlejšieho algoritmu. Výskum skončil na úrovni obrazu 140 mm šírky, 80 mm výšky a 150 mm hĺbky a pri prenosovej rýchlosti 36-MB za sekundu. Na plynulý prenos 3-D obrazu je potrebná rýchlosť od 100-MB za sekundu a vyššie. V poslednej dobe do holografického výskumu investujú najviac ruskí fyzici. Zakladajú galérie a nezávisle prevzali vývoj obrazovky schopnej zobraziť 3-D kinetický obraz.
Statický hologram
Hologram je často opisovaný ako 3-rozmerný obraz. Má však veľmi málo spoločného s tradičnou fotografiou. Kým fotografia má iba aktuálny fyzický vzhľad, hologram obsahuje informácie o veľkosti, tvare, jase a kontraste predmetu, ktorý bol snímaný. Tieto informácie sa uchovávajú v mikroskopicky malých obrazcoch. Interferenčný obraz vznikne na základe vlastností dopadajúceho svetla. Na výrobu hologramov je nevyhnutné priame referenčné svetlo. Jediný, zatiaľ známy zdroj referenčného svetla ponúka laser. Jeho vlastnosti na holografickú produkciu objavili už spomínaní Leith a Upatnieks v 1960. Desaťročia sa v holografii využíval 5-miliwattový laser, ktorý stál okolo 900 dolárov. Pred niekoľkými rokmi sa objavili postačujúce vlastnosti obyčajného diódového lasera bežne predávaného v obchodoch za 8 dolárov. Tým sa otvorili nové možnosti pre pokusy. Svetlo odrazené trojrozmerným predmetom formuje veľmi komplikovaný obrazec, ktorý je tiež trojrozmerný. Z dôvodu pokrytia celého vznikajúceho obrazca musí byť svetlo vysoko priame a jednofarebné. Takéto svetlo sa volá súvislé - koherentné. Pretože je svetlo z laseru jednofarebné a má jednu vlnovú dĺžku je vhodné na výrobu hologramov. Laserový lúč sa prechodom cez hranol alebo iný tzv. delič lúčov rozdelí na dva lúče. Na priamy a predmetový lúč. Priamy lúč ďalej pokračuje cez šošovku, ktoré ho presne navedie na zrkadlo a to ho odrazí na holografický film. Predmetový lúč má svoju dráhu komplikovanejšiu. Je však podobným spôsobom vedený na predmet a z neho sa odráža na holografický film. Na zachytenie hologramu je potrebný vysoko citlivý film.
Je špeciálne pripravený na vlnovú dĺžku používaného lasera. Číslo citlivosti sa pohybuje okolo 3000. To znamená, že je 200-krát citlivejší ako obyčajný fotofilm. Do tohto času sa najkvalitnejší holografický film podarilo vyrobiť spoločnosti AGFA. Jeho názov je 8E75. Na vyvolanie sa používajú vývojky pyrogalolu a uhličitanu draselného. A ustálovače catechol a kyselina askorbová. Statická holografia sa môže uskutočniť iba po zabezpečení podmienok ako sú tmavá miestnosť bez prudkého presunu vzduchu, bez vybrácií a so stálou teplotou. Holografia sa prevádza na pevnom a rovnom stole. Vidieť holografický obraz nám umožňuje náš mozog, ktorý vníma každým okom iný uhol na obraze a následne ich spája do jedného. Niektoré hologramy vyžadujú laser alebo monochromatické svetlo. Iné len jasnú halogénovú žiarovku. Sú známe obrazce, ktoré vyžadujú červeno-modré okuliare.
Rôzne druhy hologramov
V súčasnosti sa už poznajú rôzne druhy hologramov. Každý úspešný typ hologramu je zvyčajne využívaný v rôznych oblastiach. Sú aj hologramy, ktoré masová produkcia nezachytila. Vysielacie hologramy sú viditeľné iba pomocou laserového svetla. Sú tvorené obidvomi lúčmi približujúcimi sa k filmu z jednej strany.
Odrážajúce hologramy sú viditeľné bielym svetlom z vhodného zdroja ako je svetlomet, blesk , slnko a pod. Sú tvorené dvomi lúčmi približujúcimi sa k filmu z opačných strán. Viackanálové hologramy sú hologramy dvoch alebo viacerých obrazcov viditeľných z rôznych uhlov. Táto kategória sa delí na:
jednoduché – každý obrázok je viditeľný z iného uhla
multiplexové – množstvo plochých obrazov sa zbieha do jedného zloženého 3-D obrazu
dúhový hologram – ten istý obraz sa objavuje v inej farbe, keď sa zmení uhol pohľadu
Hologramy skutočného obrazu sú zvyčajne odrážajúce hologramy vyrobené z vysielacích. Obraz sa premieta priamo pred divákom. Často využívané v múzeách.
Masovo vyrábané hologramy:
kovové – film mal kovový základ
polymérové – vyrobené z citlivého plastu (Polaroid)
dichromatidové – veľmi žiarivé hologramy šperkov a hodiniek. Sú nahraté na citlivú gélovú vrstvu
Využitie hologramov
Hologramy majú široké využitie v umení, vede a technológii. Holografické umenie predstavuje širokú radu využití. Sú múzeá v ktorých sú hologramy prostriedkami ako napríklad galérie, ktoré chránia originály a divákom ponúknu dokonalú repliku. Vznikli však múzeá vystavujúce už konkrétne holografické produkty. Divák sa oboznámi s históriou a významom holografie.
Holografické umenie sa využíva v zábavnom priemysle. Spomínané 3-D kiná, rôzne koláže, simulátory, ale aj triky iluzionistov. Ornamenty skrášľujúce reklamné produkty, výroba známok a šperkov. Bezpečnostné holografie sa používajú na kreditných kartách, vstupenkách, niektorých druhoch platidiel a iných cenných dokumentov. Táto kategória zahŕňa aj hologramy využívané v letectve, ktoré v kritických situáciách podajú skutočný obraz. Tento systém sa volá heads-up display. Zavádza sa už aj do automobilov.
Analyzačné holografie sú využívané v priemysle a v medicíne na zobrazenie presných meraní a zmien, ktoré nastanú, tiež na zobrazenie orgánov v trojrozmernom pohľade. Záver
Holografia, projekcia predmetov do trojrozmerných obrazov, za štyridsať rokov svojej existencie viditeľne pokročila. Z jednoduchých zobrazení statických predmetov prešla na náročné kinetické zobrazovanie. V súčasnosti prebieha výskum interaktívneho 3-D vysielania. Holografia našla v modernom svete široké uplatnenie. Môžeme ju nájsť v umení, vede, nových technológiách, v doprave, ale i v zábave. Je zastúpená rôznymi typmi. Od jednoduchých hologramov po zložené hologramy. Hologramy sú viditeľné voľným okom, ale sú typy, ktoré vyžadujú laserové alebo iné svetlo. Výroba hologramu predstavuje zložitý optický systém. Od bežnej fotografie sa odlišuje vo výške kontrastu a v citlivosti filmu, ktorá je na prijatie predmetu potrebná. Na zobrazenie je potrebné zabezpečiť priamy silný a k tomu stály svetelný lúč. Tieto podmienky spĺňajú lasery. Ich dostupnosť sa v poslednom čase zjednodušila. Laserový lúč sa pomocou deliča delí na referenčný a predmetový lúč. Pri dopade na holografický film zobrazujú predmet, ktorý obtiekli. Hologramy majú jedinečné vlastnosti. Ich zavádzanie do praxe predstavuje nové možnosti či v umení alebo v medicíne. Pomáhajú objektívne zobraziť skutočnosť v jej reálnom obraze. Preto sa ich výskum nezastaví, ale bude i naďalej pokračovať a teraz ešte ani netušíme, ako nám môžu pomôcť. Summary
Holography is one of the remarkable achievements of a modern science and technology. Holograms have unique property to restore the high-grade volumetric image of real subjects. The word "holography" originated from the Greek words holos - whole and grapho - write, that means complete record of the image.
Essentially a holograph is a special type of photograph. But there are some crucial differences.
The main differences between a hologram and a standard camera shot are:
Firstly, a high contrast, very fine grain (3000 lines/mm) photographic film is needed to record all the information.
Secondly, the position of the film in the optical setup is different. Rather than recording the virtual image of the object a hologram records the diffraction pattern of the object.
Thirdly, we need a reference beam to illuminate the film, usually by splitting the light into two paths. The reference beam provides a means to produce an interference pattern within the film.
Fourthly, the interference can only be created between two lightwaves which are in-phase. So, the object has to be illuminated by coherent light, rather than the incoherent light produced by the Sun or a lightbulb. Nowadays this is achieved by a laser, giving single colour (monochromatic) images.
Holograms have many uses in art, science and technology. Several magazines have featured holograms on their covers. Holograms are found on credit cards, drivers licenses, and even clothing to help stop counterfeiting. It is possible to take flat medical images, such as a scan and have the final image as a three-dimensional hologram. Computer-generated holograms allow engineers and designers to visually see their creations like never before. Engineers also use holography to test quality control during manufacturing. Holograms are used in many airplanes and automobiles.