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HISTÓRIA DA TECNOLOGIA, TECNOLOGIA, OBJETOS AO REDOR DE NÓS
Holografia. História da invenção e produção
Diretório / A história da tecnologia, tecnologia, objetos ao nosso redor Holografia é um conjunto de tecnologias para registrar, reproduzir e remodelar com precisão os campos de ondas da radiação eletromagnética óptica, um método fotográfico especial no qual, por meio de um laser, são registradas e depois reconstruídas imagens de objetos tridimensionais, altamente semelhantes aos reais.
Os primeiros hologramas foram obtidos em 1947 pelo físico húngaro Dennis Gabor, que então trabalhava na Inglaterra. Este nome remonta às palavras "holos" (todo, completamente) e "grama" (escrita). Antes da invenção do cientista húngaro, qualquer fotografia era plana. Ela transmitiu apenas duas dimensões do assunto. A profundidade do espaço iludiu a lente. Em busca de uma solução, Gabor partiu de um fato conhecido. Raios de luz emitidos por um objeto tridimensional atingem o filme em momentos diferentes. E todos eles fazem um caminho diferente para tempos diferentes. Em termos científicos: todas as ondas vêm com uma mudança de fase. O deslocamento depende da forma do objeto. O cientista chegou à conclusão de que o volume de qualquer objeto pode ser expresso em termos da diferença de fase das ondas de luz refletidas. "É claro que o olho humano não é capaz de captar esse atraso das ondas", escreve Nikolai Malyutin na revista World Pathfinder, "porque é expresso em intervalos de tempo muito pequenos. Esse valor deve ser convertido em algo mais tangível, pois exemplo, em diferenças de brilho. Isso e sucedido por um cientista que recorreu a um truque. Ele decidiu sobrepor uma onda refletida de um objeto - isto é, distorcida - em uma onda de passagem ("referência"). as cristas de duas ondas se encontraram, elas se amplificaram - um ponto brilhante apareceu lá "Se as cristas da onda foram sobrepostas ao cavado, as ondas se extinguiram, um escurecimento foi observado lá. Então, com a superposição mútua das ondas, surge um padrão de interferência característico, uma alternância de linhas finas, brancas e pretas. Esse padrão pode ser capturado em uma chapa fotográfica - um holograma. Ele conterá todas as informações sobre o volume do objeto capturado na lente. Para que o "retrato volumétrico" seja muito preciso e detalhado, é necessário usar ondas de luz de mesma fase e comprimento. À luz do dia ou iluminação artificial, esse foco não funcionará. Afinal, a luz é geralmente uma mistura caótica de ondas de diferentes comprimentos. Tem todas as cores: da radiação azul de ondas curtas ao vermelho de ondas longas. Esses componentes de luz estão fora de fase da maneira mais bizarra." Como não havia fontes de luz coerente naquela época, o cientista usou a radiação de uma lâmpada de mercúrio, "cortando" uma faixa espectral muito estreita dela usando vários truques. No entanto, o poder do fluxo de luz ao mesmo tempo tornou-se tão escasso que levou várias horas para produzir um holograma. A própria qualidade dos hologramas acabou sendo muito baixa. As razões estavam na imperfeição da fonte de luz e do próprio esquema de gravação óptica. O fato é que ao gravar um holograma, duas imagens aparecem ao mesmo tempo em lados opostos da placa. Para o cientista húngaro, um deles sempre ficava contra o fundo do outro e, ao fotografá-los, apenas uma imagem ficava nítida, enquanto a segunda criava um fundo desfocado na imagem. Nesse caso, para ver a imagem no holograma, ela deve ser iluminada por meio de radiação do mesmo comprimento de onda que foi usado durante a gravação. Mas há também uma vantagem óbvia: essa imagem tridimensional é criada por qualquer seção, mesmo a menor, da placa de holograma, devido ao fato de que o feixe espalhado por cada ponto do objeto ilumina completamente o holograma. Acontece que qualquer um de seus pontos armazena informações sobre toda a superfície iluminada do objeto. O advento do laser deu um novo impulso ao desenvolvimento da holografia, pois sua radiação tem todas as qualidades necessárias: é coerente e monocromática. Em 1962, nos EUA, os físicos Emmett Leith e Juris Upatnieks criaram um esquema óptico para uma instalação topográfica, que, com algumas modificações, ainda está em uso hoje. Para eliminar sobreposições de imagem, o feixe de laser é dividido em dois e direcionado para a placa em diferentes ângulos. Como resultado, as imagens holográficas são formadas por feixes independentes que viajam em diferentes direções.
Outro método fundamentalmente novo de holografia foi criado pelo físico russo Yuri Nikolayevich Denisyuk. O cientista usou a interferência de feixes de luz que se aproximavam. Entrando na placa de diferentes lados, os feixes são adicionados na camada de fotoemulsão, formando um holograma tridimensional.
Com o advento do laser, a ideia de longa data de Gabor foi finalmente realizada. Em 1971, o cientista recebeu o Prêmio Nobel de Física por sua invenção. Em 1969, Stephen Benton surgiu com uma maneira de fazer hologramas com luz branca comum. “Para isso”, observa Malyutin, “com a ajuda de uma fotomáscara - uma camada fina com muitos micro-slots - é necessário fazer um 'holograma mestre' e copiá-lo de forma holográfica. Um modelo com fenda, como prismas, divide a luz do dia nas cores primárias do espectro. Em cada um dos slots, entra um feixe de luz de um único comprimento de onda. Isso fornece interferência e ajuda a obter uma imagem brilhante, multicolorida, cintilante com cores diferentes dependendo do ângulo de vista - o mesmo holograma ao qual nos acostumamos nos últimos anos." A principal vantagem da holografia colorida reside no fato de que ela pode ser copiada por máquina usando uma técnica específica de gravação. Uma cópia colorida é exposta a uma camada especial sensível à luz - um verniz fotorresistente. Este material tem uma alta resolução. (É usado, por exemplo, em microlitografia para aplicar certos elementos de um microcircuito a uma placa.) No nosso caso, ao replicar hologramas em massa, eles primeiro pegam uma câmera digital e fotografam o objeto de todos os lados. O computador liga as imagens individuais. E agora a imagem XNUMXD está pronta. Então, no laboratório, um laser "grava" essa imagem em uma placa fotossensível. Acontece um relevo de superfície fino. Por meio de eletrólise, a "gravura" é aplicada a uma matriz de níquel. A matriz é necessária para a replicação em massa de hologramas. Suas impressões - pelo método de estampagem a quente - são obtidas em folha de metal. Agora, assim que um feixe de luz incide sobre o holograma, ele começa a brincar com todas as cores do arco-íris. Entre essa multicolorida, o objeto retratado aparece diante do espectador. Esses hologramas são baratos. Você pode fazê-los em qualquer quantidade, desde que tenha o equipamento. Esses hologramas são usados em todo o mundo como adesivos em embalagens e documentos de produtos. Eles servem como uma excelente proteção contra a falsificação: é muito difícil copiar uma gravação holográfica.
Você pode criar hologramas que retratam objetos que não existem na realidade. Basta que o computador defina a forma do objeto e o comprimento de onda da luz que incide sobre ele. Com base nesses dados, o computador desenha uma imagem da interferência dos raios refletidos. Passando um feixe de luz através de um holograma artificial, você pode ver uma imagem tridimensional de um objeto inventado. Segundo Sergei Trankovsky: “A holografia tornou-se um verdadeiro presente para os engenheiros: agora eles podem investigar e registrar processos e fenômenos que às vezes são descritos apenas teoricamente. Por exemplo, as lâminas de um motor de avião turbojato aquecem até centenas de graus durante a operação e se deformam. Como a tensão é distribuída neste caso na parte onde seu ponto fraco está localizado, ameaçando a destruição, era extremamente difícil ou mesmo impossível determinar antes. Com a ajuda de métodos holográficos, esses estudos são realizados sem muita dificuldade. Iluminado por luz laser, o holograma reconstrói a onda de luz refletida pela peça quando foi tirada, e a imagem aparece onde a peça estava. Se o detalhe permanecer no lugar, duas ondas aparecem ao mesmo tempo: uma vem diretamente do objeto, a outra - do holograma. Essas ondas são coerentes e podem interferir. Caso o objeto sofra deformação durante a observação, sua imagem é coberta com listras, que são usadas para julgar a natureza das mudanças. Os métodos de controle topográfico são muito convenientes. Eles permitem medir a quantidade de deformação das peças e a amplitude de sua vibração, estudar as superfícies de objetos de forma complexa, monitorar a precisão da fabricação de produtos muito grandes (por exemplo, espelhos de vários metros de diâmetro para telescópios ) e lentes em miniatura (como em um microscópio). Um objeto pode refletir mal a luz, ter uma superfície irregular, ser completamente transparente - isso não afeta a qualidade do holograma. Graças aos poderosos pulsos de laser, os hologramas são gravados em milésimos de segundo. Portanto, agora é possível estudar explosões, descargas elétricas e fluxos de gás movendo-se em velocidades supersônicas. Com a ajuda de um holograma, você pode ver através de vidro fosco ou outra obstrução que dispersa a luz. Um holograma é removido do difusor e uma das imagens restauradas dele é combinada com o próprio difusor. As ondas de luz que viajam uma em direção à outra do holograma e do difusor se somam e se cancelam. A barreira desaparece e o objeto atrás dela se torna visível em todos os seus detalhes. Os tecnólogos modernos têm uma nova ideia. Baseia-se na capacidade de um laser de “fazer” uma peça de qualquer forma e tamanho de uma peça de trabalho de acordo com um determinado programa. Basta inserir um holograma de uma peça de referência dentro de um laser tecnológico para se livrar da necessidade de escrever um programa e configurar uma instalação de laser. O próprio holograma "captará" tal configuração de feixe e distribuição de sua intensidade que a parte "cortada" será uma cópia exata do padrão. É necessário prestar atenção a outra forma muito semelhante de extrair sinais úteis, que é chamada de filtragem óptica, ou reconhecimento de padrões. De forma semelhante, você pode pesquisar as imagens desejadas entre muitas outras semelhantes, como impressões digitais. Para fazer isso, é necessário fazer um holograma a partir do padrão e, em seguida, colocá-lo no caminho do feixe de luz refletido do objeto em teste. O holograma deixará passar apenas a luz de um objeto que seja completamente idêntico ao padrão, "rejeitando" outras imagens. Um ponto brilhante na saída do filtro óptico é um sinal de que um objeto foi detectado. Vale ressaltar que a busca é realizada em uma velocidade tremenda, inatingível por outros métodos, pois pode ser realizada de forma automática. "Métodos holográficos", escreve Trankovsky, "são aplicáveis não apenas à luz - radiação eletromagnética, mas também a quaisquer outras ondas. Em particular, um objeto imerso em um líquido opaco ou turvo pode ser visto com a ajuda do som. Emissores de vibração acústica criar duas ondas coerentes. Um (sujeito) "voz" o objeto, o segundo (referência) - a superfície do líquido. Sua interferência causa ondulações nele - o chamado holograma acústico. Ao iluminá-lo com um feixe de luz laser , eles restauram uma imagem tridimensional de um objeto deitado na água. No entanto, eles fazem e de outra forma: o sinal de um sistema de microfones em miniatura é gravado em uma chapa fotográfica na forma de listras enegrecidas e, em seguida, um sinal de três imagem dimensional é restaurada a partir dele com um feixe de laser. Autor: Musskiy S.A.
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