Ολογραφία. Ιστορία, χρήση και µέλλον της ολογραφίας

Transcript

1 Ολογραφία Ιστορία, χρήση και µέλλον της ολογραφίας Σπουδαστική Οµάδα: Κότσιαρη Αγγελική Μαϊµάρης Ανδρέας Μπουγουλιά Ειρήνη Παπαβασιλείου Ζέτα Σφύρα Κατερίνα

2 Φωτογραφία-Ολογραφία : δύο απόψεις του ίδιου κόσµου Σε µια φωτογραφία, οι αυξοµειώσεις της έντασης του φωτός αποτυπώνονται πάνω στο φιλµ, ενώ το είδωλο σχηµατίζεται από συνηθισµένα φωτεινά κύµατα και είναι "δυσδιάστατο". Στο ολόγραµµα χρειαζόµαστε ακτίνες laser, και όχι συνηθισµένο φως, καθώς επίσης δύο οµάδες ακτινών και όχι µία. Μια οµάδα ακτινών ανακλάται από το αντικείµενο και πέφτει πάνω στο φιλµ. Η δεύτερη οµάδα των ακτινών φτάνει στο φιλµ χωρίς να περάσει από το αντικείµενο. Στην περιοχή συνάντησης των δύο οµάδων δηµιουργούνται κροσσοί συµβολής, που αποτυπώνονται πάνω στο φιλµ. Όταν κοιτάζουµε το ολόγραµµα, αυτοί οι κροσσοί δηµιουργούν το τρισδιάστατο είδωλο. Η ολογραφία µπορεί να περιγραφεί σαν ένας συγκεκριµένος τρόπος για να αποθηκευτούν και να αναπαραχθούν ένα σύνολο οπτικών κυµάτων που προήλθαν από ένα τρισδιάστατο αντικείµενο. Το µέσο αποθήκευσης που ονοµάζεται ολόγραµµα δηµιουργείται εκθέτοντας ένα υψηλής ανάλυσης φωτοευαίσθητο υλικό σε φως από laser. Μετά την επεξεργασία του φωτοευαίσθητου υλικού το ολόγραµµα είναι έτοιµο για απεικόνιση. Όταν µια ακτίνα φωτός ακτινοβολεί το ολόγραµµα, κάποιος που κοιτάζει από µπροστά θα δει µια τρισδιάστατη ολογραφική εικόνα του αρχικού αντικειµένου.

3 ιάταξη Ολογραφίας Για την παραγωγή ολογραµµάτων είναι απαραίτητη µια διάταξη ολογραφίας. Το βασικό της στοιχείο είναι η πηγή φωτός laser. Αρχικά στην ολογραφία η δέσµη του laser διχοτοµείται. Η "αντικειµενική" δέσµη, αφού περάσει από ένα φακό, ανακλάται προς το αντικείµενο και πέφτει στην ολογραφική πλάκα, που έχει επένδυση από φωτογραφικό γαλάκτωµα. Από την άλλη πλευρά, η δέσµη "αναφοράς" περνάει από ένα φακό και ανακλάται προς το γαλάκτωµα, όπου συναντά την αντικειµενική δέσµη και δηµιουργούνται κροσσοί συµβολής. Ανάλογα µε τον τρόπο που δηµιουργείται το ολόγραµµα έχουµε δύο είδη ολογραφίας, της "µεταβίβασης" και της "ανάκλασης".

4 Ολόγραµµα Μεταβίβασης Το ολόγραµµα µεταβίβασης δηµιουργείται από δύο δέσµες ακτινών laser που προσβάλλουν την ολογραφική πλάκα. Η µία δέσµη είναι η αντικειµενική, η οποία στην εικόνα φωτίζει δύο µήλα. Ταµήλαανακλούνταφωτεινάκύµατατου laser και τα διασκορπίζουν, όπως ακριβώς θα έκαναν αν δέχονταν συνηθισµένο ηλιακό φως. Στη συνέχεια τα κύµατα εξαπλώνονται στο χώρο µέχρι να φτάσουν στο γαλάκτωµα. Την ίδια ακριβώς στιγµή φτάνουν στο γαλάκτωµα και τα κύµατα της δέσµης αναφοράς. Η συνάντηση των δύο κυµάτων προκαλεί το φαινόµενο της συµβολής. Όταν συναντώνται δύο κύµατα µε την ίδια φάση, δηµιουργείται ένα φωτεινό σηµείο πάνω στην ολογραφική πλάκα. Όταν συναντηθούν κύµατα µε αντίθετη φάση, σχηµατίζεται ένα σκοτεινό σηµείο. Όλα µαζί τα φωτεινά και σκοτεινά σηµεία φτιάχνουν ένα σχέδιο, το πρότυπο συµβολής, καθώς αποτυπώνονται πάνω στην πλάκα. Το ολόγραµµα µεταβίβασης εµφανίζεται µόνο όταν εκτεθεί σε ακτινοβολία laser.

5 Ολόγραµµα Ανάκλασης Το ολόγραµµα ανάκλασης δηµιουργείται καθώς η δέσµη αναφοράς και η αντικειµενική δέσµη προσβάλλουν ένα παχύ φιλµ, η µία δέσµη από εµπρός και η άλλη από πίσω. Το φαινόµενο της συµβολής δηµιουργεί και πάλι φωτεινούς και σκοτεινούς κροσσούς πάνω στο φιλµ. Η ανάκλαση των φωτεινών ακτινών από τους κροσσούς δηµιουργεί τρισδιάστατο είδωλο. Σε αντίθεση µε τα ολογράµµατα µεταβίβασης, τα ολογράµµατα ανάκλασης µπορούν να εµφανιστούν και στο συνηθισµένο φως της ηµέρας. Χρησιµοποιούνται συχνά στις πιστωτικές κάρτες για να διασφαλίζονται οι εταιρείες από το ενδεχόµενο πλαστογραφίας.

6 Η ανακάλυψη της ολογραφίας Ο Ούγγρος φυσικός Dennis Gabor θεωρείται αυτός που εισήγαγε την θεωρία της ολογραφίας ενώ εργαζόταν σε βρετανικό εργαστήριο το Η ερευνητική του οµάδα προσπαθούσε να βελτιώσει την ανάλυση από εικόνες που παράγονται από µια συσκευή που ονοµάζεται ηλεκτρονικό µικροσκόπιο. Η συγκεκριµένη συσκευή χρησιµοποιεί δέσµες ηλεκτρονίων για να εξετάσει δοµές πολύ λεπτών αντικειµένων όπως µόρια κρυστάλλων. Ο Gabor πρότεινε έναν νέο τρόπο για να αποθηκεύσει και να µεγεθύνει τις χαµηλές ποιοτικά εικόνες που παράγονται από το ηλεκτρονικό µικροσκόπιο. Η µέθοδος του βασίζεται στις οµοιότητες που υπάρχουν µεταξύ των δεσµών ηλεκτρονίων και των δεσµών ορατού φωτός. Και οι δυο τύποι ακτινών έχουν παρόµοια κυµατοειδή χαρακτηριστικά, µια οπτική ιδιότητα που έγινε η αρχή της ιδέας του Gabor. Η διαδικασία αποθήκευσης εικόνων του Gabor βασίστηκε σε τρεις στόχους : Το αντικείµενο που πρόκειται να µελετηθεί, µια συγκεκριµένη πηγή ακτινών, που χρησιµοποιείται για να φωτίσει το αντικείµενο και ένα υλικό αποθήκευσης για να συλλάβει την εικόνα.. Στο αρχικό πείραµα χρησιµοποίησε ένα λεπτό κοµµάτι καθαρό film σαν αντικείµενο, µια λάµπα υδραργύρου σαν µια πηγή ακτινών καθώς καιέναγυάλινοπιάτοεπιστρωµένοµεφωτοευαίσθητουλικόπου χρησιµοποιείται σαν µέσο αποθήκευσης.

7 Κάτι σαν την διαδικασία φωτογράφησης, ο Gabor χρησιµοποίησε την ακτίνα φωτός από την λάµπα για να φωτίσει το αντικείµενο. Η συγκεκριµένη αναφέρεται σαν ακτίνα αντικειµένου. Κατά την περίοδο έκθεσης των φωτεινών κυµάτων γινόταν αντανάκλαση από το αντικείµενο στο µέσω αποθήκευσης. Σε αντίθεση µε την φωτογραφία ενώ συνεχιζόταν η έκθεση φωτός, ο Gabor έκθεσε ταυτόχρονα το µέσω αποθήκευσης µε µια δεύτερη ακτίνα φωτός, παρόµοια µε την πρώτη µε την διαφορά ότι δεν φώτιζε το αντικείµενο. Αυτή ονοµαζόταν ακτίνα αναφοράς. Η αλληλεπίδραση των δυο ακτινών δηµιούργησε ένα µοναδικό πρότυπο στο φωτοευαίσθητο υλικό κατά την διάρκεια της διαδικασίας έκθεσης. Το πρότυπο δηµιουργήθηκε όταν τα οπτικά κύµατα στην ακτίνα αναφοράς συσχετίστηκαν µε τα οπτικά κύµατα της ακτίνας του αντικειµένου. Αυτά τα πρότυπα ονοµάστηκαν πρότυπα αλληλεπίδρασης. Οι φυσικοί που έχουν µελετήσει τα χαρακτηριστικά των κυµατοµορφών του φωτός γνώριζαν σχετικά µε τα πρότυπα αλληλεπίδρασης αλλά ο Gabor ήταν ο πρώτος που κατάφερε να τα καταγράψει ώστε να συλλάβει και να αναπαράγει οπτικές εικόνες. Αυτές οι καταγραφές ονοµάστηκαν ολογράµµατα. Ο Gabor έδειξε στον κόσµο στον κόσµο ότι υπάρχει και άλλος τρόπος για να συλλέξει και να αναπαραγάγει κάποιος οπτικές εικόνες εκτός της φωτογραφίας, του cinema και της τηλεόρασης. Αν και δεν ήταν δυνατόν για εκείνη την εποχή, η νέα µέθοδος µπορούσε να χρησιµοποιηθεί για να δηµιουργηθούν τρισδιάστατες εικόνες χρησιµοποιώντας οποιαδήποτε πηγή ενέργειας που έστελνε κύµατα. Είτε ήταν ηλεκτρόνιο ή µικροκύµατα ή ακτίνες x, ή ήχος ή οπτικό φως. Η θεωρία του Gabor έγινε πιο σηµαντική από ότι προβλεπόταν. Το 1971 ο Gabor τιµήθηκε µε το βραβείο Nobel για αυτή την ανακάλυψη.

8 Εµπορικές εφαρµογές Όταν η ολογραφία µετακινήθηκε από τα ερευνητικά εργαστήρια στην παραγωγή, η τεχνολογία της εφαρµόστηκε σε διάφορες εµπορικές χρήσεις. Σήµερα η ολογραφία βρίσκεται σεµέρηπουζούµε, εργαζόµαστε και αγοράζουµε. Παρακάτω αναφέρουµε µερικές σύγχρονες εµπορικές εφαρµογές: -Ασφάλεια, πιστοποίηση εγγράφων Τα ολογράµµατα είναι δύσκολο να υποκλαπούν. Έχουν τοποθετηθεί σε κυβερνητικά έγγραφα, νοµίσµατα, εισιτήρια, ταυτότητες, πιστωτικές κάρτες και ετικέτες προϊόντων -Συσκευασίες Οι τρισδιάστατες φωτογραφίες τραβάνε πολύ πιο εύκολα την προσοχή του αγοραστή. - ιαφήµιση Έχουν χρησιµοποιηθεί σε poster, περιοδικά και δώρα. -Εκπαιδευτικές εικόνες Έχουν χρησιµοποιηθεί σε µεγάλο βαθµό σε ιατρικές, επιστηµονικές και βιοµηχανικές µορφές. - ιεθνείς εκθέσεις και µουσεία. Έχουν δηµιουργηθεί εκθέµατα για µουσεία. Είναι συνήθως µεγάλων διαστάσεων. Είναι δυνατόν να έχουν πολλά χρώµατα και να περιέχουν κίνηση. -Τέχνη Επειδή η τεχνολογία γίνεται ακόµα πιο προσιτή, πολλοί καλλιτέχνες αρχίζουν να χρησιµοποιούν τα µοναδικά χαρακτηριστικά της ολογραφίας για να εκφράσουν τις ιδέες του. -Επιστήµη και έρευνα Οι φυσικοί χρησιµοποιούν την ολογραφία για να καταγράψουν την αλληλεπίδραση µορίων Οι βιολόγοι την χρησιµοποιούν για να µελετήσουν τα κύτταρα. Οι µηχανολόγοι γιαναδοκιµάσουντην αντοχή των υλικών.

9 Το µέλλον της ολογραφίας Πενήντα χρόνια µετά την πρώτη εργασία του Gabor τρεις εφαρµογές που αναπτύχθηκαν θα οδηγήσουν την ολογραφία στον επόµενο αιώνα. Η πρώτη είναι η εισαγωγή ενός έγχρωµου φωτογραφικού υλικού που µπορεί να απεικονίσει πολλές ρεαλιστικές εικόνες. Το υλικό είναι ένα ειδικά διαµορφωµένο πλαστικό film. Πολλά ολογράµµατα µικρού µεγέθους έχουν κατασκευαστεί χρησιµοποιώντας το συγκεκριµένο υλικό. Μια εταιρεία, η Dai Nippon Printing Company of Japan έχει αναπτύξει µια µέθοδο για µαζική παραγωγή αυτών των ολογραµµάτων. Η δεύτερη εφαρµογή είναι η ανάπτυξη ενός εκτυπωτή από την Sony που µπορεί να παράγει 3D εικόνες από µια ψηφιακή πηγή σε µερικά λεπτά. Χρησιµοποιώντας αυτήν την τεχνολογία τα ολογράµµατα µπορούν να αναπαραχθούν οπουδήποτε βρίσκεται η µηχανή λήψης της φωτογραφίας. Μερικά δευτερόλεπτα κίνησης µπορούν να αποθηκευτούν και να εµφανιστούν. Η τρίτη εφαρµογή και πιο σηµαντική είναι η χρησιµοποίηση πολύ φθηνών ηµιαγώγιµων διόδων laser. Μέχρι τώρα όλα τα ολογράµµατα δηµιουργούνταν από ιδιαίτερα ακριβά laser. υνατής ισχύος laser τυπικά κοστίζουν δεκάδες χιλιάδες δολάρια. Άλλα εµπορικά laser κοστίζουν χιλιάδες δολάρια. Όχι όµως και σήµερα. Υπάρχει η δυνατότητα να δηµιουργηθούν ολογράµµατα µε οικονοµικά laser κάτι που συνέβαλε στην µεγάλη διάδοση των ολογραµµάτων ακόµη και σε ερασιτεχνικό επίπεδο. Έτσι µια νέα εποχή της ολογραφίας γεννιέται.