Ο Λ Ο Γ Ρ Α Φ Ι Α
Ο Λ Ο Γ Ρ Α Φ Ι Α Ο όρος ολογραφία, προέρχεται από τις λέξεις «όλος» και «γραφή», είναι δε ένα είδος απεικόνισης που επιτρέπει την τρισδιάστατη αναπαραγωγή της εικόνας ενός αντικειµένου στο χώρο, κάθε φορά που φωτίζεται καταλλήλως η ειδική ολογραφική πλάκα ή το φιλµ, πάνω στο οποίο έχει αποτυπωθεί το ολόγραµµα. Η βασική αρχή της ολογραφικής µεθόδου απεικόνισης διατυπώθηκε από το Βρετανό φυσικό Dennis Gabor το 1947, στον οποίο αποδόθηκε το 1971 το βραβείο Nobel για αυτή την ανακάλυψη. Για µεγάλο χρονικό διάστηµα η ολογραφία παρέµεινε στα πλαίσια εργαστηριακών πειραµατικών εφαρµογών, µέχρι που άρχισε να απευθύνεται στο ευρύ κοινό µέσα από τις οπτικές τέχνες και τον κινηµατογράφο. (π.χ. τα ολογράµµατα στην τριλογία του George Luccas «Ο πόλεµος των άστρων.») Σήµερα, η τεχνική της ολογραφίας έχει πολλές εφαρµογές στην καθηµερινή ζωή. Πρόκειται για µια τεχνική φωτογράφησης ενός αντικειµένου, η οποία βασίζεται στις ιδιότητες του φωτός, δηλαδή στη µετάδοσή του ως κύµα, την ανάκλασή του, καθώς και στη συµβολή των κυµάτων. Σηµαντικό ρόλο στην εξέλιξη της ολογραφίας έπαιξε η ανακάλυψη του laser το 1962. Ήταν τότε που ο Hermet Smith τράβηξε το πρώτο ολόγραµµα. Το laser χρησιµοποιήθηκε ως πηγή µονοχρωµατικού φωτός, καθιστώντας εφικτή την εφαρµογή της θεωρίας του Gabor. To Laser είναι µία πηγή που παράγει δέσµη σχεδόν µονοχρωµατικού φωτός (He-Ne 632,8 nm), µε υψηλό βαθµό συµφωνίας, ως αποτέλεσµα συντονισµένης εκποµπής από πολλά άτοµα. Το όνοµα LASER προέρχεται από τα αρχικά των λέξεων Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, που σηµαίνει Ενίσχυση φωτός µε εξαναγκασµένη εκποµπή ακτινοβολίας. Εικόνα 1. ιάταξη κατασκευής ολογράµµατος ανάκλασης. ΕΜΠ. Εργαστήριο ολογραφίας
Οι ιδιότητες της ακτινοβολίας Laser είναι: 1. Η Μονοχρωµατικότητα. H ακτινοβολία Laser προσεγγίζει το µονοχρωµατικό φως καλλίτερα από κάθε άλλη πηγή φωτός. 2. Η Κατευθυντικότητα. Το άνοιγµα της δέσµης των ακτίνων Laser, δηλαδή η µέγιστη γωνία µεταξύ δύο εξωτερικών ακτίνων είναι 2mrad. 3. Σύµφωνη ακτινοβολία. Η ακτινοβολία Laser παρουσιάζει τον µεγαλύτερο βαθµό συµφωνίας από κάθε άλλη πηγή φωτός (coherence). 4. Η Λαµπρότητα. Τα Laser είναι πηγές µεγάλης λαµπρότητας. Η λαµπρότητα της ακτινοβολίας ενός Laser He Ne, ισχύος 1 mwatt είναι 100 περίπου φορές µεγαλύτερη από την αντίστοιχη του Ηλίου. Για την κατασκευή ενός ολογράµµατος απαιτούνται: 1. Σκοτεινός θάλαµος 2. Τράπεζα ολογραφίας όπου µπορούν να στηριχθούν πολύ σταθερά τα διάφορα όργανα, µε µαγνητικό ή µηχανικό τρόπο (π.χ. βίδωµα των οργάνων). 3. Ένα Laser 4. Συστήµατα ανοίγµατος της δέσµης (Spatial filter, αποκλίνοντες φακοί µικρής εστιακής απόστασης ( π.χ f=-8 mm), σφαιρικά κάτοπτρα). 5. Κάτοπτρα εµπρόσθιας επικάλυψης. 6. Στηρίγµατα των φακών, των κατόπτρων του φίλµ ή της ολογραφικής πλάκας και του αντικειµένου. Εικόνα 2. ιάταξη κατασκευής ολογράµµατος ανάκλασης. ΕΜΠ. Εργαστήριο ολογραφίας.
Συµβολόµετρο Michelson Πριν από την διαδικασία κατασκευής ενός ολογράµµατος, χρειάζεται να διαπιστωθεί κατά πόσον το σύστηµα είναι σταθερό και απαλλαγµένο από δονήσεις καθώς και να υπολογισθεί ο χρόνος ηρεµίας (Relaxation Time). Η ανίχνευση των οιονδήποτε δονήσεων που εµφανίζονται στην τράπεζα ολογραφίας ή στα στοιχεία που συµµετέχουν στην ολογραφία γίνεται µε το συµβολόµετρο Michelson (Michelson Interferometer) Στην εικόνα 3 παρουσιάζεται χαρακτηριστική διάταξη για ένα συµβολόµετρο Michelson. Το λέιζερ L τοποθετείται κεντρικά στην µία πλευρά της οπτικής τράπεζας, σε τέτοιο ύψος που να επιτρέπει στην ακτίνα για να είναι περίπου 20 έως 25 εκατοστά επάνω από την επιφάνεια της τράπεζας. Η ακτίνα θα οδηγηθεί σε ένα beamsplitter BS (διαχωριστή δέσµης) όπου και θα διαχωριστεί σε δύο ακτίνες. Μια ακτίνα διαβιβάζεται µέσω του beamsplitter για να αντανακλαστεί στο κάτοπτρο Μ2 και η άλλη ακτίνα αλλάζει πορεία κατά 90 για να ανακλαστεί στο κάτοπτρο M1. Η απόσταση, ή όπως ονοµάζεται το µήκος των πορειών, µεταξύ κάθε καθρέφτη και του beamsplitter πρέπει να είναι ίσες (µε διαφορά 2-3 εκατοστών). Αυτές οι αποστάσεις µπορούν να καθοριστούν µε ένα µέτρο και πρέπει να είναι όσο γίνεται µεγαλύτερες, πράγµα που εξαρτάται από το µέγεθος της οπτικής τράπεζας. Εικόνα 3. Μichelson interferometer. Η συµβολή επιτυγχάνεται µε την βοήθεια µικροµετρικών κινήσεων του ενός από τα δύο κάτοπτρα. Η ακρίβεια του πειράµατος αυξάνει όσο πιο µακριά είναι τα δύο κάτοπτρα από το beamsplitter. Οι δύο ακτίνες που έχουν κατευθυνθεί στα αντίστοιχα κάτοπτρα θα ανακλαστούν µε την σειρά τους πίσω στον διαχωριστή δέσµης και θα οδηγηθούν στο πέτασµα s, όπου θα φανούν δύο φωτεινές κηλίδες. Ο επόµενος στόχος είναι να ταυτιστούν αυτές οι δύο κηλίδες. Κατά την σύµπτωση θα φανούν στο πέτασµα κροσσοί συµβολής (Εικόνα 3). Εάν υπάρξει η παραµικρή δόνηση στο σύστηµα, αυτή
Εικόνα 4. Οι κροσσοί συµβολής καταγράφεται µε διατάραξη των κροσσών συµβολής. Ο χρόνος που απαιτείται για να ηρεµήσει το σύστηµα είναι ο Relaxation time, ο οποίος λαµβάνεται υπόψη πριν αρχίσει η διαδικασία εκφώτησης του αντικειµένου. Είδη ολογραµµάτων. Ανάλογα µε τη διάταξη των οργάνων και τον τρόπο κατασκευής του ολογράµµατος, έχουµε δύο είδη ολογραµµάτων: τα ολογράµµατα «µεταβίβασης» (Transmition) και τα ολογράµµατα «ανάκλασης» (Reflection). ιάταξη ολογράµµατος µεταβίβασης (Transmission) Εικόνα 5.
Για την κατασκευή ενός ολογράµµατος µεταβίβασης (transmission) απαιτείται ένας διασπαστής δέσµης Beam Splitter BS), ο οποίος διασπά τις φωτεινές ακτίνες που παράγονται από το laser σε δύο δέσµες. Η µία δέσµη στοχεύει πρώτα στο αντικείµενο (αντικειµενική δέσµη, Object Beam OB) και στη συνέχεια ανακλάται και κατευθύνεται στην ολογραφική πλάκα, ενώ η δεύτερη δέσµη προσπίπτει απ ευθείας πάνω στην πλάκα (δέσµη αναφοράς, Reference Beam RB) (Εικόνες 5,19,23). Οι δύο δέσµες συναντώνται ταυτοχρόνως στην επιφάνεια της πλάκας, προκαλώντας έτσι το φαινόµενο της συµβολής κυµάτων. Από τη συµβολή των δύο κυµάτων δηµιουργούνται οι κροσσοί συµβολής, δηλαδή σηµεία που άλλοτε είναι φωτεινά (όταν τα συµβαλλόµενα κύµατα έχουν την ίδια φάση), άλλοτε σκοτεινά (όταν έχουν αντίθετη φάση) καθώς και ενδιάµεσες καταστάσεις. Εν γένει, η αίσθηση του βάθους που έχει κάποιος όταν παρατηρεί ένα ολόγραµµα οφείλεται στη διαφορά φάσης των δύο κυµάτων. Όταν η πλάκα φωτιστεί, το φως που ανακλάται από τους κροσσούς συµβολής που έχουν τυπωθεί πάνω της, δηµιουργεί της ψευδαίσθηση της τρισδιάστατης εικόνας του αντικειµένου. Εικόνα 6. ιάταξη ολογράµµατος ανάκλασης µονής δέσµης (Reflection) Το ολόγραµµα ανάκλασης δηµιουργείται όταν η δέσµη του laser περνά µέσα από την πλάκα, φτάνει στο αντικείµενο που είναι τοποθετηµένο πίσω από αυτήν, ανακλάται στην επιφάνειά του και επιστρέφει στην πίσω πλευρά της πλάκας. Η µέθοδος της ανάκλασης µπορεί να εφαρµοστεί και µε µία δέσµη φωτεινών ακτίνων, χωρίς τη χρήση διασπαστή. (Εικόνες 6, 8,10,25,26)
. Εικόνα 7. Το ολόγραµµα όπως φαίνεται µε το φυσικό φως (δεξιά) (6 ο εξ. 2002-2003) Στην περίπτωση που χρησιµοποιηθεί και δεύτερη δέσµη, (εικόνα 18), το ολόγραµµα είναι πιο καθαρό, µε περισσότερες λεπτοµέρειες και συνεπώς πληρέστερη απεικόνιση του αρχικού αντικειµένου. Τα ολογράµµατα µεταβίβασης, (Εικόνες 20, 21,22 και 24), γίνονται ορατά µόνο όταν εκτεθούν σε ακτινοβολία laser, ή φωτιστούν µε Led του ίδιου χρώµατος. Στο φυσικό φως παρουσιάζουν τα χρώµατα της ίριδας και έχουν συγκεχυµένα περιγράµµατα. Αντιθέτως, τα ολογράµµατα ανάκλασης, (Εικόνες 7,11,13,14,15,16,18,27 και 28) γίνονται ορατά και στο φως της ηµέρας. Εικόνα 8. ιάταξη ολογράµµατος ανάκλασης (Reflection) ΕΜΠ, Εργαστήριο Ολογραφίας
Εικόνα 9. Το αντικείµενο φωτισµένο µε το φώς του Laser.( ΕΜΠ, Εργαστήριο Ολογραφίας) Εικόνα 10. ιάταξη ολογράµµατος ανάκλασης (Reflection) ΕΜΠ, Εργαστήριο Ολογραφίας
Εικόνα 11. Το ολόγραµµα όπως φαίνεται φωτισµένο µε το φυσικό φως (6 ο εξ. 2002-2003) Εργαστήριο Ολογραφίας. Μία από τις οµάδες εργασίας. (6 ο εξ. 2002-2003) Εικόνα 12.
Εικόνα 13. Εικόνα 14. Κεφάλι αλόγου (Reflection) 19/5/04 Κουκουβάγια (Reflection) 19/5/04 Εικόνα 15 Εικόνα 16 Καρυάτιδα (Reflection) 26/5/04 Ερµής (Reflection) 26/5/04
Εικόνα 17. ιάταξη ολογράµµατος ανάκλασης (Reflection) διπλής δέσµης ΕΜΠ, Εργαστήριο Ολογραφίας Εικόνα 18. Ερµής (Reflection) 26/5/04
Εικόνα 19. ιάταξη ολογράµµατος µεταβίβασης (Τransmission), ΕΜΠ, Εργαστήριο Ολογραφίας Εικόνα 20. Άρτεµις To ολόγραµµα και το αντικείµενο µαζί, φωτισµένα µε το Laser ΕΜΠ, Εργαστήριο Ολογραφίας(2/6/2004
Εικόνα 21 Κεφάλι Αλόγου, Ολόγραµµα µεταβίβασης (Transmission) ΕΜΠ, Εργαστήριο Ολογραφίας (2/6/2004) Εικόνα 22 Αντικείµενα και ολογράµµατα. (Transmission) ΕΜΠ, Εργαστήριο Ολογραφίας (2/6/2004)
Εικόνα 23. ιάταξη ολογράµµατος µεταβίβασης (Τransmission), ΕΜΠ, Εργαστήριο Ολογραφίας Εικόνα 24 Άρτεµις To ολόγραµµα και το αντικείµενο µαζί, φωτισµένα µε το Laser, ΕΜΠ, Εργαστήριο Ολογραφίας (2/6/2004)
ιάταξη ολογράµµατος ανάκλασης (Reflection), µονής δέσµης. ΕΜΠ, Εργαστήριο Ολογραφίας Εικόνα 25 Εικόνα 26 ιάταξη ολογράµµατος ανάκλασης (Reflection), µονής δέσµης. ΕΜΠ, Εργαστήριο Ολογραφίας
Εικόνα 27 Κυκλαδικό ειδώλιο, ολόγραµµα Reflection, ΕΜΠ, Εργαστήριο Ολογραφίας (9/6/2004) Εικόνα 28 To ολόγραµµα και το αντικείµενο µαζί, φωτισµένα µε το Laser, ΕΜΠ, Εργαστήριο Ολογραφίας (9/6/2004)