ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΟΛΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΑΝΑΚΛΑΣΗΣ ΜΟΝΗΣ ΕΣΜΗΣ (REFLECTION) Ε.Θ. ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΩΝ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΕΩΝ 6ΟΥ ΕΞΑΜΗΝΟΥ Ζούρα Πηνελόπη, Κιτσάκη Σπυριδούλα, Ξεϊνη Σοφία, Παπαζάνη Ιωάννα, Πελέκου Μαρία, Πολυζώη Βενετία ιαδικασία κατασκευής πειράµατος Τοποθέτηση οργάνων και αντικειµένου στις βέλτιστες θέσεις πάνω στη µαγνητική τράπεζα. Στη θέση της ολογραφικής πλάκας έχουµε µια δοκιµαστική πλάκα Υπολογισµός χρόνου έκθεσης του αντικειµένου µε τη βοήθεια φωτόµετρου Αντικατάσταση της δοκιµαστικής πλάκας µε νέα ολογραφική πλάκα, µε σβηστά όλα τα φώτα Ηρεµία του συστήµατος για 2 min (Relaxation time) Φωτισµός του αντικειµένου από την ακτίνα Laser ίσος µε τον υπολογισµένο χρόνο έκθεσης, 5 sec Εµφάνιση ολογράµµατος Σε κάθε περίπτωση, η ολογραφική πλάκα κρατείται µε λαβίδα από µια γωνία της και τοποθετείται στα δοχεία που περιέχουν τα υγρά εµφάνισης µε τη φωτοευαίσθητη επιφάνεια προς τα πάνω Developer: χρόνος παραµονής 2 min (µέχρι ολόκληρη η επιφάνεια της πλάκας να µαυρίσει τελείως) Αποσταγµένο νερό:χρόνος παραµονής 5-10 sec (ξέπλυµα) Bleach: χρόνος παραµονής, έως ότου ολόκληρη η επιφάνεια της πλάκας να λευκανθεί πλήρως Αποσταγµένο νερό:χρόνος παραµονής 5-10 sec (ξέπλυµα) Τρεχούµενο νερό: ξέπλυµα της πλάκας για 5 min, χωρίς το νερό να πέφτει κατευθείαν πάνω σε αυτή Photo flow: χρόνος παραµονής 30 sec, για την αποφυγή δηµιουργίας στιγµάτων Στέγνωµα: κατά προτίµηση φυσικό ή, στην περίπτωσή µας, τεχνητό, χωρίς όµως η πηγή του αέρα να πλησιάζει πολύ την πλάκα
ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΟΛΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΑΝΑΚΛΑΣΗΣ ΜΟΝΗΣ ΕΣΜΗΣ (REFLECTION) Ε.Θ. ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΩΝ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΕΩΝ 6ΟΥ ΕΞΑΜΗΝΟΥ Ζούρα Πηνελόπη, Κιτσάκη Σπυριδούλα, Ξεϊνη Σοφία, Παπαζάνη Ιωάννα, Πελέκου Μαρία, Πολυζώη Βενετία Περιγραφή διάταξης Μαγνητική τράπεζα: Η επιφάνεια πάνω στην οποία πραγµατοποιείται το πείραµα. Όλα τα αντικείµενα, αφού προηγηθούν δοκιµές για την καταλληλότερη θέση τους, σταθεροποιούνται ακλόνητα πάνω σε αυτή. Η ίδια η τράπεζα, προκειµένου να αποσβεστούν τυχόν µικροµετατοπίσεις της διάταξης, πρέπει να εδράζεται σε ελαστικά υλικά, όπως σαµπρέλες κ.λ.π., καθώς και να βρίσκεται, για τον ίδιο λόγο, σε χώρους κατά προτίµηση υπόγειους Laser: Ακτίνα µονοχρωµατικού φωτός, χάρις στην ανάκλαση του οποίου αποτυπώνεται το αντικείµενο πάνω στην ολογραφική πλάκα. Η ακτίνα Laser πρέπει να είναι ενεργοποιηµένη για τουλάχιστον 30 min πριν την εκτέλεση του πειράµατος, ώστε να έχει σταθεροποιηθεί τελείως ιάφραγµα: Κλείστρο το οποίο τοποθετείται µπροστά από την ακτίνα Laser, για τον έλεγχο του χρόνου έκθεσης του αντικειµένου σε αυτή. Ο χρόνος έκθεσης υπολογίζεται µε τη βοήθεια του φωτόµετρου, το οποίο µετρά την ένταση του µονοχρωµατικού φωτός. Στη συγκεκριµένη περίπτωση, ο χρόνος έκθεσης υπολογίστηκε ίσος µε 5 sec Κάτοπτρο: Μέσω του κατόπτρου εκτρέπεται η ακτίνα προς το αντικείµενο. Η παρουσία κατόπτρου στην κατασκευή ολογράµµατος ανάκλασης µονής δέσµης δεν είναι απαραίτητη, χωρίς αυτό όµως θα απαιτούνταν µεγάλο µήκος για την τοποθέτηση της διάταξης, κάτι που στη συγκεκριµένη περίπτωση δεν ήταν εφικτό Φακός διάχυσης: Το όργανο αυτό αποτελείται ουσιαστικά από ένα σύστηµα φακών, το οποίο ανοίγει τη δέσµη φωτός, δίνοντάς της κωνική µορφή. Έτσι, είναι δυνατή η κάλυψη ολόκληρης της επιφάνειας της ολογραφικής πλάκας από την ακτίνα Laser Ολογραφική πλάκα: ιαφανής πλάκα, η οποία µοιάζει µε απλό γυαλί, στη µια της όµως επιφάνεια φέρει επικάλυψη από φωτοευαίσθητο υλικό. Η ακτίνα Laser πρέπει να σχηµατίζει µε την ολογραφική πλάκα γωνία µεγαλύτερη των 45, ενώ η τοποθέτησή της γίνεται µε τη φωτοευαίσθητη επιφάνεια στραµµένη προς το αντικείµενο Αντικείµενο: Το βέλτιστο αποτέλεσµα στην κατασκευή του ολογράµµατος επιτυγχάνεται εάν το αντικείµενο που θα αποτυπωθεί έχει γενικά απλές, λείες επιφάνειες, ανοιχτόχρωµες και κατά προτίµηση ανακλαστικές. Έτσι, επιλέχθηκε ως αντικείµενο µια µινιατούρα αυτοκινήτου. Το αντικείµενο πρέπει να έχει τη µέγιστη ανάκλαση της ακτίνας Laser, καθώς επίσης και την ίδια περίπου ένταση ακτινοβολίας στις δύο πλευρές του Φως ασφαλείας: Ειδικό φως κίτρινου ή µπλε χρώµατος, το οποίο χρησιµοποιείται κατά τη διάρκεια του πειράµατος και τηςεµφάνισηςτηςπλάκαςκαιαποτρέπειτηνκαταστροφή της (κάψιµο), όπως θα γινόταν στην περίπτωση που χρησιµοποιούνταν συµβατικό φως Ολογραφική πλάκα Αντικείµενο Φακός διάχυσης Μαγνητική τράπεζα Ακτίνα Laser ιάφραγµα Κάτοπτρο
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΟΛΟΓΡΑΦΙΑΣ Η ολογραφία περιγράφεται ως η διαδικασία αποθήκευσης και αναπαραγωγής ενός συνόλου οπτικών κυµάτων που προέρχονται από ένα αντικείµενο στο χώρο. Το ολόγραµµα, που αποτελεί το µέσο αποθήκευσης, δηµιουργείται από την έκθεση ενός υψηλής ανάλυσης φωτοευαίσθητου υλικού σε φως από λέιζερ. Αφού το υλικό αυτό επεξεργαστεί κατάλληλα το ολόγραµµα απεικόνισης είναι έτοιµο. Όταν µια ακτίνα φωτός προσπίπτει πάνω στο ολόγραµµα δηµιουργείται µια τρισδιάστατη ολογραφική εικόνα του αντικειµένου η οποία µπορεί να γίνει αντιληπτή από κάποιον που το κοιτάζει από µπροστά. Η ΑΝΑΚΑΛΥΨΗ ΤΗΣ ΟΛΟΓΡΑΦΙΑΣ Ο εισηγητής της θεωρίας της ολογραφίας είναι ο Ούγγρος φυσικός Dennis Gabor (1900-1979). Το 1947, αυτός και η ερευνητική του οµάδα εργαζόντουσαν προσπαθώντας να βελτιώσουν την ποιότητα της αναπαραγόµενης εικόνας από ηλεκτρονικό µικροσκόπιο, το οποίο µέσω δεσµών ηλεκτρονίων εξετάζει δοµές πολύ λεπτών αντικειµένων όπως µόρια κρυστάλλων. Η ανακάλυψη της ολογραφίας, η οποία ήταν το απρόσµενο αποτέλεσµα της έρευνάς τους αυτής για την εταιρία British Thomson- Houston στο Rugby της Μ. Βρετανίας, έλαβε το βραβείο Νόµπελ Φυσικής το 1971. Παρ όλα αυτά, το πεδίο της ολογραφίας γνώρισε περαιτέρω ανάπτυξη µετά την ανακάλυψη του laser, το 1960. Τα πρώτα ολογράµµατα που απεικόνιζαν τρισδιάστατα αντικείµενα δηµιουργήθηκαν από τους Emmett Leith και Juris Upatnieks στο Michigan το 1963 και από τον Yuri Denisyuk στη Σοβιετική Ένωση. Ο νέος τρόπος αποθήκευσης και µεγέθυνσης των παραγόµενων εικόνων χαµηλής ποιότητας του Gabor βασίζεται στις οµοιότητες µεταξύ των δεσµών ηλεκτρονίων και ορατού φωτός. Τα παρόµοια κυµατοειδή χαρακτηριστικά των δύο αυτών τύπων δεσµών αποτέλεσαν την αρχή της ιδέας του. Οι τρεις στόχοι της διαδικασίας αποθήκευσης εικόνων του είναι οι εξής : το αντικείµενο προς µελέτη, η πηγή ακτινών που χρησιµοποιείται για το φωτισµό του και το υλικό αποθήκευσης. Στο πρώτο του πείραµα το αντικείµενο υπήρξε ένα λεπτό κοµµάτι καθαρού φιλµ, ενώ για πηγή ακτινών χρησιµοποιήθηκε µια λάµπα υδραργύρου και σαν µέσο αποθήκευσης χρησιµοποιήθηκε ένα γυάλινο πιάτο µε επίστρωση από φωτοευαίσθητο υλικό. Κάτι σα διαδικασία φωτογράφησης: ο Gabor χρησιµοποίησε την ακτίνα της λάµπας για το φωτισµό του αντικειµένου. Αυτή η ακτίνα φωτός αναφέρεται σαν ακτίνα αντικειµένου. Κατά τη διάρκεια αναπαραγωγής των φωτεινών κυµάτων αυτά αντανακλώνται από το αντικείµενο στο µέσο αποθήκευσης. Αντιθέτως µε τη φωτογραφία εκθέτει το µέσο αποθήκευσης µε µια δεύτερη ακτίνα φωτός ταυτόχρονα µε την πρώτη, χωρίς όµως αυτή να φωτίζει το αντικείµενο. Πρόκειται για την ακτίνα αναφοράς. Από την αλληλεπίδραση των δύο αυτών ακτινών κατά τη διάρκεια της έκθεσής τους στο φωτοευαίσθητο υλικό δηµιουργήθηκε σε αυτό το πρότυπο του αντικειµένου. Το πρότυπο αλληλεπίδρασης, όπως ονοµάστηκε, προέκυψε από το συσχετισµό των οπτικών κυµάτων της ακτίνας αναφοράς και του
αντικειµένου. Ο Gabor ήταν ο πρώτος που κατάφερε να καταγράψει τα πρότυπα αυτά και να αναπαράγει οπτικές εικόνες. Αυτές οι καταγραφές ονοµάστηκαν ολογράµµατα. Έτσι δηµιουργήθηκε ένας άλλος τρόπος αναπαραγωγής οπτικών εικόνων εκτός της φωτογραφίας, της τηλεόρασης και του σινεµά. Οποιαδήποτε πηγή ενέργειας που στέλνει κύµατα, µπορεί να χρησιµοποιηθεί για τη δηµιουργία ολογραµµάτων, είτε είναι ηλεκτρόνιο, µικροκύµατα, ακτίνες x, ήχος ή οπτικό φως. ΙΑΤΑΞΗ ΟΛΟΓΡΑΦΙΑΣ Η διάταξη αυτή είναι απαραίτητη για την παραγωγή ολογραµµάτων. Το βασικό της στοιχείο είναι η πηγή φωτός λέιζερ. Αρχικά η δέσµη του φωτός διχοτοµείται σε αντικειµενική δέσµη και δέσµη αναφοράς. Η αντικειµενική δέσµη περνάει πρώτα από ένα φακό, έπειτα ανακλάται προς το αντικείµενο και τέλος προσπίπτει στην ολογραφική πλάκα η οποία είναι επενδεδυµένη από φωτογραφικό γαλάκτωµα. Η δέσµη αναφοράς περνάει από ένα φακό και ανακλάται προς την ολογραφική πλάκα όπου συναντά την αντικειµενική δέσµη και δηµιουργούνται κροσσοί συµβολής. Ανάλογα µε τον τρόπο που δηµιουργείται έχουµε δυο είδη : 1) ΟΛΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΒΙΒΑΣΗΣ ηµιουργείται από δύο δέσµες ακτινών λέιζερ, οι οποίες προσπίπτουν στην ολογραφική πλάκα. Η µια από αυτές είναι η αντικειµενική, η οποία φωτίζει το αντικείµενο. Το αντικείµενο ανακλά τα φωτεινά κύµατα του λέιζερ και τα διασκορπίζει σα να δεχόταν συνηθισµένο ηλιακό φως. Αυτά έπειτα εξαπλώνονται στο χώρο µέχρι να φτάσουν στο γαλάκτωµα. Ταυτόχρονα φτάνουν και τα κύµατα της δέσµης αναφοράς και έτσι δηµιουργείται το φαινόµενο της συµβολής. Όταν η συνάντηση των κυµάτων γίνει µε την ίδια φάση έχουµε τη δηµιουργία ενός φωτεινού σηµείου, ενώ αν γίνει µε αντίθετη φάση δηµιουργείται ένα σκοτεινό σηµείο. Όλα τα φωτεινά και σκοτεινά σηµεία δηµιουργούν το πρότυπο συµβολής πάνω στην πλάκα. Το ολόγραµµα µεταβίβασης εµφανίζεται µόνο όταν εκτεθεί σε ακτινοβολία λέιζερ. 2) ΟΛΟΓΡΑΜΜΑ ΑΝΑΚΛΑΣΗΣ ηµιουργείται όταν η δέσµη αναφοράς και η αντικειµενική δέσµη προσβάλλουν ένα παχύ φιλµ η µια από εµπρός και η άλλη από πίσω. Από τη συµβολή δηµιουργούνται φωτεινοί και σκοτεινοί κροσσοί πάνω στο φιλµ. Η ανάκλαση των φωτεινών ακτινών από τους κρουσσούς δηµιουργεί τρισδιάστατο είδωλο. Σε αντίθεση µε τα ολογράµµατα µεταβίβασης, τα ολογράµµατα ανάκλασης εµφανίζονται και στο συνηθισµένο φως της ηµέρας. ΕΜΠΟΡΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΟΛΟΓΡΑΦΙΑΣ Όταν η ολογραφία πέρασε στην παραγωγή, η τεχνολογία της εφαρµόστηκε σε διάφορες εµπορικές χρήσεις. Σήµερα βρίσκεται σε µέρη που ζούµε, 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. Ολόγραµµα σε χαρτονόµισµα των 100, για τη διασφάλιση της γνησιότητάς του Συσκευασίες Οι τρισδιάστατες φωτογραφίες τραβάνε πολύ πιο εύκολα την προσοχή του πελάτη. ιαφήµιση Έχουν χρησιµοποιηθεί σε poster, περιοδικά και δώρα. Εκπαιδευτικές εικόνες Έχουν χρησιµοποιηθεί αρκετά σε ιατρικές, επιστηµονικές και βιοµηχανικές µορφές. ιεθνείς εκθέσεις και µουσεία Έχουν δηµιουργηθεί εκθέµατα για µουσεία. Είναι συνήθως µεγάλων διαστάσεων, ενώ είναι δυνατόν να έχουν πολλά χρώµατα και να περιέχουν κίνηση. Ύλη-φως 1996 Σύνθετη τεχνική. Ολόγραµµα τύπου transmission. Μέταλλο, γυαλί, βαµβάκι, γλυπτό ιαστάσεις 1Χ0.70 Οπτικοακουστική εγκατάσταση ύψους 8µ. και διαµέτρου 7µ. χωρητικότητας 60 επισκεπτών. Μια εικαστική σύνθεση, αποτελούµενη από ολογραφικές εικόνες τύπου transmission 0.90Χ1.04 φωτισµένες µε προγραµµατισµό εναλλασσόµενων fade in και fade out. Μια ταινία video art προβαλλόµενη σε γιγαντοοθόνη και monitors σε κυκλική διάταξη. Hotel 1995 Σύνθετη τεχνική. Ολόγραµµα τύπου reflection. Οξειδωµένο µέταλλο και plexiglass. ιαστάσεις 0.70Χ0.85 Τέχνη Επειδή η τεχνολογία γίνεται ακόµη πιο προσιτή, πολλοί καλλιτέχνες αρχίζουν να χρησιµοποιούν τα µοναδικά χαρακτηριστικά της ολογραφίας για να εκφράσουν τις ιδέες τους. Τα πρωτεία στη χρήση ολογραµµάτων για καλλιτεχνικό σκοπό κατέχει ο σουρρεαλιστής ζωγράφος Salvador Dali, ο οποίος το 1973 δηµιούργησε ένα ολόγραµµα του τραγουδιστή Alice Cooper.
Επιστήµη και έρευνα Οι φυσικοί χρησιµοποιούν την ολογραφία για να καταγράψουν την αλληλεπίδραση των µορίων. Οι βιολόγοι την χρησιµοποιούν για να µελετήσουν τα κύτταρα, ενώ οι µηχανολόγοι για να δοκιµάσουν την αντοχή των υλικών. ΟΛΟΓΡΑΦΙΚΗ ΤΗΛΕΟΡΑΣΗ Πρώτο Κυλινδρικό Χρωµο- Ολογραφικό ποτραίτο του εγκεφάλου του Alice Cooper, Salvador Dali, 1973 Πρόσφατα πραγµατοποιήθηκε µια νέα εφαρµογή της ολογραφίας στην τεχνολογία. Πρόκειται για την πρώτη ολογραφική τηλεόραση το τρισδιάστατο αντίστοιχο των ασπρόµαυρων δεκτών της δεκαετίας του 1930- που δηµιουργήθηκε σε ένα µικρό ιατρικό εργαστήριο στο πανεπιστήµιο του Τέξας. Οι κινούµενες εικόνες δηµιουργούνται από ένα τσιπ µε καθρέπτες και αιωρούνται µέσα σε δοχεία µε τζελ. Το πειραµατικό αυτό σύστηµα ολογραφικής προβολής δηµιουργήθηκε από τον καθηγητή Βιοχηµείας Harold Garner, έχοντας αρχικά σα στόχο τη χρήση του σε τρισδιάστατες κινούµενες τοµογραφίες εσωτερικών οργάνων. Συσκευές ολογραφικού βίντεο θα µπορούσαν να χρησιµοποιηθούν µελλοντικά σε µαχητικά αεροσκάφη, σε στρατιωτικά κράνη, σε βιντεοπαιχνίδια και κυρίως στα σπίτια. Το σύστηµα του Garner βασίζεται σε ένα µικρό τσιπ της Texas Instruments, κατασκευασµένο από πυρίτιο και καλυµµένο από ένα εκατοµµύριο καθρέπτες. Παρόµοια τσιπ χρησιµοποιούνται στους οικιακούς βιντεοπροβολείς. Οι συσκευές αυτές επεξεργάζονται το σήµα του βίντεο και αλλάζουν τη γωνία των καθρεπτών ώστε να ανακλούν κατάλληλα το φως του προβολέα και να σχηµατίζουν την εικόνα στην οθόνη. Στην περίπτωση του ολογραφικού βίντεο, το φως δεν προέρχεται από έναν κανονικό λαµπτήρα, αλλά από ένα λέιζερ, δηλαδή από µονοχρωµατικό φως χωρίς διάφορες φάσεις.ακόµη το σήµα του βίντεο περιέχει µια περίπλοκη διαδοχή από δυο συµβολογράµµατα, εικόνες που σε δυο διαστάσεις φαίνονται σαν θόρυβος σε κανονική τηλεόραση, αλλά όταν προβληθούν ταυτόχρονα σχηµατίζουν την ολογραφία. Οι εικόνες αιωρούνται πάνω από τη συσκευή µέσα σε δοχεία που περιέχουν αγαρόζη, ένα διαφανές τζελ, ή µέσα σε στοίβες από πλάκες υγρών κρυστάλλων. Πάντως, στο πειραµατικό σύστηµα του Garner, οι ταινίες είναι αµυδρές και χαµηλής ανάλυσης και σίγουρα απέχουν πολύ από την ολογραφική τηλεόραση οικιακής χρήσης. Η διάταξη παρουσιάζει ωστόσο το πλεονέκτηµα ότι δέχεται σήµα από οποιαδήποτε ψηφιακή πηγή και µπορεί να χρησιµοποιηθεί, για παράδειγµα, για το συνδυασµό µαγνητικών και αξονικών τοµογραφιών και τη δηµιουργία τρισδιάστατων ταινιών του ανθρώπινου σώµατος.
ΤΟ ΜΕΛΛΟΝ ΤΗΣ ΟΛΟΓΡΑΦΙΑΣ 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 φιλµ. Πολλά ολογράµµατα µικρού µεγέθους έχουν κατασκευαστεί χρησιµοποιώντας το συγκεκριµένο υλικό. Μια εταιρία, 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 τη Sony που µπορεί να παράγει 3D εικόνες από µια ψηφιακή πηγή σε µερικά λεπτά. Χρησιµοποιώντας 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 χρήση πολύ φθηνών ηµιαγώγιµων διόδων λέιζερ. Μέχρι τώρα όλα τα ολογράµµατα δηµιουργούνταν από ιδιαίτερα ακριβά λέιζερ. υνατής ισχύος λέιζερ κοστίζουν δεκάδες χιλιάδες δολάρια. Άλλα εµπορικά λέιζερ κοστίζουν χιλιάδες δολάρια. Όχι όµως και σήµερα. Υπάρχει δυνατότητα να δηµιουργηθούν ολογράµµατα µε οικονοµικά λέιζερ, κάτι που συνέβαλε στη µεγάλη διάδοση των ολογραµµάτων, ακόµη και σε ερασιτεχνικό επίπεδο. Έτσι µια νέα εποχή της ολογραφίας γεννιέται.