4.7 Holografia

Hologram, taki jak ten z Ilustracji 4.27, jest prawdziwym trójwymiarowym obrazem zarejestrowanym na kliszy (płytce światłoczułej) przy pomocy laserów. Hologramy wykorzystuje się do zabawy, do dekoracji na upominkach i okładkach magazynów, w zabezpieczeniach na kartach kredytowych i prawach jazdy (przy czym aby je odtworzyć, potrzebne są laserowe lub podobne im urządzenia) oraz do przechowywania ważnych informacji w postaci trójwymiarowej. Można się przekonać, że hologram jest prawdziwym trójwymiarowym obrazem, ponieważ obiekty na nim widoczne zmieniają swoją względną pozycję przy oglądaniu obrazu z różnych stron.

Nazwa hologram oznacza „cały obraz” (z gr. holo, tak jak w słowie „holistyczny”), co ma związek z trójwymiarowością obrazu. Holografia (ang. holography) to proces wytwarzania hologramów i chociaż mogą one być zapisane na kliszy fotograficznej, proces ten różni się od zwykłej fotografii. Holografia wykorzystuje interferencję lub, ogólniej, zjawiska optyki falowej, podczas gdy normalna fotografia bazuje na optyce geometrycznej. Ilustracja 4.28 przedstawia jeden ze sposobów wytwarzania hologramu. Wiązka spójnego światła laserowego jest rozdzielona na dwie części. Część wiązki światła, którą nazywa się wiązką odniesienia, po odbiciu od zwierciadła pada na kliszę, a druga część trafia tam dopiero po odbiciu od przedmiotu. Światło rozproszone na obiekcie nakłada się na wiązkę odniesienia, ulegając interferencji konstruktywnej i destruktywnej. W rezultacie naświetlony film wygląda na zamglony, ale po dokładnym przyjrzeniu się mu znajdujemy na nim skomplikowany wzór interferencyjny. Jeżeli w danym punkcie interferencja była konstruktywna, to w tym miejscu folia (będąca negatywem) jest zaciemniona. Holografia jest czasem nazywana bezsoczewkową fotografią, ponieważ wykorzystuje właściwości falowe światła w przeciwieństwie do normalnej fotografii, która opiera się na optyce geometrycznej i wymaga soczewek.

Ze światła padającego na hologram można otrzymać trójwymiarowy obraz oryginalnego przedmiotu. Proces ten jest skomplikowany w szczegółach, ale jego podstawy można zrozumieć na podstawie Ilustracji 4.29, na którym laser tego typu, który był użyty do rejestracji hologramu na płytce światłoczułej, jest teraz wykorzystany do jej oświetlenia. Niektóre naświetlone obszary płytki są ciemne i blokują przejście światła przez płytkę, podczas gdy inne pozwalają na jego przejście. Płytka światłoczuła działa więc podobnie jak zbiór siatek dyfrakcyjnych o różnych odległościach między szczelinami. Światło przechodzące przez hologram jest uginane w różnych kierunkach, tworząc zarówno rzeczywisty, jak i pozorny obraz przedmiotu zapisanego na płytce. Obraz interferencyjny jest taki sam jak wytworzony przez sam przedmiot. Oglądając różne fragmenty obrazu interferencyjnego, otrzymujemy różne perspektywy, tak jak przy patrzeniu bezpośrednio na przedmiot. W ten sposób obraz rzeczywiście sprawia wrażenie trójwymiarowego przedmiotu.

Hologram pokazany na Ilustracji 4.29 jest hologramem transmisyjnym. Istnieją również hologramy oglądane w świetle odbitym, takie jak hologramy na światło białe na kartach kredytowych, będące najbardziej powszechnymi hologramami odbiciowymi (refleksyjnymi). W hologramach tych często pojawiają się nieco rozmyte tęczowe brzegi, ponieważ obrazy dyfrakcyjne o różnych barwach światła mają nieco inne położenie ze względu na różne długości fal. Inne zastosowania holografii obejmują wszystkie rodzaje trójwymiarowego magazynowania informacji, w postaci holograficznych obrazów posągów w muzeach, konstrukcji do badań inżynierskich oraz obrazów narządów ludzkich.

Holografia wynaleziona pod koniec 1940 roku przez Dennisa Gabora (1900–1970), który otrzymał za to w 1971 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki, rozwinęła się wraz z rozwojem techniki laserowej. Ponieważ lasery wytwarzają spójną monochromatyczną wiązkę światła, ich obrazy interferencyjne są bardzo wyraźne. Precyzja jest tak wielka, że możliwe jest nawet nagranie wielu hologramów na jednym kawałku folii poprzez zmianę jego kąta ustawienia dla każdego kolejnego obrazu. Hologramy, które w ten sposób rejestrują poszczególne elementy ruchu (np. spaceru), stają się rodzajem trójwymiarowego bezsoczewkowego filmu.

W podobny sposób w dziedzinie medycyny hologramy pozwoliły stworzyć ze zbioru pojedynczych obrazów (zdjęć) całkowicie trójwymiarową, holograficzną ekspozycję obiektu. Przy pomocy endoskopu mogą być wykonywane wysokiej rozdzielczości trójwymiarowe, holograficzne obrazy narządów wewnętrznych i tkanek. Ponadto stosunkowo proste jest przechowywanie tych obrazów w celu ich wykorzystania w przyszłości.