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STORIA DELLA TECNOLOGIA, DELLA TECNOLOGIA, DEGLI OGGETTI INTORNO A NOI
Olografia. Storia dell'invenzione e della produzione
Elenco / La storia della tecnologia, della tecnologia, degli oggetti che ci circondano L'olografia è un insieme di tecnologie per registrare, riprodurre e rimodellare con precisione i campi d'onda della radiazione elettromagnetica ottica, uno speciale metodo fotografico in cui le immagini di oggetti tridimensionali vengono registrate e poi ricostruite utilizzando un laser, molto simili a quelle reali.
I primi ologrammi furono ottenuti nel 1947 dal fisico ungherese Dennis Gabor, che allora lavorava in Inghilterra. Questo nome risale alle parole "holos" (intero, completamente) e "gram" (scrittura). Prima dell'invenzione dello scienziato ungherese, qualsiasi fotografia era piatta. Ha trasmesso solo due dimensioni del soggetto. La profondità dello spazio sfuggiva all'obiettivo. Alla ricerca di una soluzione, Gabor è partito da un fatto noto. I raggi di luce emessi da un oggetto tridimensionale raggiungono il film in momenti diversi. E fanno tutti un percorso diverso per tempi diversi. In termini scientifici: tutte le onde hanno uno sfasamento. L'offset dipende dalla forma dell'oggetto. Lo scienziato è giunto alla conclusione che il volume di qualsiasi oggetto può essere espresso in termini di differenza di fase delle onde luminose riflesse. "Naturalmente, l'occhio umano non è in grado di cogliere questo ritardo delle onde", scrive Nikolai Malyutin sulla rivista World Pathfinder, "perché è espresso in intervalli di tempo molto piccoli. Questo valore deve essere convertito in qualcosa di più tangibile, perché esempio, nelle differenze di luminosità. Ciò e succeduto da uno scienziato che ricorse a un trucco. Decise di sovrapporre un'onda riflessa da un oggetto, cioè distorta, a un'onda di passaggio ("riferimento"). Si è verificata un'"interferenza". Dove le creste di due onde si incontravano, si amplificavano - lì appariva un punto luminoso "Se le creste dell'onda erano sovrapposte alla depressione, le onde si spegnevano a vicenda, lì si osservava un oscuramento. Quindi, con la reciproca sovrapposizione delle onde, sorge un caratteristico schema di interferenza, un'alternanza di linee sottili, bianche e nere.Questo schema può essere catturato su una lastra fotografica - un ologramma.Conterrà tutte le informazioni sul volume dell'oggetto catturato nell'obiettivo. Affinché il "ritratto volumetrico" sia molto accurato e dettagliato, è necessario utilizzare onde luminose della stessa fase e lunghezza. Alla luce del giorno o con illuminazione artificiale, tale messa a fuoco non funzionerà. Dopotutto, la luce è solitamente un miscuglio caotico di onde di diversa lunghezza. Ha tutti i colori: dalla radiazione blu a onde corte al rosso a onde lunghe. Questi componenti della luce sono fuori fase nel modo più bizzarro". Poiché a quel tempo non c'erano fonti di luce coerente, lo scienziato ha utilizzato la radiazione di una lampada al mercurio, "ritagliando" da essa una striscia spettrale molto stretta usando vari trucchi. Tuttavia, la potenza del flusso luminoso allo stesso tempo è diventata così scarsa che ci sono volute diverse ore per produrre un ologramma. La qualità stessa degli ologrammi si è rivelata molto bassa. Le ragioni erano nell'imperfezione sia della sorgente luminosa che dello schema di registrazione ottica stesso. Il fatto è che quando si registra un ologramma, due immagini appaiono contemporaneamente sui lati opposti della lastra. Per lo scienziato ungherese, uno di loro si è sempre rivelato sullo sfondo dell'altro e, quando li ha fotografati, solo un'immagine è risultata nitida, mentre la seconda ha creato uno sfondo sfocato nell'immagine. In questo caso, per poter vedere l'immagine sull'ologramma, deve essere illuminata attraverso una radiazione della stessa lunghezza d'onda utilizzata durante la registrazione. Ma c'è anche un evidente vantaggio: una tale immagine tridimensionale viene creata da qualsiasi sezione, anche la più piccola, della piastra dell'ologramma, poiché il raggio diffuso da ogni punto dell'oggetto illumina completamente l'ologramma. Si scopre che uno qualsiasi dei suoi punti memorizza informazioni sull'intera superficie illuminata dell'oggetto. L'avvento del laser ha dato un nuovo impulso allo sviluppo dell'olografia, poiché la sua radiazione ha tutte le qualità necessarie: è coerente e monocromatica. Nel 1962 negli Stati Uniti, i fisici Emmett Leith e Juris Upatnieks hanno creato uno schema ottico per un'installazione topografica, che è ancora in uso con alcune modifiche. Per eliminare le sovrapposizioni dell'immagine, il raggio laser viene diviso in due e diretto alla lastra con diverse angolazioni. Di conseguenza, le immagini olografiche sono formate da fasci indipendenti che viaggiano in direzioni diverse.
Un altro metodo di olografia fondamentalmente nuovo è stato creato dal fisico russo Yuri Nikolayevich Denisyuk. Lo scienziato ha utilizzato l'interferenza dei raggi di luce in arrivo. Salendo sulla lastra da diversi lati, i fasci vengono aggiunti nello strato di fotoemulsione, formando un ologramma tridimensionale.
Con l'avvento del laser, l'idea di lunga data di Gabor è stata finalmente realizzata. Nel 1971, lo scienziato ricevette il Premio Nobel per la Fisica per la sua invenzione. Nel 1969, Stephen Benton escogitò un modo per creare ologrammi con una normale luce bianca. "Per questo", osserva Malyutin, "con l'aiuto di una fotomaschera - uno strato sottile con molti micro-slot - è necessario creare un "ologramma principale" e copiarlo in modo olografico. Un modello scanalato, come i prismi, divide la luce del giorno nei colori primari dello spettro. In ciascuna delle fessure entra un raggio di luce di una singola lunghezza d'onda. Ciò fornisce interferenza e aiuta a ottenere un'immagine luminosa, multicolore, scintillante con colori diversi a seconda dell'angolazione di vista - lo stesso ologramma a cui ci siamo abituati negli ultimi anni." Il principale vantaggio dell'olografia a colori sta nel fatto che può essere copiata a macchina utilizzando una specifica tecnica di goffratura. Una copia colorata viene esposta a uno speciale strato fotosensibile: una vernice fotoresist. Questo materiale ha un'alta risoluzione. (Viene utilizzato, ad esempio, in microlitografia per applicare determinati elementi di un microcircuito a una scheda.) Nel nostro caso, quando si replicano in massa gli ologrammi, prima prendono una fotocamera digitale e fotografano l'oggetto da tutti i lati. Il computer collega le singole immagini. E ora l'immagine XNUMXD è pronta. Poi, in laboratorio, un laser "incide" questa immagine su una lastra fotosensibile. Risulta un sottile rilievo superficiale. Per mezzo dell'elettrolisi, l'"incisione" viene applicata su una matrice di nichel. La matrice è necessaria per la replica di massa degli ologrammi. Le loro stampe - con il metodo della stampa a caldo - sono ottenute su lamina metallica. Ora, non appena un raggio di luce cade sull'ologramma, inizia a giocare con tutti i colori dell'arcobaleno. Tra questo multicolore, l'oggetto raffigurato appare davanti allo spettatore. Questi ologrammi sono economici. Puoi realizzarli in qualsiasi quantità, purché tu abbia l'attrezzatura. Tali ologrammi sono utilizzati in tutto il mondo come adesivi sulla confezione e sui documenti dei prodotti. Servono come un'ottima protezione contro la contraffazione: è molto difficile copiare una registrazione olografica.
Puoi creare ologrammi che raffigurano oggetti che non esistono nella realtà. È sufficiente che il computer imposti la forma dell'oggetto e la lunghezza d'onda della luce che cade su di esso. Sulla base di questi dati, il computer disegna un'immagine dell'interferenza dei raggi riflessi. Passando un raggio di luce attraverso un ologramma artificiale, puoi vedere un'immagine tridimensionale di un oggetto inventato. Secondo Sergei Trankovsky: "L'olografia è diventata un vero dono per gli ingegneri: ora possono indagare e registrare processi e fenomeni che a volte sono descritti solo in teoria. Ad esempio, le pale di un motore aeronautico a turbogetto si riscaldano fino a centinaia di gradi durante il funzionamento e si deformano. Come fosse distribuito lo stress in questo caso nella parte in cui si trova il suo punto debole, minacciando la distruzione, era estremamente difficile o addirittura impossibile da determinare prima. Con l'aiuto di metodi olografici, tali studi vengono eseguiti senza troppe difficoltà. Illuminato da luce laser, l'ologramma ricostruisce l'onda di luce riflessa dalla parte quando è stata scattata e l'immagine appare dove si trovava la parte. Se il dettaglio rimane al suo posto, compaiono due onde contemporaneamente: una proviene direttamente dall'oggetto, l'altra dall'ologramma. Queste onde sono coerenti e possono interferire. Nel caso in cui l'oggetto subisca deformazioni durante l'osservazione, la sua immagine viene ricoperta di strisce, che servono a giudicare la natura dei cambiamenti. I metodi di controllo topografico sono molto convenienti. Consentono di misurare la quantità di deformazione delle parti e l'ampiezza della loro vibrazione, di studiare le superfici di oggetti di forma complessa, di monitorare l'accuratezza della fabbricazione sia di prodotti molto grandi (ad esempio specchi di diversi metri di diametro per telescopi ) e lenti miniaturizzate (come in un microscopio). Un oggetto può riflettere male la luce, avere una superficie irregolare, essere completamente trasparente: ciò non influisce sulla qualità dell'ologramma. Grazie a potenti impulsi laser, gli ologrammi vengono registrati in millesimi di secondo. Pertanto, ora è possibile studiare esplosioni, scariche elettriche e flussi di gas che si muovono a velocità supersoniche. Con l'aiuto di un ologramma, puoi vedere attraverso il vetro smerigliato o altri ostacoli che diffondono la luce. Un ologramma viene rimosso dal diffusore e una delle immagini ripristinate da esso viene combinata con il diffusore stesso. Le onde luminose che viaggiano l'una verso l'altra dall'ologramma e dal diffusore si sommano e si annullano a vicenda. La barriera scompare e l'oggetto dietro di essa diventa visibile in tutti i suoi dettagli. I tecnologi moderni hanno una nuova idea. Si basa sulla capacità di un laser di "fare" una parte di qualsiasi forma e dimensione da un pezzo in lavorazione secondo un determinato programma. È sufficiente inserire un ologramma di un pezzo di riferimento all'interno di un laser tecnologico per liberarsi della necessità di scrivere un programma e impostare un'installazione laser. L'ologramma stesso "rileverà" una tale configurazione del raggio e la sua distribuzione di intensità che la parte "ritagliata" sarà una copia esatta dello standard. È necessario prestare attenzione a un altro modo molto simile per estrarre segnali utili, che si chiama filtraggio ottico o riconoscimento di pattern. In modo simile, puoi cercare le immagini desiderate tra molte altre simili, come le impronte digitali. Per fare ciò, è necessario creare un ologramma dallo standard e quindi metterlo nel percorso del raggio di luce riflesso dall'oggetto in prova. L'ologramma farà passare la luce solo da un oggetto completamente identico allo standard, "rifiutando" altre immagini. Un punto luminoso all'uscita del filtro ottico è un segnale che un oggetto è stato rilevato. È interessante notare che la ricerca viene eseguita a una velocità tremenda, irraggiungibile con altri metodi, poiché può essere eseguita automaticamente. "I metodi olografici", scrive Trankovsky, "sono applicabili non solo alla luce - radiazione elettromagnetica, ma anche a qualsiasi altra onda. In particolare, un oggetto immerso in un liquido opaco o torbido può essere visto con l'aiuto del suono. Emettitori di vibrazioni acustiche creano due onde coerenti. Una (soggetto) "voce" l'oggetto, la seconda (riferimento) - la superficie del liquido. La loro interferenza provoca increspature su di esso - il cosiddetto ologramma acustico. Illuminandolo con un raggio di luce laser , restituiscono un'immagine tridimensionale di un oggetto che giace nell'acqua, ma lo fanno e in un altro modo: il segnale proveniente da un sistema di microfoni in miniatura viene registrato su una lastra fotografica sotto forma di strisce annerite, quindi un segnale a tre l'immagine dimensionale viene ripristinata da esso con un raggio laser. Autore: Musskiy SA
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