Holografi

Uzayda bir cismin varlığına ait bilgi bize genellikle ses veya ışık dalgaları halinde ulaşır. Holografi, cisimlerden gelen dal­galardaki bilgileri belirli bir şekilde depo edip, bu bilgide hiçbir kayıp olmadan tekrar ortaya çıkartmayı sağlayan bir tekniktir.

Tekniğe Holografi adını bu konuda ilk çalışmaları yapan Dennis Gabor vermiştir. Yunancada holos bütün anlamına gel­mektedir. Hologram bir cisimden gelen dalgaya ait toplam bilgiyi yani hem genlik hem faz değerlerini kaydeder. İstendiğinde bu kayıt ortamından orijinal dalga yeniden elde edilir.

Gabor 1948 de yayınlanan ilk makalesinde holografik kayıt esas­larını ortaya koymuştur. Normal fiziksel dedektörler ve kayıt ortam­ları sadece dalga şiddeti U2 ye hassas olduklarından tp fazı kaydedi­lemez. Cisimden gelen ışık dalgası kendisi ile frekans ve faz bakı­mından uyumlu (coherent) bir referans dalga ile girişim yaptığında meydana getirilebilen dalganın şiddeti sadece bu dalgaların teker teker şiddetlerine bağlı olmayıp aralarındaki faz farkına da tabidir. Bu ise holografinin esasını teşkil etmektedir.

Optik mercekler birkaç asır önce keşfedilmiş ve optik görüntüle­rin mercekler yardımı ile nasıl meydana getirilebileceği 1900 senele­rinden önce tamamen çözümlenmişti. Bundan sonra fotoğraf tekniği büyük bir ilerleme kaydetmiştir. Fotoğraf ve holografi teknikleri arasında prensip bakımından çok büyük bir fark bulunmaktadır. Fo­toğraf tekniğinde, görüntü iki boyutlu bir dağılım olarak kaydedilir. Her sahnede ışığın yansıtıldığı çok sayıda nokta mevcuttur. Bu nok­talardan çıkan çeşitli dalgaların meydana getirdiği tek kompleks dalgaya cisim dalgası denir. Bu kompleks dalga, fotoğraf tekni­ğinde optik bir mercek yardımı ile dönüştürülerek radyasyon yapan cismin görüntüsü elde edilir. Hologram tekniğinde ise cismin optik olarak meydana getirilmiş görüntüsü değil, cisim dalgasının kendisi kaydedilir. Bu kayıt uygun şekilde yeniden aydınlatıldığı zaman ori­jinal cisim dalgasını tekrar meydana getirmek mümkündür.

1947 yılında Danis Gobar bir cisimden yayılan ışık ile ikinci bir koharent ışının girişim etkilerinin bir fotoğraf filmi üzerine kaydedilebileceğini ortaya atmıştır. Böyle bir film kırınım şebekesinin çok özel bir türüdür. Işık şebekeden geçtiğinde kırınıma uğrar ve cismin tamamen 3 boyutlu görüntüsünü oluşturur. Yani girişim etkileri kullanılarak bir cismin görüntüsünün kaydedilip görüntünün yeniden oluşturulması yöntemine holografi denir ve içerisinde girişim deseninin bulunduğu filme de hologram denir.

Holografi normal fotoğraf tekniğinden bazı farklılıklarla ayrılır. Her ışık dalgasının üç özelliği vardır: Dalga yüksekliğiyle tanımlanan şiddeti, dalgaboyu uzunluğuyla tanımlanan rengi ve doğrultusu. Gümüşlü levha üzerine çekilen ve siyah beyaz fotoğraflarda, ışıktaki şiddet değişiklikleri kaydedilirken, renkli fotoğraflarda dalgaboyu değişiklikleri de kaydedilebilmektedir. Hologramdaysa, ışığın şiddetiyle birlikte, ışık dalgalarının doğrultusu da kaydedilerek bir cismi üç boyutlu görmemiz sağlanır. Bu, tek renk hologramlar için geçerli olsa da renkli hologramlar için ışığın her üç özelliği de kaydedilmektedir.

Üç boyutlu bir görüntü elde edebilmek için, cisimden(kaynaktan) yayılan ışığın fotoğrafını çekmek gerekmektedir. Işığın hareket eden ve bu sırada çeşitli tepe ve çukur noktaları oluşturan dalgaları bir an için dondurulup fotoğraflanabilirse ışığı yansıtan cismin üç boyutlu özelliklerini taşıyan dalga örneği yeniden oluşturulabilir. Bu noktadan hareket edilerek, cisimden yansıyan lazer dalgalarından üç boyutlu bir görüntü elde edebilmek için, kaynaktan yayılan ışığın fotoğrafını çekmek gerekir. Işığın hareket eden ve bu sırada çeşitli tepe ve çukur noktaları oluşturan dalgaları bir an için dondurulup fotoğraflanabilirse, ışığı yansıtan cismin 3 boyutlu özelliklerini taşıyan dalga örneği yeniden oluşturulabilmektedir. Bu noktadan hareket edilerek, cisimden yansıyan lazer dalgalarının genlikleri ve fazları kaydedilip hologram elde edilebilir. Ancak hologram elde edebilmek için sürekli dalga lazeri, atmalı lazer ya da yakut atmalı lazer gibi bir lazer kaynağına, özel holografik filme ve cisimin hareketsiz kalmasını sağlayacak düzeneğe gereksinim var. Böyle bir düzenek ve lazer kaynağı sağlayabilmekse pek kolay bir iş değil. Bu düzenek sağlanmadan da evde hologram elde etmek pek olası değil gibi. Kırınım genlikleri ve fazları kaydedilip hologram elde edilebilmektedir.

Hologramı oluştururulacak cismi tek renk ışıkla aydınlatılır ve cismden saçıklacak ışık ve kaynaktan gelen ışık bir fotoğrafik levhaya gönderilir. Işık kaynağı olarak lazer kullanılmalıdır. Saçılan ve kaynaktan gelen ışıkların girişimi film üzerinde karmaşık bir desenin oluşmasına ve kaydedilmesine yol açar. Şekilde görüntü oluşturmak için sadece işlenmiş film üzerine gönderilir. Levhada iki görüntü meydana gelmektedir ve film tarafında, kaynağa daha yakın sanal bir görüntü ve ters tarafa gerçek görüntü meydana gelmektedir. Gerçekte bir hologram oluşturmak için iki problemin üstesinden gelinmelidir. İlk olarak kullandığımız ışık cismin boyutlarından ve filme uzaklığından daha uzun mesafelerde faz uyumlu olmalıdır. Bu yüzden sıradan ışık kaynakları bu şartı sağlamamaktadır. Bu nedenle hologram yapmak için lazer ışığı kullanılmalıdır. İkincisi olarak ise mekanik kararlılık çok iyi olmalıdır. Kaynak cisim veya kayıt sırasında en küçük bir hareketi dalga boyunun çeyreği kadar olsa bile, girişim desenini bulandırıp net görüntü oluşumunu engelleyecektir.Bu engeller aşılmaz değildir ve bugün hala holografi bilimsel araştırma, eğlence ve birçok teknolojik alanda kullanılmaktadır.

Hologram kullanım alanları üç boyutlu görüntülerin etkileyici güzelliğinin çok ötesine ulaşmıştır. Holografi ile oldukça kapsamlı bilgi depolama sistemleri oluşturma olanağı bulunmaktadır. Yazılı bir sayfanın her noktasında yansıyan ışık hologramdaki her noktaya ulaştığından birkaç dalga boyundan daha büyük bir film karesinin her bölgesi daha az ayrıntılarıyla da olsa bütün bir sayfayı yeniden oluşturabilir. Ayrıca,birbirini izleyen sayfaların art arda hologramları kalın fotoğraf film tabakası içerisinde yapılabilir. Her sayfanın pozlandırılma işlemi biraz farklı bir açıyla yönlendirilmiş bir kılavuz ışınına yapıldığında, elde edilen hologramı belli bir açıdaki ışık ile aydınlatarak uygun bir noktadan sadece istenen sayfa görülebilmektedir. Bir sanat müzesindeki bütün tablolar bu şekilde sırayla ve gerçekten çok küçük bir alan içine yüksek bir doğrulukla kaydedilebilmektedir.

Diğer bir kullanımı ise aynı cismin aynı film üzerine ardışık iki zamanda iki ayrı hologramının yapılabilmesidir. Eğer cisim hologramların çekildiği anların arasındaki zamanda biraz hareket ettirilirse, (sabun köpüğünün iki yüzeyinden yansıyan ışığın yaptığı gibi) iki görüntü birbirleriyle girişim yapar. Hologramın yapımında oluşuturulan girişim ve karıştırılmaması gereken bu girişim deseni, başka bir şekilde görülmesi mümkün olmayan hareketin ayrıntılarını ortaya çıkarır. Benzer şekilde havadaki yoğunluk değişimleri de aynı hologramın üzerine havanın iki ardışık görüntüsünün oluşturduğu girişim kaydedildiğinde, gözle görülebilir hale gelebilmektedir. Bu yöntem sayesinde bir mumun ısıttığı hava veya bir uçağın ürettiği şok dalgaları üzerinde çalışmalar yapılabilmektedir.