Holograafia

Holograafia on optikavaldkond, optiline menetlus esemeist ruumilise kujutise saamiseks. Täpsemalt on see laservalguse kasutamisel põhinev interferentsmenetlus esemeist ruumiliste kujutiste saamiseks ja salvestamiseks. Hologramm kujutab endast faasiplaati, kus erinevalt tavalisest fotost on lisaks valgusvälja intensiivsusele jäädvustatud ka faasiinfo. Holograafilise meetodi leiutas Gábor Dénes 1947. aastal . Ta tuli hologrammi ideele, kui üritas parandada elektronmikroskoobi pildi kvaliteeti. Sel ajal ei olnud veel leiutatud laserit ja koherentsete valgusallikate puuduses oli hologrammide valmistamine valguse optilises piirkonnas raskendatud. Dénes katsetas elavhõbelambiga, kuid selle väikese koherentsuse tõttu suutis ta salvestada vaid kuni sentimeetrise läbimõõduga hologramme, mida sai taasesitada ainult punkthaaval. Optiliste hologrammide tehnoloogia täienes kiiresti pärast laseri leiutamist 1960. aastal. Panuse eest holograafia leiutamisse pälvis Gábor Dénes 1971. aastal ka Nobeli auhinna. Tavalises fotos on salvestatud vaid esemelt tulnud valguse kiiritustihedus. Seega ei ole foto vaatlemisel tekkiv valgusväli identne esialgselt esemelt tulnud valgusväljaga: kaduma on läinud info eri suundadest tulnud valguskiirte faasivahe kohta. Hologrammis on salvestatud lisaks kiiritustihedusele ka faasiinfo ning kujutise taastekitamisel tekkiv valgusväli on identne salvestamisel esemelt tulnud valgusväljaga. Seega tundubki vaatlejale kujutis kolmemõõtmelisena. Faasiinfo salvestamiseks kasutatakse interferentsi nähtust. Ruumiliselt koherentne valguskimp jagatakse kaheks, näiteks poolläbilaskva plaadiga. Osa valgusest langeb otse salvestavale elemendile (edaspidi fotoplaat) – nimetagem seda võrdluskimbuks, teine osa esmalt hajub ja peegeldub kujutatavalt objektilt ning alles seejärel langeb salvestavale meediumile – nimetagem seda esemekimbuks. Võrdluskimp ja esemekimp interfereeruvad ning interferentspilt salvestub fotoplaadil. Kuna interferentsipildi intensiivsus sõltub langenud kiirte faasivahest, salvestab ta endasse lisaks infole kimpude intensiivsuse kohta ka info faasi kohta. Salvestatud kujutise taastekitamiseks tuleb hologrammi valgustada võrdluskimbuga identse valgusega. Plaati läbinud valgus difrageerub ja tekib kaks kujutist: näiline kujutis seal, kus salvestamise ajal oli ese, ning tõeline kujutis teisel pool plaati. Olukorra selgitamiseks vaadelgem punktvalgusallika hologrammi. Oletagem, et võrdluskimp langeb fotoplaadile normaalisihiliselt ning eseme mõõtmed on tühised ehk temalt hajunud valguse lainefrondid on kontsentrilised sfäärid. Sel juhul on interferentsipildiks Fresneli tsoonid ja fotoplaat muutub Fresneli tsooniplaadiks. Taasvalgustamisel toimib tsooniplaat nagu lääts, fokuseerides valguse ühte punkti, mis ongi meie eseme tõeline kujutis. Tekib ka näiline kujutis samale kohale, kus ese hologrammi salvestamisel asus. Keerukamaid esemeid võib vaadelda koosnevana punktesemetest. Seega on nende valgusväli punktallikate valgusväljade summa ning lihtsustatult võib keerulisemate esemete hologramme vaadelda kui punktesemete hologrammide superpositsiooni. Hologramme liigitatakse kolme omaduse põhjal: eristatakse amplituud- ja faasmodulatsiooni. Amplituudmodulatsiooni puhul omandab salvestav materjal läbilaskvuse, mis on võrdeline pealelangeva valguse intensiivsusega. Faasmodulatsioon saadakse, muutes materjali paksust või murdumisnäitajat proportsionaalselt holograafilise interferentsmustri intensiivsusega; salvestusmaterjali mõõtmete põhjal eristatakse paksu (ruumilist) ja õhukest hologrammi. Vastavalt liigitusele on salvestuskeskkonna paksus kas suurem või palju väiksem kui interferentsijoontevaheline kaugus; taasesitusmetoodika põhjal eristatakse ülekandvat ja peegeldavat hologrammi. Ülekandehologrammi puhul langevad valgus objektilt ja võrdluskimp salvestavale keskkonnale samalt poolelt, peegeldava hologrammi puhul aga eri pooltelt. On levinud arvamus, et holograafia leiab tulevikus laialdaselt rakendust andmesalvestuses. Võrreldes praeguste tehnoloogiatega võimaldaks holograafia kasutada salvestuskeskkonda tervenisti, mitte ainult pinda. See lubaks muuta andmesalvestusvahendeid kompaktsemaks. Lisaks andmesalvestusele on holograafiat rakendatud kunstis, interferomeetrites, mikroskoopides, sensorites, biosensorites ja turvaelementides. Olemas on ka holograafilised skannerid, millega määratakse ruumiliste objektide mõõtmeid. Holograafiline ekraan Holograafiline projektor Hecht E., Optics, 4rd Ed., Addison-Wesley, 2002, ISBN 0-321-18878-0 Gabor D., 1948, Nature, 161, 4098 777–8, DOI "The invention and facts of holography". Hubpages. Vaadatud 19.05.2013. Hariharan P., 2002, Basics of Holography, Cambridge University Press, ISBN 0-521-00200-1 Oliveira1 S. & Richardson M., Journal of Physics: Conference Series 415 (2013) 012007, DOI:10.1088/1742-6596/415/1/012007 Powell R. L. & Stetson K. A., 1965, J. Opt. Soc. Am., 55, 1593–8, DOI: 10.1364/JOSA.55.001593 Kuznetsova Y., Neumann A., Brueck S.R., 2007, Optics Express, 15, 11, 6651–6663, DOI: 10.1364/OE.15.006651 "Smart Holograms – About us". Smart Holograms. Vaadatud 19.05.2013. J. L. Martínez-Hurtado , C. A. B. Davidson , J. Blyth , and C. R. Lowe, 2010, Langmuir, 2010, 26, 19, 15694–15699, DOI: 10.1021/la102693m Rudolf L. van Renesse, Optical Document Security, 3rd edition, Artech House, 2005, ISBN 1-58053-258-6 "Holographic Scanners". Holographix. Originaali arhiivikoopia seisuga 27.09.2013. Vaadatud 19.05.2013.