Hologr āfija – inform ācijas ieraksta metodehome.lu.lv/~jharja/hfo2010/hol_sakums2010.pdfHologr āfija Latvij ā LU Fizikas un matem ātikas fakult āte Latvijas Zin ātu Akad

holos graphõ

visu rakstu

Hologrāfija –

informācijas ieraksta metode

Hologrāfija Latvijā

LU Fizikas un

matemātikas fakultāte

Latvijas

Zinātņu Akadēmijas

Fizikas institūts

Amorfo halkogenīdu

materiālu pētījumiHologrāfijas mācību

laboratorija

Optiskā ieraksta

laboratorija

�Amorfo halkogenīdu materiālu pētījumi (As-S,

As-Se, As-S-Se)

�2D/3D varavīksnes hologrammu ieraksts

Hologrāfijas

laboratorija

Fizikas un

matemātikas

fakultāte

Fotogrāfija un Hologrāfija

Ieraksta viļņu

interferences ainas

intensitāti

Ieraksta gaismas

intensitāti

Viļņu interference

un difrakcija

�Interferences aina saglabā informāciju gan par

viļņa amplitūdu, gan par relatīvo fāzi

�Iespēja saglabāt informāciju par viļņa fāzi ir

būtiska hologrāfiskās metodes atšķirība no

fotogrāfiskās

Redzamajā spektra daļā - λ ≈ 0.40 – 0.75 µm (400 – 750 nm)

Ar+ - 0.488µm

Ar+ - 0.514µm

He-Ne - 0.6328µm

InterferenceDifrakcija

He - Ne lāzers

λλλλ = 632.8 nm

Priekšrocības:

�fiksēts viļņa garums

�paralēls stars

�intensitātes gausa sadalījums pa stara diametru

Cietvielu lāzers

Rubīna lāzers: λλλλ = 670 nm

Nd YAG lāzers

Y3Al2(AlO4)3:Nd3+

Diožu lāzers – 20.gs.

90-tie gadi

Diožu lāzeri pašlaik spēj “pārklāt” visu redzamā spektra

diapazonu

+

-

Lāzera stars

n- GaAs

n- AlGaAs

p- AlGaAs

p- GaAs

p-n pārejas zona

Hologramma mikroskopā

� Ieraksts fotoemulsijā � Ieraksts fotorezistā

Hologrāfiskā ieraksta materiālu izšķirtspējai

jāpārsniedz 1000 līnijas/mm (25 000 dpi)

Ne-sudraba emulsijas

�Dihromētais želatīns

�Fotorezisti

�Fotopolimēri

�Fototermoplasti

�Fotorefraktīvie kristāli

Dennis Gabor

(1900-1979)

1948 - “A New Microscopic

Principle”

British Thompson-Houston

Company, Ltd.

1971 – Nobela prēmija

Rezultātu

interpre-

tācija

Ass hologramma: ieraksts

Fotoplate

Emulsija Stikls

Objekts

Lāzera

stars

)exp(

),exp(

RRR

ooo

iAu

iAu

Φ−=

Φ−=

( )[ ] ( )[ ][ ]oRoRoRoR

oRoRoRoRoR

iiAAAA

AAAAuuuuI

Φ−Φ−+Φ−Φ++=

=Φ−Φ++==+⋅+=

expexp

)cos(2...)()(

22

22*

Objekta izvēle ierobežota:

caurspīdīgs, ar nelielām

nehomogenitātēm

Fotoplates apstrāde

� Fotoemulsiju eksponē un fotoķīmiski apstrādā, lai tās amplitūdas caurlaidība ττττ mainītos proporcionāli gaismas intensitātes I izmaiņām (pakāpes rādītāju ½ vienkāršības dēļ atmet):

Ito expβττ +=

Pēc ķīmiskās apstrādes hologrammu novieto iepriekšējā

vietā un apgaismo ar koherentu vilni uR, kāds tika izmantots

ieraksta laikā. Gaisma difraģē, un aiz fotoplates izplatās

vilnis, kura amplitūda:

)exp()( exp RRoR iAItuu Φ−⋅+=⋅= βττ

0IIT ==τ

Hologrammas restaurēšana

)exp()( exp RRoR iAItuu Φ−⋅+=⋅= βττ

4321

*2

exp

2

exp

2

exp

2

exp

22

exp

exp

)2exp()()(

)()(

)exp()])(exp[

)](exp[(

)exp(

)exp()exp(

uuuu

uiAtuAt

uAtuAt

iAiAA

iAAAAt

iA

iIAtiAu

ORROR

RoRRo

RRORRo

ORRoRo

RRo

RRRRo

′+′+′+′=

=⋅Φ−+⋅+

+⋅+⋅+=

=Φ−Φ−Φ−+

+Φ−Φ+++

+Φ−=

=Φ−+Φ−=

ββ

ββτ

β

τ

βτ

šķietamais

attēls

Reālais

attēls

hologramma

Lāzera stars

novērotājs

Restaurētie viļņi

*2

exp

'

4

2

exp

'

3

2

exp

'

2

2

exp

'

1

))2exp((

)(

)(

)(

oRR

oR

Ro

RRo

uiAtu

uAtu

uAtu

uAtu

⋅Φ−=

⋅=

⋅=

⋅+=

β

β

β

βτ

izklīstošs vilnis - objekta viļņa kopija

(šķietamais attēls)

saejošs vilnis - (reālais

attēls)

atbalsta viļņa kopija

atbalsta viļņa kopija, Ao << AR

Emmeth Leith & Juris Upatnieks

Hologrāfiskais tēmeklis

J.Upatnieks

2008.gadā

1962 – “Reconstructed

Wavefronts and Communication

Theory”

University of Michigan

E. Līss un

J.Upatnieks 20.gs.

60-os gados

Divstaru shēma -1

Stara dalītājsLāzers

FotoplateMatstikls Objekts

Spogulis

1. Ieraksts

Divstaru shēma

2. Restaurēšanas procesā – hologramu apgaismo tikai ar

atbalsta staru

šķietamais attēls –

veidojas izklīstošos

staros, skatoties caur

hologrammu kā caur

lodziņu

reālais attēls –

veidojas saejošos

staros,

ass attēls

veidojas

uz ekrāna

Restaurēšanas procesā šķietamais un reālais

attēls telpiski atdalās gan viens no otra, gan

no atbalsta stara

hologramma

“Baltās gaismas” (Deņisjuka)

hologramma

Objekts tiek apgaismots caur “biezu”

fotoemulsiju, kurā notiek no objekta

atstarotā viļņa un objektu apgaismojošā

viļņa interferences ainas ieraksts.

Hologrāfiskā attēla

īpašības

Tilpuma (biezā) hologramma restaurē ne tikai objekta viļņu lauka

amplitūdu un fāzi, bet arī spektrālo sastāvu.

Biezā hologramma vienlaicīgi restaurē tikai vienu objekta attēlu.

Biezo hologrammu maksimālā difrakcijas efektivitāte var sasniegt

100%.

Teorētiskais apraksts pamatojas uz t.s. saistīto viļņu modeli, kur

tiek aplūkota gaismas viļņu izplatīšanās cauri videi, ievērojot

polarizāciju un absorbciju.

G.Lipmana metode

� Gaismas stāvviļņu

ieraksts biezās,

caurspīdīgās

fotoemulsijās.

� Nobela prēmija

1908.gadā – par krāsu

fotogrāfijas metodi, kas

balstās uz gaismas

interferenci.