6 фактов о голографии, которых вы могли не знать

Экология потребления. Если двумерная картинка стоит тысячи слов, тогда трехмерная стоит миллиона. С помощью голографии можно реконструировать

Когда вы видите Тупака, Майкла Джексона или еще кого-нибудь, объемное изображение которого появляется на концерте или где-то еще, это не голограммы. Это трюк, и в своей основе голограмма не имеет с ним ничего общего. Впервые он был продемонстрирован еще в 1800-х годах Джоном Пеппером, чтобы удивить ничего не подозревавших зрителей призраком, который появился рядом с актерской сценой. В реальности это была хитроумная иллюзия, поскольку между сценой и аудиторией было размещено стекло под углом. Сцена использовалась для отражения света от актера к аудитории, но так, чтобы она могла видеть сцену. Поскольку стекло эффективно прозрачно, людям казалось, что на сцене появился призрак.  Большинство «голограмм», которые показывают по телевизору, всего лишь вариация трюка Пеппера с призраком.

Только голограмма является голограммой: ее легко отличить от другого

Допустим, вы только что сделали снимок. Вы взяли камеру, направили, кликнули и засняли определенную информацию. С точки зрения оптики вы сохранили определенные амплитуды светового поля, усредненные по времени, исходящие от сцены, используя некоторую форму сенсора. В результате большое количество информации в этом световом поле было просто выброшено. Вы просто засняли небольшую часть той информации, которую удалось поймать. Голограмма (изобретенная в 1847 году Дэннисом Габором), голография, в своем основном смысле означает запись, а затем реконструкцию информации всего светового поля, которое попало в объектив, причем так, чтобы наблюдатель не мог отличить ее от оригинальной сцены, поскольку голограмма «дает» наблюдателю всю исходную информацию.

Вы, конечно, спросите: как нам это сделать? Что ж, если вы возьмете объект, который хотите отобразить, осветите его с помощью лазера и интерферируете этот рассеянный свет с другим лазером, запись этого рисунка создаст голограмму. Он захватывает амплитуду, фазу и длину волны информации объекта. Теперь, если мы взглянем на этот узор под микроскопом, мы увидим интерференционные полосы, что неинтересно. Тем не менее, если мы освещаем с одного источника, свет рассеивается со всех полос одновременно и интерферирует сам с собой для реконструкции исходного светового поля объекта.

Красота этого метода в том, что это пока единственный способ истинно реконструировать трехмерную информацию и получить настоящие 3D-дисплеи. Тем не менее эта техника, придуманная почти 70 лет назад, позволяет создать только статичные голограммы. Почему мы не можем динамически менять голограммы и эффективно создать голографический дисплей?

Голографические дисплеи в домах появятся не скоро

Проблема создания трехмерных голографических дисплеев в том, что количество информации в обычной голограмме огромно; свет содержит много информации. К примеру, необходимо порядка миллиона-триллиона пикселей для того, чтобы собрать трехмерный голографический дисплей, а при обычном уровне обновления в 30 кадров в секунду, например, количество данных огромно. Кроме того, нам нужна технология, которая сможет записывать (в режиме реального времени) всю комплексную информацию светового поля, технологии, которые смогут передавать эти огромные объемы данных, а также компьютер, который будет все это обрабатывать. Учитывая то, что мы только-только входим в эру 4K-телевизоров (на экране которых порядка 10 миллионов пикселей), эпоха голографии наступит еще не скоро.

Голограмму можно создать и отобразить с помощью компьютеров

Как мы уже выяснили, мы имеем дело с большим объемом информации. Современные методы изображения динамических голограмм называются пространственными модуляторами света (SLM). Это маленькие, похожие на телевизоры устройства отображения голограмм с помощью отражения лазерного света.

Как мы рассчитываем голограмму? В идеале мы могли бы записать всю информацию о световом поле сцены, но пока у нас нет никакой коммерческой технологии, способной на это. Мы могли бы сделать полное моделирование электромагнитных волн моделируемой сцены, чтобы обнаружить, что рассеивающийся свет в поле выглядит как точки в пространстве, а затем записать эту информацию, чтобы сформировать голограмму. Тем не менее для нынешних технологий это вычислительный кошмар. Возможно, лучшим способом будет глубоко математический подход к этому явлению.

По сути, мы делаем приближение. Оказывается, когда свет дифрагирует, если вы находитесь достаточно далеко от точки дифракции, паттерн, который вы видите, связан с преобразованием Фурье математической репрезентации объекта дифракции. Это значит, что, поскольку наши компьютеры могут делать преобразование Фурье довольно быстро, мы можем быстро генерировать голограммы на лету. Затем, отображая их на SLM, мы можем использовать дифракцию света для формирования произвольных изображений по своему желанию. Эта область называется генерируемой на компьютерах голографией. И теперь, когда компьютеры становятся все быстрее, эта область исследований становится все более популярной.

Лучший голографический телевизор был создан десять лет назад и стоил целое состояние

Qinetiq разработала прототип голографического дисплея, основанный на технологии пространственной модуляции света, 12 лет назад. Она использовала активную систему с двумя различными SLM для обеспечения всей глубины сигнала, необходимого для производства трехмерной картинки. Эта затея была крайне дорогой и была закрыта почти сразу, но максимально качественный голографический дисплей хотя бы был продемонстрирован.

Голография нужна не только для телевидения

Хотя мы считаем, что голография интересна больше возможностями для 3D-дисплеев, в целом у нее есть возможность применения во многих сферах. Вот несколько примеров:

• Электронная съемка: наблюдая за фазовым смещением интерференции электронов, когда они проходят через тонкие пленки материалов, можно определять состав материалов.
• Хранение данных: традиционные оптические диски хранят информацию на поверхности. С помощь голографии есть возможность записывать информацию в объемный материал под разными углами — следовательно, можно хранить больше информации, чем позволяют традиционные методики хранения данных.
• Голографические оптические пинцеты: оптические пинцеты используют силу света, чтобы перемещать небольшие частицы (в основном в области биологии) и создавать оптические ловушки. Используя генерируемые на компьютерах голограммы, ученые могут манипулировать крупными массивами частиц на малых расстояниях.
• Безопасность: голограммы уже используются на банкнотах и кредитных картах. Используются по большей части из-за того, что технологии для их создания довольно сложны.опубликовано econet.ru

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet