L'image holographique est de plus en plus utilisée aujourd'hui. Certains pensent même qu'il pourrait éventuellement remplacer les moyens de communication que nous connaissons. Qu'on le veuille ou non, mais maintenant, il est activement utilisé dans une variété d'industries. Par exemple, nous connaissons tous les autocollants holographiques. De nombreux fabricants les utilisent comme moyen de protection contre la contrefaçon. La photo ci-dessous montre certains des autocollants holographiques. Leur utilisation est un moyen très efficace de protéger les biens ou les documents contre la falsification.
Histoire de l'étude de l'holographie
L'image tridimensionnelle résultant de la réfraction des rayons a commencé à être étudiée relativement récemment. Cependant, on peut déjà parler de l'existence d'une histoire de son étude. Dennis Gabor, un scientifique anglais, a défini l'holographie pour la première fois en 1948. Cette découverte était très importante, mais sa grande signification à cette époque n'était pas encore évidente. Les chercheurs travaillant dans les années 1950 souffraient du manque de source lumineuse cohérente, une propriété très importante pour le développement de l'holographie. Premier lasera été réalisé en 1960. Ce dispositif permet d'obtenir une lumière ayant une cohérence suffisante. Juris Upatnieks et Immet Leith, des scientifiques américains, l'ont utilisé pour créer les premiers hologrammes. Avec leur aide, des images tridimensionnelles d'objets ont été obtenues.
Au cours des années suivantes, les recherches se sont poursuivies. Des centaines d'articles scientifiques explorant le concept d'holographie ont depuis été publiés, et de nombreux livres ont été publiés sur la méthode. Cependant, ces ouvrages s'adressent à des spécialistes et non au grand public. Dans cet article, nous essaierons de tout raconter dans une langue accessible.
Qu'est-ce que l'holographie
La définition suivante peut être proposée: l'holographie est une photographie tridimensionnelle obtenue à l'aide d'un laser. Cependant, cette définition n'est pas entièrement satisfaisante, car il existe de nombreux autres types de photographie en trois dimensions. Néanmoins, il reflète le plus significatif: l'holographie est une méthode technique qui permet « d'enregistrer » l'apparence d'un objet; avec son aide, une image tridimensionnelle est obtenue qui ressemble à un objet réel; l'utilisation des lasers a joué un rôle décisif dans son développement.
Holographie et ses applications
L'étude de l'holographie nous permet de clarifier de nombreuses questions liées à la photographie conventionnelle. En tant qu'art visuel, l'imagerie tridimensionnelle peut même défier ce dernier, car elle vous permet de refléter le monde qui vous entoure de manière plus précise et plus correcte.
Les scientifiques distinguent parfois des époques de l'histoire de l'humanité au moyenconnexions connues à certains siècles. On peut parler, par exemple, des hiéroglyphes qui existaient dans l'Égypte ancienne, de l'invention de l'imprimerie en 1450. En lien avec les progrès technologiques observés à notre époque, les nouveaux moyens de communication, comme la télévision et le téléphone, ont pris une place prépondérante. Bien que le principe holographique en soit encore à ses balbutiements en ce qui concerne son utilisation dans les médias, il y a des raisons de croire que les appareils basés sur celui-ci pourront à l'avenir remplacer les moyens de communication que nous connaissons, ou du moins étendre leur portée.
La littérature de science-fiction et les imprimés grand public dépeignent souvent l'holographie sous un jour erroné et déformé. Ils créent souvent une idée fausse sur cette méthode. L'image volumétrique, vue pour la première fois, fascine. Cependant, l'explication physique du principe de son appareil n'est pas moins impressionnante.
Motif d'interférence
La capacité de voir des objets est basée sur le fait que les ondes lumineuses, réfractées par eux ou réfléchies par eux, pénètrent dans notre œil. Les ondes lumineuses réfléchies par un objet sont caractérisées par la forme du front d'onde correspondant à la forme de cet objet. Le motif de bandes (ou lignes) sombres et claires est créé par deux groupes d'ondes lumineuses cohérentes qui interfèrent. C'est ainsi que se forme une holographie volumétrique. Dans ce cas, ces bandes constituent dans chaque cas particulier une combinaison qui ne dépend que de la forme des fronts d'onde des ondes qui interagissent entre elles. Tell'image est appelée interférence. Il peut être fixé, par exemple, sur une plaque photographique, s'il est placé dans un endroit où des interférences d'ondes sont observées.
Variété d'hologrammes
La méthode qui vous permet d'enregistrer (enregistrer) le front d'onde réfléchi par l'objet, puis de le restaurer de sorte qu'il semble à l'observateur qu'il voit un objet réel, et c'est une holographie. C'est un effet dû au fait que l'image résultante est tridimensionnelle de la même manière que l'objet réel.
Il existe de nombreux types d'hologrammes différents qui prêtent à confusion. Pour définir sans ambiguïté une espèce particulière, quatre ou même cinq adjectifs doivent être utilisés. De tout leur ensemble, nous ne considérerons que les principales classes utilisées par l'holographie moderne. Cependant, vous devez d'abord parler un peu d'un phénomène d'onde tel que la diffraction. C'est elle qui nous permet de construire (ou plutôt de reconstruire) le front d'onde.
Diffraction
Si un objet se trouve dans le chemin de la lumière, il projette une ombre. La lumière se courbe autour de cet objet, entrant partiellement dans la zone d'ombre. Cet effet est appelé diffraction. Cela s'explique par la nature ondulatoire de la lumière, mais il est assez difficile de l'expliquer strictement.
Ce n'est que sous un très petit angle que la lumière pénètre dans la zone d'ombre, nous la remarquons donc à peine. Cependant, s'il y a de nombreux petits obstacles sur son chemin, dont la distance n'est que de quelques longueurs d'onde de lumière, cet effet devient tout à fait perceptible.
Si la chute du front d'onde tombe sur un grand obstacle unique, la partie correspondante de celui-ci "tombe", ce qui n'affecte pratiquement pas la zone restante de ce front d'onde. S'il y a de nombreux petits obstacles sur son chemin, il change en raison de la diffraction de sorte que la lumière se propageant derrière l'obstacle aura un front d'onde qualitativement différent.
La transformation est si forte que la lumière commence même à se propager dans l'autre sens. Il s'avère que la diffraction nous permet de transformer le front d'onde d'origine en un tout autre front. Ainsi, la diffraction est le mécanisme par lequel on obtient un nouveau front d'onde. Le dispositif qui le forme de la manière ci-dessus est appelé réseau de diffraction. Parlons-en plus en détail.
Réseau de diffraction
Il s'agit d'une petite plaque avec de fins traits parallèles (lignes) appliqués dessus. Ils sont séparés les uns des autres d'un centième voire d'un millième de millimètre. Que se passe-t-il si un faisceau laser rencontre un réseau sur son chemin, composé de plusieurs bandes sombres et lumineuses floues ? Une partie passera directement à travers la grille et une partie se pliera. Ainsi, deux nouveaux faisceaux sont formés, qui sortent du réseau à un certain angle par rapport au faisceau d'origine et sont situés des deux côtés de celui-ci. Si un faisceau laser a, par exemple, un front d'onde plat, deux nouveaux faisceaux formés sur ses côtés auront également des fronts d'onde plats. Ainsi, en passant parfaisceau laser à réseau de diffraction, nous formons deux nouveaux fronts d'onde (plats). Apparemment, un réseau de diffraction peut être considéré comme l'exemple le plus simple d'un hologramme.
Enregistrement d'hologramme
L'introduction aux principes de base de l'holographie devrait commencer par l'étude de deux fronts d'onde plans. En interaction, ils forment une figure d'interférence, qui est enregistrée sur une plaque photographique placée au même endroit que l'écran. Cette étape du processus (la première) en holographie est appelée l'enregistrement (ou l'enregistrement) de l'hologramme.
Restauration d'image
Nous supposerons que l'une des ondes planes est A, et la seconde est B. L'onde A est appelée l'onde de référence, et B est appelée l'onde objet, c'est-à-dire réfléchie par l'objet dont l'image est fixe. Elle ne peut en aucun cas différer de l'onde de référence. Cependant, lors de la création d'un hologramme d'un objet réel en trois dimensions, un front d'onde beaucoup plus complexe de lumière réfléchie par l'objet se forme.
Le motif d'interférence présenté sur un film photographique (c'est-à-dire l'image d'un réseau de diffraction) est un hologramme. Il peut être placé sur le trajet du faisceau primaire de référence (un faisceau de lumière laser à front d'onde plat). Dans ce cas, 2 nouveaux fronts d'onde se forment de part et d'autre. La première d'entre elles est une copie exacte du front d'onde de l'objet, qui se propage dans la même direction que l'onde B. L'étape ci-dessus est appelée reconstruction d'image.
Processus holographique
Le motif d'interférence créé par deuxondes planes cohérentes, après son enregistrement sur une plaque photographique, c'est un dispositif qui permet, en cas d'éclairement d'une de ces ondes, de restituer une autre onde plane. Le processus holographique comporte donc les étapes suivantes: enregistrement et "stockage" ultérieur du front de l'objet d'onde sous la forme d'un hologramme (motif d'interférence), et sa restauration après tout moment où l'onde de référence traverse l'hologramme.
Le front d'onde objectif peut être n'importe quoi. Par exemple, il peut être réfléchi par un objet réel, si en même temps il est cohérent avec l'onde de référence. Formé de deux fronts d'onde quelconques avec cohérence, le diagramme d'interférence est un dispositif qui permet, grâce à la diffraction, de transformer l'un de ces fronts en un autre. C'est ici que se cache la clé d'un phénomène tel que l'holographie. Dennis Gabor a été le premier à découvrir cette propriété.
Observation de l'image formée par l'hologramme
À notre époque, un appareil spécial, un projecteur holographique, commence à être utilisé pour lire les hologrammes. Il vous permet de convertir une image de 2D en 3D. Cependant, pour visualiser des hologrammes simples, un projecteur holographique n'est pas du tout nécessaire. Parlons brièvement de la façon de visualiser de telles images.
Pour observer l'image formée par l'hologramme le plus simple, vous devez le placer à une distance d'environ 1 mètre de l'œil. Il faut regarder à travers le réseau de diffraction dans la direction dans laquelle les ondes planes (reconstruites) en sortent. Comme ce sont les ondes planes qui entrent dans l'œil de l'observateur, l'image holographique est également plate. Il nous apparaît comme un "mur aveugle", qui est uniformément éclairé par une lumière de la même couleur que le rayonnement laser correspondant. Ce « mur » étant dépourvu de spécificités, il est impossible de déterminer à quelle distance il se trouve. Il semble que vous regardiez un mur étendu situé à l'infini, mais en même temps vous n'en voyez qu'une partie, que vous pouvez voir à travers une petite "fenêtre", c'est-à-dire un hologramme. Un hologramme est donc une surface uniformément lumineuse sur laquelle on ne remarque rien digne d'attention.
Le réseau de diffraction (hologramme) nous permet d'observer plusieurs effets simples. Ils peuvent également être démontrés à l'aide d'autres types d'hologrammes. En traversant le réseau de diffraction, le faisceau lumineux est dédoublé, deux nouveaux faisceaux se forment. Les faisceaux laser peuvent être utilisés pour illuminer n'importe quel réseau de diffraction. Dans ce cas, le rayonnement doit différer en couleur de celui utilisé lors de son enregistrement. L'angle de courbure d'un faisceau de couleur dépend de sa couleur. S'il est rouge (la longueur d'onde la plus longue), alors un tel faisceau est courbé à un angle plus grand que le faisceau bleu, qui a la longueur d'onde la plus courte.
Grâce au réseau de diffraction, vous pouvez ignorer un mélange de toutes les couleurs, c'est-à-dire du blanc. Dans ce cas, chaque composante de couleur de cet hologramme est courbée à son propre angle. La sortie est un spectresemblable à celui créé par un prisme.
Placement du trait du réseau de diffraction
Les traits du réseau de diffraction doivent être rapprochés les uns des autres afin que la courbure des rayons soit perceptible. Par exemple, pour courber le faisceau rouge de 20°, il faut que la distance entre les traits ne dépasse pas 0,002 mm. S'ils sont placés plus près, le faisceau lumineux commence à se courber encore plus. Pour "enregistrer" ce réseau, il faut une plaque photographique, capable d'enregistrer des détails aussi fins. De plus, il est nécessaire que la plaque reste complètement immobile pendant l'exposition, ainsi que pendant l'enregistrement.
L'image peut être considérablement floue même avec le moindre mouvement, et à tel point qu'elle sera complètement indiscernable. Dans ce cas, nous ne verrons pas un motif d'interférence, mais simplement une plaque de verre, uniformément noire ou grise sur toute sa surface. Bien entendu, dans ce cas, les effets de diffraction générés par le réseau de diffraction ne seront pas reproduits.
Transmission et hologrammes réfléchissants
Le réseau de diffraction que nous avons considéré est dit transmissif, car il agit dans la lumière qui le traverse. Si nous appliquons les lignes du réseau non pas sur une plaque transparente, mais sur la surface d'un miroir, nous obtiendrons un réseau de diffraction réfléchissant. Il reflète différentes couleurs de lumière sous différents angles. En conséquence, il existe deux grandes classes d'hologrammes - réfléchissants et transmissifs. Les premiers sont observés en lumière réfléchie, tandis que les seconds sont observés en lumière transmise.
