У повному обсязі: Ілюзія існування

Дивлячись на голограму, раз у раз повертаєш її руба, щоб переконатися, що за кольоровим склом не знаходиться тривимірний предмет.

У 1947 році британський фізик Деніс Габор працював над удосконаленням електронного мікроскопа. Але розробив він щось зовсім інше. А саме - оригінальний метод запису і відновлення хвильового фронту, який він назвав голографією, від грецьких слів «холос» (весь) і «грама» (повідомлення). За це в 1971 році Габор отримав Нобелівську премію.

Перші 15 років метод залишався кумедною екзотикою. Джерела світла, що володіють високою когерентністю, практично були відсутні. Але 1960 року радянські фізики Микола Басов і Олександр Прохоров та американський вчений Чарльз Таунс розробили оптичний квантовий генератор - лазер (за що теж отримали Нобелівську премію).

У 1962 - 1964 роках фізики Мічиганського університету Еммет Лейт і Юріс Упатнієкс (які розробляли, взагалі кажучи, радар бічного огляду), вирішили заради інтересу застосувати метод Габора, використовуючи газовий гелій-неоновий лазер.

Результат перевершив очікування: вони отримали перші чіткі та об'ємні голограми високої якості. Саме Лейт і Упатнієкс заклали ті основи, на яких базується робота сучасних голографічних студій. Але їхній метод мав суттєвий недолік - щоб побачити таку голограму, потрібен був лазер. Це дуже ускладнювало застосування голографії в прикладних цілях.

І ось у 1962 році радянський вчений Юрій Денисюк вирішив випробувати в голографії метод, використаний лауреатом Нобелівської премії 1908 року Габріелем Ліппманом для кольорової фотографії. Результатом став метод запису голограм на товстошаровій фотоемульсії. Вони мали можливість відновлювати тривимірне зображення не за допомогою лазера, а в звичайному білому світлі - тобто об'ємну картинку можна було побачити в променях простої лампи розжарювання!

Сьогодні голографія широко застосовується в наукових дослідженнях і у виробничих процесах. Голограми незамінні при виготовленні високоякісних репродукцій музейних експонатів, скульптур, широко використовуються в сувенірній продукції і в якості прикрас. Перспективний напрямок - виготовлення плівкових голограм як засобу для захисту промислових виробів і документів від підробок.

Принципи голографії

Голографія заснована на двох фізичних явищах - інтерференції та дифракції. Інтерференцію легко ілюструвати колами, що розходяться по воді. Коли кругові хвилі від двох точкових джерел (кинутих у воду каменів) зустрічаються, утворюється складна інтерференційна картина. Знаючи форму цієї картини і положення одного з джерел, можна визначити положення другого. Те саме відбувається при освітленні об'єкта лазерним світлом під час запису голограми. Об'єкт можна уявити як сукупність великої кількості точкових джерел, які, розсіюючи світло, створюють у просторі складну світлову інтерференційну картину. Вона несе інформацію про об'єкт, і саме її записують на фотопластинку. Але для того, щоб за цією складною інтерференційною картиною можна було відновити зображення об'єкта, фотопластинку додатково висвітлюють спрямованим світловим пучком від того ж лазера. Цей пучок називається опорним. Фотопластинка реєструє складну картину інтерференції між світлом, відображеним від об'єкта, і опорним пучком. Після прояву фотопластинки ми отримуємо голограму. Період інтерференційних смуг на голограмі можна порівняти з довжиною хвилі лазерного випромінювання (близько 0,6 мкм), тому інтерференційну картину на голограмі можна побачити тільки в мікроскоп.

У класичній оптиці вважається, що світло поширюється прямолінійно. Однак насправді це не так. Якщо на шляху суворо паралельного світлового пучка поставити світлонепроникний екран з маленьким отвором, за отвором світло вже не буде поширюватися паралельно, а буде розходитися у вигляді вузького конуса. Чим менший розмір отвору, тим більший кут витратності. Явище відхилення напрямку пучка світла на отворах малих розмірів від свого початкового напрямку називається дифракцією. Дифракція світла відбувається не тільки на отворах, а й на напівпрозорих або фазових транспарантах з довільною структурою. Наприклад, на дифракційних решітках - транспарантах у вигляді суворо паралельних прозорих смужок, що чергуються з непрозорими. Дифракційна решітка просто відхиляє падаючий пучок на певні кути, що залежать від довжини хвилі світла і періоду смужок - чим смужки тонші, тим більший кут дифракції. Голограму теж можна вважати дифракційними ґратами, але з дуже дрібною і нерегулярною структурою, середній період смуг якої порівняємо з довжиною хвилі лазера (і навіть менше). Якщо висвітлити голограму відновлюючим лазерним пучком під кутом, рівним куту падіння опорного пучка при записі голограми, в результаті дифракції на голограмі він перетворюється на відновлений пучок, аналогічний пучку, що йде від об'єкта під час запису голограми. У результаті ми отримаємо точне, об'ємне зображення об'єкта.

Друкарським способом

Яскраві, переливаються всіма кольорами веселки наклейки на упаковці товарів і на банківських картах - це тиснені райдужні голограми, які використовуються для захисту документів від підробок. Ці голограми записуються не на фотопластинках, а на поверхні лавсанової плівки і не шляхом експонування фотоматеріалу, а простим тисненням поверхневого голографічного рельєфу (аналогічно штампуванню компакт-дисків).

Процес виготовлення райдужної голограми дуже складний. Спочатку роблять так звану майстер-голограму, аналогічну райдужній. За допомогою синього лазера її записують на тонкому шарі фоторезиста. Чому синім лазером? Тому що фоторезист чутливий тільки до синього світла і ультрафіолету. У місцях, де інтерференційні смужки світлі, фоторезист діється і твердіє. Після експонування фоторезист занурюють у ванну з розчинником (бензин). Незадублені місця розчиняються, виходить поверхневий рельєф, що повторює вихідну голографічну інтерференційну картину.

Потім з отриманої майстер-голограми роблять матрицю. Використовуючи гальванічний процес, на шарі фоторезиста осаджують нікель і отримують міцну копію. Нікелеву матрицю закріплюють на металевому валику і прокатують по ній лавсанову плівку, на яку переноситься поверхневий голографічний рельєф. На ньому біле світло дифрагує, і зображення відновлюється - у вигляді кольорової веселки. Для підвищення яскравості тиснених голограм їх покривають тонким шаром алюмінію і отримують яскраві рельєфно-фазові тиснені голограми.

Блиск металу

Зазвичай, реєструючим середовищем для голограм служать фотопластинки. У світлочутливому тонкому желатиновому шарі розподілені мікрокристали бромистого срібла. При попаданні на них світла в них утворюються «зародки» срібних зерен, видимі після прояву як чорні точки (неекспоновані мікрокристали бромистого срібла видаляються з емульсійного шару в розчині фіксажу).

У біхромованій желатині (БХЖ) немає бромистого срібла. На стадії виготовлення в неї вводиться певна кількість біхромату амонію (звідси і відбулася назва желатини). При потраплянні лазерного світла на такий шар в місцях максимальної інтенсивності інтерференційної картини відбувається зшивка молекул желатини іонами хрому, що входять в біхромат амонію, желатина в цих місцях задублюється і змінює показник заломлення. Після експонування записану голограму занурюють у воду, вимивають залишки біхромату амонію і сушать в ізопропіловому спирті. В результаті виходить надзвичайно яскрава фазова голограма, прозора як скло. Теоретично дифракційна ефективність (ДЕ) голограми на БХЖ може досягати 100%. Реально отриманий результат - 99%! Голограми на біхромованій желатині застосовуються для виготовлення високоякісних голографічних дифракційних решіток і голографічних оптичних елементів. БХЖ використовують також для виготовлення сувенірів і прикрас - голографічних кулонів або медалей.