ساعت ٥:۳٧ ‎ب.ظ روز چهارشنبه ۸ اسفند ،۱۳۸٦  

هولوگرافی

بخش اول

هولوگرافی روش تهیه تصاویر سه بعدی با استفاده از نور می باشد .یعنی با استفاده از خواص نور می توانیم یک تصویر هولوگرام ایجاد کنیم . البته هر نوری برای ضبط یک تصویر هولوگرام مناسب نیست .در این مقاله اصول هولوگرافی، مشخصات نور لازم، موادی که به عنوان ضبط کننده تصاویر هولوگرام مورد استفاده قرار می گیرند شرح داده می شود.

کلمات کلیدی: هولوگرام، همدوس، مدولاسیون، جبهه های موج، پراش

1- مقدمه

هر چند که هولوگرافی کاربردهای بسیاری دارد ولی به خاطر توان ایی آن در ایجاد تصاویر سه بعدی شهرت دارد.یک هولوگرام چشم انداز یک منظره را به طوری می گیرد که هیچ کسی قادر به انجام چنین کاری نمی باشد .به عنوان مثال هنگام دیدن یک هولوگرام به وسیله حرکات سر می توان اطراف اشیاء را دید وهمچنین می توان دید که در پشت سر آنها چیست.با این همه هولوگرام ها بر روی همان فیلم های عکاسی استفاده شده برای عکاسی نیز می توانند ضبط شوند .دو سوال به طور طبیعی پیش می آید :چه چیزی هولوگرام ها را از عکسها متمایز می کند؟وچگونه یک صفحه صاف می تواند یک منظره سه بعدی را ضبط کند؟

پاسخ به این سؤال ها ب اید با یک باز بینی از خواص نور شروع شود .مثل یک موج الکترومغناطیسی ، نور شاخصهای چندانی دارد :دامنه، فاز، قطبش، رنگ وامتداد حرکت .وقتی که شرایط برای ضبط یک هولوگرام برآورده شود ارتباط خیلی نزدیک بین فاز وامتداد حرکت به وجود می آید .کلید پاسخ به دوسوال بالا در این است که عکسها در ابتدا اطلاعات دامنه را ضبط می کنند (در حقیقت آنها شدت که مربع دامنه است را ضبط می کنند ) در حالی که هولوگرام ها اطلاعات وابسته به هر دو، یعنی دامنه وفاز را ضبط می کنند .خاصیت دیگر هولوگرام این است که آنها مثل منظره ای که ضبط کرده اند به نظ ر نمی آیند .به طور معمول یک هولوگرام به نظر می آید که تا اندازه ای یک لکه خاکستری یکنواخت است.یا شاید یک حلقه مشاهده پذیر بر آن وخطوطی که به طور تصادفی روی آن واقعند می باشد.در حقیقت تمام الگوی مشاهده پذیر یک هولوگرام اطلاعات بی فایده ونویز هستند .اطلاعات مفید در یک هولوگرام در الگوهایی ضبط شده اند که برای دیدن با چشم غیر مسلح ریزتر از آن هستند که دیده شوند

 

2- تصور یک هولوگرام

یک روش مفید برای تصور یک هولوگرام این است که آن را نوعی خاص از یک پنجره در نظر گرفت که نور در حوالی اشیای پنجره منعکس می شود .مقداری نور از میان پنجره عبور کرده وبا آن نور ما اشیاء را می بینیم .در لحظه ای که ما هولوگرام را ضبط می کنیم پنجره، دامنه وامتداد نوری که از خلال آن عبور می کند را به خاطر می آورد.وقتی هولوگرام برای بازسازی منظره سه بعدی استفاده می شود،آن این اطلاعات ضبط شده را به کار می برد تا دوباره الگوی اولیه دامنه وامتدادنوری که از خلال آن می گذشت را دوباره ایجاد کند .نوری که از پنجره هولوگرافی به چشم ما می رسد درست مثل وقتی است که ما خود اشیاء را مشاهده می کردیم .ما می توانیم سرمان را به اطراف حرکت دهیم وبخشهای مخ تلف منظره را ببینیم مثل حالتی که اشیاء را از میان پنجره می دیدیم . اگر بخشی از هولوگرام پوشیده یا بریده شود کل منظره هنوز قابل مشاهده است، هر چند که بخش محدود شده ای از یک پنجره باشد.واقعا انواع متفاوتی از هولوگرام موجود می باشد .هر چند که فیلم عکاسی بیش از هر چیز دیگری به طور وسیع برای ضبط اطلاعات استفاده می شود.

خواص یک هولوگرام به وسیله ضخامت ماده ضبط کننده وساختار پرتوهای ضبط کننده تعیین می شود . هولوگرام ها می توانند در موادی که شدت نور را ضبط می کنند ودر خلال تغییر در جذب نوری شان یا ضریب شکستشان ویا هر دو ایجاد شوند.

 

-3 اصول اساسی

عکسها اطلاعات شدت نور را ضبط می کنند .ولی هولوگرام ها اطلاعات شدت وفاز را ضبط می کنند .علاوه بر محدودیتهای گذاشته شده روی شدت (نور) فاز نوری که هولوگرامها را ضبط می کنند نیز باید شرایط خاصی را برآورده کند.این شرایط فازی ایجاب می کند که نور(مورد استفاده)همدوس باشد.

دو نوع همدوسی موقتی وفضایی موجود است .نوری که برای ضبط کردن هولوگرامها به کار می رود باید هر دو نوع همدوسی را داشته باشد. همدوسی موقتی(زمانمند)به رنگهای موجود در نور وابسته می باشد. نور همدوس زمانمند تنها یک رنگ را شامل می شود،یعنی تک رنگ است .هر رنگ از نور یک فاز مربوط به خودش را دارد .نورهای چند رنگ برای ضبط کردن یک هولوگرام نمی توانند مورد استفاده قرار گیرند زیرا در این صورت هیچ فاز مشخصی برای ضبط نمودن وجود ندارد .همدوسی فضایی به امتداد نور وابسته است .در هر نقطه داده شده در فضا،نورهای به طور فضایی همدوس همواره در یک امتداد حرکت می کنند وامتداد حرکت آنها با زمان تغییر نمی کند .نوری که به طور ثابت امتداد حرکتش تغییر می کند به طور ثابت فاز نسبی اش نیز تغییر می کند پس برای ضبط کردن هولوگرام مناسب نیست.

همدوسی فضای ی وزمانمند به وسیله کمیتها درجه بندی می شوند . مانمی توانیم بگوییم که نوری به طور قطع همدوس است یا ناهمدوس است .همدوسی زمانمند نور معمولی را می توان به وسیله گذراندن آن از میان فیلتری که تنها اجازه عبور پهنه نازکی از رنگها را می دهد،بهتر نمود .همدوسی فضایی نو ر را می توان با استفاده از نور آمده از یک چشمه خیلی کوچک نور مثل سوراخ ریزی در یک صفحه مات بهتر نمود .حال می دانیم که نوردرهرنقطه از فضا باید از امتداد یک سوراخ ریز بیاید .نور معمولی که رنگش به خوبی صاف (فیلتر)شده است واز میان یک روزنه کوچک گذرانده شدهاست می تواند برای ضبط هولوگرام ها استفاده شود .با این وجود،نوری که از یک لیزر می آید به طور طبیعی خیلی به شکل فضایی وزمانمند همدوس است.به این دلیل عملا همه هولوگرام ها با بکار بردن نور لیزر ضبط می شوند.

ساده ترین هولوگرام ممکن است از تلاقی (برخورد) دادن دو موج مسطح نوری و قطبیده مسطح ناشی می شود.

نکته جالب توجه این است که نقاطی از صفحه ناظر که در آنها میدان کل الکتریکی صفر است، وقتی که امواج حرکت می کنند صفر باقی می ماند .نقاط وسطی مابین نقاطی که در آنها میدان الکتریکی صفر است یک میدان الکتریکی متناوب را ت جربه می کنند . برای یک ناظر، نقاط با میدان الکتریکی صفر تاریک ونقاط با میدان الکتریکی تناوبی روشن به نظر م ی رسند .این خطوط یک در میان روشن ، نوارها نامیده می شوند که الگوی تداخلی ایجاد شده توسط امواج مسطح را تشکیل می دهند . علاوه بر این، نقاط با میدان الکتریکی صفر فیلم عکاسی را دست نخورده باقی می گذراند ونقاط با میدان الکتریکی تناوبی فیلم را نور می دهند . بنابرای الگوی تداخل می تواند ضبط شود .نوارهای تداخلی نتیجه شده از دو موج مسطح مثل خطوطی راست به نظر خواهند رسید.

جبهه های موج برای ایجاد الگوی تداخلی لزومی ندار د که امواج مسطح و یا امواج یا جبهه موج مانندی از نظر شکل باشند.

هولوگرافی

برای زاویه های مناسب، فاصله نوارها حدود طول موج نور است ، یعنی حدود یک دو هزارم میلیمتر.این توضیح می دهد که چرا هولوگرام ها تقریبا یک لکه خاکستری یکنواخت به نظر می رسند . اطلاعات مفید در نوارهای تداخلی که بسیار کوچکتر از آن هستند که دیده شوند ، ضبط می شود .نوسانات در دامنه پرتوهای ضبط کننده ، همچنین در هولوگرام ضبط می شوند ودر ایجاد دوباره جبهه موج باز ساخته ش ده مؤثرند .در خلال ضبط هولوگرام نقاط با میدان الکتریکی صفر تنها در برخورد دو پرتویی که دارای دامنه مساوی اند پیش می آید .اگر یکی از پرتوها قوی تر از دیگری باشد ، حذف کامل میدان الکتریکی آنها غیر ممکن است و ازشدت مدولاسیون یا تفاوت نوارهای ضبط شده کاسته می شود . ضبط کردن یک هولوگرام با ضبط الگوی تداخلی ایجاد شده توسط دو پرتو همدوس نور یکسان است . باز سازی تصویر هولوگرافی معمولا با نور تاباندن یکی از دو پرتو از خلال هولوگرام ظاهر شده به نتیجه می رسد .استفاده کردن یک پرتو نور بازسازنده با طول موجی متفاوت اندازه تصو یر باز ساخته شده را ت غییر می دهد .طول موج کمتر تصویر کوچکتر وطول موج بیشتر تصویر بزرگتر را ایجاد می کند.

حال فرض می کنیم فیلم عکاسی ماده ضبط کننده ما باشد . فیلم عکاسی یک نوع خاصی از ضبط کردن را بدست می دهد که تحت عنوان هولوگرام جذب نازک تقسیم بندی می شود . شکل 1a و 1b اصول اولیه را نشان می دهند .

صفحه عکاسی به طور همزمانبا موجهای نور پراکنده شده از شیء ونر منبع مرجع روشن می شود . پرتو مرجع در شکل 1a  به صورت یک پرتو موازی صفحه ای نشان داده می شود . بخاطر درجه بالای وابستگی متقابل آنها دوگروه موج، یک الگوی تداخلی روی صفحه عکاسی ضبط می شود وبدین ترتیب یک هولوگرام شکل خواهد گرفت. حال صفحه عکاسی پردازش شده وفقط با پرتو مرجع حاضر روشن می شود.

بیشتر نور پرتو مرجع مستقیما از درون هولوگرام عبور می کند و مقداری هم در امولسیون به وسیله الگوی تداخلی پراکنده م ی شود .با استفاده از رابطه شبکه پراش نرمال،نور با طول موج λ تداخل سازنده با زوایای λ = d sinθ تجربه خواهد کرد که d فاصله نوارهای محلی برای تداخل نوارهاست که شکل توزیع بستگی کامل به شکل شیء وجبهه موجانعکاس یافته از آن دارد .بدین ترتیب تداخل سازنده امواج پراشیده، جبهه های موج اصلی از شیء را بازسازی می کند و مشاهده کننده جبهه های موجی را می بیند که از خود شیء حاصل شده است .این جبهه های موج چیزی را تشکیل می دهند که تصویر مجازی نامیده می شود .شبکه پراش که در وضعیت مستقیم هم در نوار دیگر پراش ایجاد می کند وهولوگرام تصویر دوم را ایجاد می کند .این تصویر که از نظرکیفیت در مقایسه با تصویر مجازی پایین تر است به عنوان تصویر حقیقی نامیده می شود.


کلمات کلیدی: