online kép - Fájl  tube fájl feltöltés file feltöltés - adja hozzá a fájlokat online fedezze fel a legújabb online dokumentumok Kapcsolat
   
 

Letöltheto dokumentumok, programok, törvények, tervezetek, javaslatok, egyéb hasznos információk, receptek - Fájl kiterjesztések - fajltube.com

 

Online dokumentumok - kep
   
kategória
 

Biológia
Filozófia
Gazdaság
Gyógyszer
Irodalom
Menedzsment
Receptek
Vegyes Filmek Halászati Művészet a kultúra Szórakozás Zene

 
 
 
 













































 
 

A holografia

vegyes

Fájl küldése e-mail Esszé Projekt


egyéb tételek

 
A Frank birodalom kialakulasa, fénykora
KÖZIGAZGATÁSI ALAPVIZSGA TANKÖNYV 2
A vizsgamodell
Tanmenetjavaslat az 5. évfolyam Természetismeret tantargyhoz
Az esettanulmany készítéséhez tanacsok
Ébren almodók: A Harmadik Szem Aktivizalasa És Alapfokú Hasznalata
A legjobb baratnom a szomszédlany
Derült égből vaddisznó
Albright kötés
A holografia
 
 

A  holográfia

A közönséges fényképezési eljárásoknak van egy alapvetõ tökéletlensége, mégpedig az, hogy a térbeli tárgyakat síkban rögzíti. A térbeliség azért vész el, mivel a fényképezõlemezen csak a fényhullám intenzitását rögzítjük, de egy másik, fény által kialakított hullámtérnek a jellemzõje, a hullámok egymás közötti fázisviszonyait nem. A kérdés tehát az, hogy lehet-e valamilyen módon rögzíteni a tárgy által visszavert fény, a tárgy képét az agyunkban létrehozó tárgyhullám fázisviszonyait?

Gábor Dénes, Nobel díjas magyar fizikus találta meg ennek a módját. Az általa kidolgozott módszer neve holográfia (holográf = teljes kép).

A lézerek alkalmazásának egyik legizgalmasabb, leglátványosabb területe a holográfia. A pénzek hologramcsíkjaitól és más holografikus védjegyektõl a mûvészi hologramkiállításokon át a tudományos alkalmazásokig sok helyen találkozhatunk vele. Az emberek többségének nagy élményt jelent, hogy a fény valami megfoghatatlan test térbeli képét rajzolja a szemük elé.

A holográfia olyan képrögzítõ eljárás, amellyel a tárgyról tökéletes térhatású, vagyis háromdimenziós kép hozható létre. A hagyományos fényképezés során a tárgy képét lencserendszerrel képezzük le a film síkjára, és így a filmen a tárgyról kiinduló fény intenzitásának megfelelõen az egyes pontokban feketedés jön létre. Ennek az eljárásnak a során azonban – mivel a feketedés mértéke csak a fény erõsségétõl (vagyis amplitúdójától) függ, és független a fényhullám másik jellemzõjétõl, a fázistól –, minden információ, amit a fázis hordoz (s ami a hullám rezgésállapotára jellemzõ), elvész. A tárgynak minden egyes pontja ugyanabba a síkba képzõdik le, a kép kétdimenziós lesz. A holográfia lényege éppen ennek a hiányosságnak a kiküszöbölése: a hologramon – voltaképpen egy sík lemezen – az intenzitás mellett a hullám fázisát is sikerül rögzíteni, így lehetségessé válik a teljes információ felvétele és tárolása. (Innen ered a holográfia elnevezés is: görögül a “holosz” teljest, a “grapho” pedig írást jelent.) Ha megvilágítunk egy tárgyat, akkor a Huygens-elv szerint annak minden egyes pontja másodlagos hullámforrássá 121g61b válik, elemi gömbhullámok indulnak ki belõle. A tárgytól elég kis távolságban ugyanabban az idõpillanatban az egyes elemi hullámok hullámfrontjai az õket létrehozó másodlagos forrásoktól azonos távolságra helyezkednek el, vagyis az összes elemi hullámot beburkoló eredõ hullámfront a tárgy alakjáról hordoz információt, ahhoz hasonló. Ha a tárgy felületén kisebb egyenetlenségek vannak, akkor a tárgytól nagyobb távolságban – egyszerû geometriai okok miatt – a hullámfront valamelyest kisimul és kisebb szeletei már síkhullámnak tekinthetõk.
Ez a változás azonban csak a burkoló hullámfront alakját érinti, nem jelent információveszteséget, a hullámfront továbbra is arra és csakis arra a tárgyra lesz jellemzõ, amelyrõl a fény kiindult. Ez a hullám tulajdonképpen a forrásától függetlenül halad tovább.
Ha valamilyen ok miatt már nincs "mögötte" a tárgy, de a hullám a szemünkbe jut, ott a kép akkor is létrejön, látjuk a tárgyat. (Persze a fénysebesség nagysága miatt csak igen szoros idõtartamon belül.) A holográfia lényege éppen ebben rejlik. Ha egy eljárással sikerül a tárgyról kiinduló hullámot egy adott helyen rögzíteni, és késõbb "újraéleszteni", a hullám ugyanúgy halad tovább, mint azelõtt, és ugyanolyan érzetet is kelt.



A felvétel lényege tehát a tárgyról kiinduló hullámfront rögzítése. Ez úgy történik, hogy a tárgyhullám és egy vele koherens másik síkhullám, az úgynevezett referenciahullám segítségével interferenciaképet hozunk létre, ezt a képet pedig egy fényképlemezen vagy filmen rögzítjük.

A referenciasugarat általában úgy állítják elõ, hogy egy nyalábosztóval (féligáteresztõ tükörrel (FT) a lézer kitágított nyalábját két részre bontják. A tárgysugár a t tárgyról, a referenciasugár pedig – más úton vezetve – a T tükörrõl visszaverõdve jut ugyanarra a területre. A fényérzékeny H hologramlemezt is itt helyezik el.
A fényérzékeny lemez adott pontjába érkezõ tárgy- és referenciasugarak a köztük lévõ úthosszkülönbségtõl függõen erõsítik vagy gyengítik egymást, ennek megfelelõen az erõsítési pontokban feketedés lép fel a lemezen, a kioltási pontokban nem. Az így kialakult interferenciakép a tárgy- és a referenciahullám közötti fázisviszonyoktól függ, a tárgyhullám fázisát tehát ily módon a referenciahullámhoz viszonyítva sikerült rögzíteni.

A lemezen elõhívás után – a tárgy struktúrájának bonyolultságától függõen – egyszerûbb vagy összetettebb vonalrendszer látható, ez maga a hologram. Ezen sem a tárgy alakját, sem egyéb jellemzõit nem lehet felfedezni.
A reprodukálás a következõ módon történik: abból az irányból, ahonnan felvételkor a referenciasugár a lemezre esett, fényt bocsátunk a hologramra. A megvilágító fényforrás hullámfrontja a hologramon való áthaladáskor “szétroncsolódik”. A rögzített interferenciastruktúrán a hullám (a fázisugrástól eltekintve) ugyanúgy halad tovább, mint a felvétel során, hiszen a világos és fekete csíkok megfelelnek a kioltási és erõsítési helyeknek.
Így éppen az a hullámfront fog kialakulni, amely a tárgyról kiindult és amelyet a hologramon konzerváltunk.
Ha a megfelelõ irányból nézzük a képet, az az érzetünk alakul ki, mintha a tárgy a maga háromdimenziós valójában állna elõttünk.                                      

                

A hologram felvételének és rekonstruálásának lényege tehát: megfelelõ módon rögzítjük, illetve a rögzített interferenciakép segítségével újra létrehozzuk “továbbengedjük” azt a hullámfrontot, amely a tárgyról kiindult. Ennek alapján könnyen magyarázhatók a hologramkép sajátos és szokatlan tulajdonságai.

Mivel a valódi tárgyról kiinduló és a rekonstruált hullám megegyezik, azt ugyanúgy is látjuk. A látott kép háromdimenziós, érzékelhetõ a térbeli mélység, és lehetõvé válik az oldal- és függõleges irányú rálátás is, a kép “körbejárható”. A hologramon a tárgy képe végtelen sok perspektívából van rögzítve, s ha a megfigyelõ mozog, más és más perspektívát érzékel, amelyek folyamatosan mennek át egymásba, így az elrendezéstõl függõen lehetséges, hogy az egyik irányból takart vagy nem látható részlet valamelyik másik irányból nézve láthatóvá válik.
A hologramok mélységélessége igen nagy – csupán a fényforrás koherenciahossza szab határt neki –, ezért ha a tárgy egyes részeinek mélysége eltérõ, akkor a róluk kapott kép szemlélésekor is változtatni kell a szem fókusztávolságát.

Mivel a hologram felvételekor nem használunk objektívet, nem történik a képnek a hagyományos értelemben vett leképezése, a tárgy minden egyes pontjából a hologram bármely pontjába érkezik információ.

Emiatt nincsenek olyan pontok, elemek a hologramon, amelyek emlékeztetnének az eredeti tárgy jellegzetes vonalaira, és ez az oka annak a meglepõ tulajdonságnak, hogy a kettétört hologram is elõállítja a tárgy teljes képét.
Ha ugyanis a hologram valamilyen módon megsérül (karcolás, folt, törés), csupán azok a perspektívák tûnnek el a képbõl, amelyeket a sérülés érintett, a többi megmarad.
Természetesen ez is információ- és intenzitásveszteséggel jár, és ha a hologramnak csak kis darabjával állítjuk elõ a képet, a felbontóképesség is csökken.

A hologramokkal elõállított képek mindig pozitívak. Ha a hologramról “negatív” másolatot készítünk, ez szintén pozitív képet ad, hiszen az újra elõállított hullám szerkezetét csak a rögzített interferenciasávok helyzete és kontrasztossága határozza meg, ezek pedig nem változnak, ha a kép polaritását pozitívról negatívra változtatjuk.
Ez a magyarázat a hologram elvérõl az eredeti, fényképlemezre vagy filmre készített, átmenõ fényben felvett és rekonstruált (úgynevezett transzmisszós) hologramok példáján alapult. A ma elterjedt hologramok döntõ többsége ilyen hologramról fémfóliára sokszorosított másolat. Ezek "mûködése" csak annyiban különbözik az elõbbitõl, hogy az interferenciakép nem fekete-fehér csíkok, hanem az alumínium fóliába nyomott felületi egyenetlenségek formájában van rögzítve. A rekonstruáló nyaláb a fóliáról mint egy reflexiós rácsról visszaverõdve alakítja ki az elhajlásképet.

A hologram alkalmazásai:

A hologramok legelterjedtebb alkalmazási formájával, a biztonsági azonosító jelekkel mindenki találkozhatott a kazettákon és CD-ken vagy az új papírpénzeken, bankkártyákon. Ezek az apró kis hologramok (szinte) hamisíthatatlanok, mert róluk tökéletes másolatot csak az eredeti hologram segítségével lehet készíteni.
Az apróbb-nagyobb dísztárgyként, mûvészeti alkotásokként forgalmazott hologramokon túl ma már tökéletesen hû, nagyméretû színes hologramokat, sõt színes holofilmeket is készítenek. A hologramok felhasználási területe azonban – az információtárolás sajátságai miatt – jóval szélesebb, és a szoros értelemben vett háromdimenziós képrögzítésnél sokkal több lehetõséget nyújt. Példaként ezek közül a lehetõségek közül ragadjunk ki néhányat:

A tárolt térbeli információ speciális felhasználásai



Ultragyors fényképezés

Az igen rövid idõ alatt végbemenõ jelenségek vizsgálata során sok esetben lényeges egy adott pillanatban a tárgyak térbeli elhelyezkedése, távolságuk, egyéb viszonyaik. Bonyolult fényképészeti eljárások alkalmazása helyett a jelenségrõl pl. impulzuslézerrel készített egyetlen hologram segítségével minden szükséges adat meghatározható. Nagy elõnye még a hologramnak a fényképpel szemben az is, hogy a mélységélességet csak az alkalmazott lézer koherenciahossza korlátozza, így általában igen nagy mélységélességû, jó minõségû hologram készíthetõ a jelenségrõl.

Az ultragyors fényképezés néhány lehetséges területe pl:

  1. buborékkamrán keresztülhaladó részecskék vizsgálata
  2. robbanások vizsgálata
  3. meteoritok becsapódásakor kialakuló kráterek képzõdésének vizsgálata modelleken
  4. térben mozgó lövedék vizsgálata stb.

Teljes rekonstrukció: 360o-os holografikus kép

Nemcsak bizonyos tartományban, hanem tökéletesen körüljárható képet kaphatunk a következõ eljárással:
Felvételkor a henger alakban elhelyezett film teljesen körülveszi a tárgyat. A lézerbõl belépõ megvilágító nyaláb keresztülhalad a tárgy felé nézõ gömbtükör tetején kialakított furaton, melynek tengelye a tárgyon megy át. A filmre így egyrészt a tárgyról visszaverõdött szórt, és a konkáv felületrõl érkezõ referenciahullámok esnek. A rekonstrukció során pontosan ugyanez az eljárás alkalmazható. A kép a film centrumában jelenik meg, amelyet ekkor csupán a referenciasugarak világítanak meg. Tükrök célszerûbb elrendezésével és több film alkalmazásával (ideális esetben a filmekkel egy gömb belsõ felületét is ki lehetne bélelni) olyan rekonstruált képet állíthatunk elõ, amely tetszõleges irányból megfigyelve, valósággal lebegni látszik a térben.
Térbeli hologram

A rekonstruált hullám felhasználása referenciaként: a változással egyidejû vizsgálat

Az eljárás lényege az, hogy ha a hologramot elõhívás után ugyanabba a helyzetbe állítjuk, ahogy a felvétel alatt volt, és a rekonstrukció során egyidejûleg világítjuk meg a hologramot és a tárgyat, a rekonstruált kép magára a tárgyra szuperponálódik. Így a megfelelõ hullámok interferenciája révén felvilágosítást kapunk azokról a változásokról (eltolódások, deformációk), amelyeken a tárgy esetleg átesett valamely mûvelet két fázisa között.
A módszer jelentõségét a nehézségek ellenére fokozza, hogy segítségével lehetõvé válik a folyamatosan alakuló tárgy filmezése is. (Az említett nehézségek közül a két legkényesebb probléma az, hogy a referenciahullám ne változzék, és hogy a rekonstrukció során a hologram pontosan ugyanabban a helyzetben legyen, mint ahol a felvételkor volt.) A felvétel eredeti pozíciójának helyes visszaállítása esetén azonban a módszernek sokoldalú alkalmazási lehetõségei vannak, fõként a rezgõ rendszerek interferometrikus és dinamikai ellenõrzésében: állóhullámok nívóvonalait létesíti, és a csíkok száma a mozgás amplitúdójával növekszik. Mozgófényképezéssel ily módon utólag három dimenzióban tanulmányozhatók a tárgy rezgései és igénybevételei.



Több hologram szuperpozíciója ugyanazon a lemezen

Interferometria kettõs expozícióval

A módszer lényegében megegyezik az elõbb ismertetett eljárással, annyi csupán a különbség, hogy most nem a rekonstruált hullámfelületet hasonlítjuk össze a tárggyal, hanem ugyanarra a lemezre (ugyanarról a tárgyról) két különbözõ idõpillanatban “befagyasztott” hullámfront különbségét figyeljük meg.

Röviden tekintsük át a módszer lényegét:
Ugyanarra a fotólemezre a tárgyról két különbözõ idõpillanatban készített hologramot veszünk fel. Amennyiben a tárgy a két expozíció közben nem tolódik el és nem szenved deformációt, akkor a két megvilágítás azonos, és minden úgy megy végbe, mintha egyetlen hologramot vennénk fel kétszer olyan hosszú idõ alatt. Ha azonban a tárgy helyzete vagy alakja az expozíciók közötti idõkben akár csak jelentéktelen mértékben is megváltozik, módosul a tárgy által emittált hullám fázisa. Végeredményben minden úgy történik, mintha két egymásra szuperponált, koherens képet rekonstruálnánk, amelyek alig különböznek egymástól. E két kép között tehát interferencia jön létre és a megfigyelt csíkok a két expozíció közben bekövetkezett fázisváltozásokat írják le, pontosan úgy, mint egy klasszikus interferométerben.

A kettõs expozíciós felvételeket többféle speciális változatban mérési eljárásokban is alkalmazzák, segítségükkel az elmozdulások, deformációk, kis szögváltozások nagysága is kiszámítható.

A holografikus filmezés lehetõsége

Egyetlen lemezre holografikus “filmet” is készíthetünk, ha megoldjuk, hogy az ugyanarra a lemezre felvett képek elkülönüljenek egymástól. Ha a lemezt az egyes felvételek között elforgatjuk úgy, hogy a lemez és a referenciasugár szöge megváltozzon, a lemezre több különálló felvételt is készíthetünk. Ezután a különbözõ képek egymásután rekonstruálhatók, amikor a hologramot ugyanolyan módon forgatjuk, mint a felvételkor. Ha az egyes fázisok elég gyorsan követik egymást, akkor a képeket folytonos mozgásként érzékeljük.

Az információ optikai feldolgozása

Csakúgy, mint általában, az optikai úton történõ információ-feldolgozás lényege is az, hogy a vizsgálandó jelenséget valamilyen (ebben az esetben vizuális, optikai) úton rögzítjük, majd a feldolgozás során újra elõkeressük, összevetjük más információkkal, jelekkel stb. Ennek a folyamatnak nagyon gyors és megbízható lehetõségét adja a holográfia. A holografikus információfeldolgozás alkalmazási területei elsõsorban: valamely különleges jellegzetesség vagy forma felismerése, illetve jelek összehasonlítása a hasonlóság mértékének meghatározására.

A módszer lényegét egy konkrét feladaton keresztül kövessük végig, legyen ez például egy ujjlenyomat azonosítása, ha rendelkezésünkre áll egy (holografikus) ujjlenyomat-nyilvántartó.
Elõször is a gyanúsított ujjlenyomatáról ún. Fourier-hologramot kell készíteni. (A Fourier-módszer speciális eljárás, amely a hullám térbeli frekvenciájának vizsgálatára épül.) Ily módon egy szûrõhöz jutunk, amely fizikai tulajdonságait tekintve megegyezik a nyilvántartó hologramjával, amelyen több ujjlenyomat képe is megtalálható. Az azonosításhoz elõször az ujjlenyomat képére bocsássunk egy nyalábot. A lemezen áthaladó hullámfront így az ujjlenyomatnak megfelelõen “szûrt” fény lesz. Ezt a hullámfrontot bocsássuk rá most a másik hologramra. Ha a szûrt jel nem hasonló egyetlen mintajelhez egyetlen helyzetben sem, akkor a referenciasugár eltûnik. Ha viszont a referenciajel megegyezik valamelyik mintával, a második szûrõ a kérdéses ponton, ahol a vizsgált jel tárolva van rajta, “kivilágosodik”, átengedi a fényt.



Holográfia az atomok világában

A képet alkotó sugárzás forrásaként magának a vizsgálni kívánt anyagnak az atomjait használták, amelyek külsõ, gerjesztõ röntgensugárzás hatására elektronokat vagy röntgenfotonokat bocsátanak ki.

Az ilyen sugárzás egy része kölcsönhatás nélkül lép ki az anyagból (ez lesz a referencianyaláb), miközben a sugárzás másik része szóródik a környezõ atomokról. A kettõ interferenciája adja a hologramot, amely a sugárzó atom környezetére vonatkozó összes információt tartalmazza. A képalkotáshoz egyetlen atom sugárzása nem elég, sok sugárzó atom azonban már elegendõ fényt adhat. Ezért atomi hologramok készítésével a kristályos anyagok esetében érdemes próbálkozni.

A kísérletben használt stroncium-titanát kristályszerkezete egyszerû köbös, benne a stronciumatomok egy kockarácson helyezkednek el. Ennek négyfogású szimmetriája a hologramban is megjelenik. A hologramból számítógép segítségével egy egyszerû matematikai átalakítással rekonstruálható a stronciumatomok térbeli képe (ábra). A hologram (a) és a stronciumatomok rekonstruált térbeli képe (b) A kristály többi atomja (titán, oxigén) nem látható, mivel ezek kisebbek, s a röntgensugarakat gyengébben szórják, mint a stroncium.

ÁBRA: A stroncium-titanát röntgenhologramja (a - felül) és a hologram alapján rekonstruált kristályszerkezet, az atomok

Ha a technikai problémákat sikerül megoldani, az atomi felbontású röntgenholográfia a tudomány számos területén alkalmazható. Kiegészítheti a hagyományos diffrakciós kísérleteket az atomok helyének a meghatározásában. Néhány területen olyan információkat is szolgáltathat, amelyek más módszerekkel nehezen elérhetõk. Például megmutathatja, hogy a mikroelektronikában használatos félvezetõk adalékatomjai körül hogyan helyezkedik el a többi atom. A fejlõdés egy másik lehetséges útja az, hogy az atommagok gamma-sugárzásának felhasználásával készítenek hologramot. Az atommagok bizonyos - nagyon szûk - energiatartományban gamma-sugarakat bocsáthatnak ki, illetõleg azokat erõsen szórják. Ez a szórás akár egy nagyságrenddel is nagyobb lehet, mint a szokásos - az atom elektronjain végbemenõ - szórás. Az erõsebb kölcsönhatás a hologramban is sokkal nagyobb változásokat idéz elõ, s ez megkönnyíti a mérést. E szórás másik nagy elõnye, hogy érzékeny a kristály belsejében található mágneses térre, így láthatóvá tehetõ a kristály mágneses szerkezete is.

Az atomi felbontású röntgenholográfia jelenleg még a fejlesztés és a kipróbálás szakaszában van. Az eredmények biztatók, és azt mutatják, hogy a módszer - technikájának további finomításával - hozzájárulhat a mikrovilág, az atomi és molekuláris szerkezet mélyrehatóbb megismeréséhez. Ez pedig lehetõvé teszi, hogy jobb szerkezeti anyagokat, hatásosabb gyógyszereket, biztonságosabb autókat és kevésbé környezetszennyezõ technológiákat dolgozzanak ki.

Könyvészet: www.mozaik.info.hu/MozaWEB/Feny/page33.htm

                                 www.kfki.hu/fszemle/archivum/fsz0006/gdenes.html

                                  www.sztaki.hu/sztaki/news/gabordenes.html

                                   www.feltalaloink.hu/tudosok/gabordenes/html/gabdental4.htm

                                   www.sulinet.hu

Találat: 2595