Проект На тему "Голограмма - чудо современной оптики"

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

"Средняя общеобразовательная школа р.п. Красный Октябрь,

город Саратов"

ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ ПО ФИЗИКЕ НА

ТЕМУ

 «Голограмма – чудо современной оптики».

                                                                                                           Работа ученика 11 класса

                                                                                                     Жох Артура Владимировича

                                                                                                                Руководитель проекта

                                                                                                                             учитель физики

                                                                                               Каргина Ирина Александровна

2022

Голография

Меня очень заинтересовала эта тема и мне захотелось больше о ней узнать:

Что такое голограмма, где и зачем ее применяют и сделать ее своими руками.

Голограмма - это трехмерное световое поле, которое генерируется посредством физической записи интерференционной картины. Эта картина включает в себя явление, называемое дифракцией, в результате чего получается виртуальное трехмерное изображение исходной сцены.

С развитием науки и техники человечество прошло путь от использования голографических изображений в кино и индустрии развлечений до создания полноценных голографических лекториев, в которых один человек может вести трансляцию с эффектом присутствия на многомиллионную аудиторию, находящуюся в разных концах света.

Оцифровать разрушающиеся объекты культурного наследия для потомков, создать объемные изображения внутренних органов для будущих врачей - все это возможности голографии. Количество объектов дополненной реальности, которые окружают нас в повседневной жизни, растет с каждым днем. Чтобы взаимодействовать с этими объектами важно понимать их сущность и происхождение, знать как они работают. В своем проекте я хочу исследовать истоки появления первых голографических изображений, понять принципы их работы и воссоздать собственное голографическое изображение в экспериментальных условиях.

Начнем с вопроса: что такое «видеть»? Вот, например, мы видим яблоко. Почему? Ответ прост: потому, что в наши глаза попадают световые лучи, отражаемые поверхностью яблока. Чтобы такие лучи возникли, нужен, прежде всего, источник света; в темноте мы ничего не увидим. Сначала на яблоко должны упасть лучи от источника света, а затем от яблока во все стороны направятся отраженные лучи. Как говорят физики, эти лучи содержат информацию о внешнем виде яблока; попав в глаз наблюдателя, они создадут у него зрительный образ наблюдаемого предмета. Всегда казалось очевидным, что для возникновения отраженных световых лучей необходимо присутствие самого предмета. Нельзя увидеть яблоко, если его нет перед нами. Так ли?

Сейчас стало возможным получить световые лучи, в точности, копирующие те лучи, которые отражал предмет. Поэтому мы можем видеть предмет даже тогда, когда на самом деле его нет. Представьте: «висит» в воздухе перед вами яблоко — совсем как настоящее. Вы протягиваете к нему руку — и она совершенно свободно проходит сквозь него. Не правда ли, похоже на чудо? Сотворением таких «чудес» и занимается голография — одно из особенно удивительных направлений современной оптики; оно возникло всего около четверти века тому назад. «Голография» в переводе с греческого означает «полная запись»: «голос» — полный, весь, целиком, «графе» — записываю, фиксирую.

История голографии

 Первая голограмма была получена в 1947 году Деннисом Габором в ходе экспериментов по повышению разрешающей способности электронного микроскопа. Он же придумал само слово «голография», которым хотел подчеркнуть полную запись оптических свойств объекта. К сожалению, его голограммы отличались низким качеством, поскольку в качестве когерентного источника света Д. Габор использовал единственно доступные ему газоразрядные лампы с очень узкими линиями в спектре испускания. Но это ни коим образом не умаляет значения его работы, за которую автор получил Нобелевскую премию по физике в 1971 году. 

После революционного изобретения в 1960 году рубиново-красного (длина волны 694 нм) и гелий-неонового (длина волны 633 нм) лазеров, голография начала интенсивно развиваться. Уже через пару лет известный российский учёный Юрий Денисюк разработал метод записи отражающих 2-D голограмм на прозрачных фотопластинках, позволяющих записывать голограммы самого высокого качества. Таким образом, голография была изобретена русским физиком Ю. Денисюком в 1968 году. Она является одной из интереснейших областей использования излучения лазеров. 

В настоящее время голография продолжает активно развиваться, и с каждым годом в этой области появляются новые интересные решения. Нет сомнения, что в будущем голографии предстоит занять в жизни людей еще более значительное место.

Основы голографии

Голография основывается на двух физических явлениях - дифракции и интерференции световых волн. Физическая идея состоит в том, что при наложении двух световых пучков, при определенных условиях возникает интерференционная картина, то есть в пространстве возникают максимумы и минимумы интенсивности света. Для того, чтобы эта интерференционная картина была устойчивой в течение времени, необходимого для наблюдения, и ее можно было записать, эти две световых волны должны быть согласованы в пространстве и во времени. Такие согласованные волны называются когерентными. Обычные источники света не обладают достаточной степенью когерентности для использования в голографии. Поэтому решающее значение для ее развития имело изобретение в 1960 г. лазера - удивительного источника излучения

обладающего необходимой степенью когерентности и могущего излучать строго одну длину волны.

                Голографические изображения (голограммы) все шире входят в нашу жизнь. Обычным явлением они стали в выставочных залах, где демонстрируются голографические двойники скульптур, археологических находок, драгоценностей...

Пропускающая голограмма  И. Лейта и Ю. Упатниекса.

Пропускающая голограмма - голограмма, которая получается в результате интерференции объектного и опорного лучей при их падении на одну и ту же сторону голографической пластины или пленки.  Для наблюдения таких голограмм необходим лазер. 

Схема записи Денисюка

В 1962 г. советский физик Юрий Николаевич Денисюк предложил перспективный метод голографии с записью в трехмерной среде. В этой схеме луч лазера расширяется линзой и направляется зеркалом на фотопластинку. Часть луча, прошедшая через неё, освещает объект.​

В этой схеме записывается отражающая голограмма, которая самостоятельно вырезает из сплошного спектра узкий участок  и отражает только его (т.о. выполняя роль светофильтра). Благодаря этому изображение голограммы видно в обычном белом свете солнца или лампы. Эта схема отличается предельной простотой и в случае применения полупроводникового лазера сводится к одному лишь лазеру и некоторой основы, на которой закрепляется лазер, пластинка и объект. Именно такие схемы применяются при записи любительских голограмм.

Отражательная голограмма Ю. Денисюка.

Отражательная голограмма - голограмма, которая получается в результате интерференции объектного и опорного пучков, при их падении на разные стороны голографической пластины или пленки.

  Основные свойства отражательных голограмм: 

-восстановления изображения с помощью источника белого света 

-изображение восстанавливается в том цвете, в каком было записано

Классификация голограмм.

  Голограммы классифицируются в зависимости от:

   -свойства светочувствительной среды, в которой осуществляется запись

   -взаимного расположения голограммы, объекта и опорного источника

   -длины волны излучения при записи и восстановлении голограммы

   -физической природы волнового поля, записываемого на голограмме

   -назначения голограммы

Виды голограмм

Существует несколько видов голограмм, различающихся по областям использования, однако, определяющими являются два: декоративные и защитные.

Голограмма - наклейка, которая наносится на документы или продукцию.
Она имеет оригинальный дизайн и форму. С ее помощью получится обеспечить безопасность документов и товаров за счет защитных деталей, заметных только при определенном угле наклона. Голограммы могут быть использованы во многих отраслях.

По объемности восстановленного изображения выделяют следующие виды голограмм:2D-голограммы представляет собой набор дифракционных решеток, различающихся частотой и углом наклона штрихов. Этот набор образует плоское многоцветное изображение. При изменении угла наблюдения меняется цвет отдельных частей изображения. 2D голограммы характеризуются высокой яркостью картины и нетребовательностью к качеству источника света. По сравнению с другими видами голографических изображений, они сравнительно легко подделываются или имитируются и потому сами по себе редко используются для защиты, за исключением малоценных товаров.

3D-голограммы, воспроизводят объемное изображение реального объекта.

Многочисленные публикации и исследования в мировой прессе свидетельствуют: на сегодняшний день голография вышла на одно из первых мест среди средств, направленных на борьбу с подделками. Неслучайно, что этикетками с блестящими радужными изображениями государственные структуры снабжают визы в паспортах, пропуска, сертификаты, лицензии, денежные купюры и прочие весьма ценные бумаги.

Спектр защищаемых документов чрезвычайно широк – от денежных банкнот до проездных билетов в городском транспорте. Обычно для защиты документов применяется фольга горячего тиснения или самоклеящаяся разрушаемая голограмма.

Эксперимент в домашних условиях

 Все это настолько меня увлекло, что я сам в домашних условиях, с подручных для меня средств сделал простую голограмму. Вот что у меня получилось:

.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

Свою защиту я хочу закончить словами:  Свойства голографии трудно переоценить - у нее широчайшие перспективы применения. Интересную мысль высказал по этому поводу американский ученый Д. Строук: «Голограмма хранит световые волны подобно тому, как фортепиано хранит музыкальные звуки. В струнах скрыта музыка, нужно лишь, чтобы по ним ударили молоточками».