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HISTOIRE DE LA TECHNOLOGIE, TECHNOLOGIE, OBJETS AUTOUR DE NOUS
Holographie. Histoire de l'invention et de la production
Annuaire / L'histoire de la technologie, de la technologie, des objets qui nous entourent L'holographie est un ensemble de technologies permettant d'enregistrer, de reproduire et de remodeler avec précision les champs d'ondes du rayonnement optique électromagnétique, une méthode photographique spéciale dans laquelle des images d'objets tridimensionnels sont enregistrées puis restaurées à l'aide d'un laser, extrêmement similaires aux images réelles.
Les premiers hologrammes ont été obtenus en 1947 par le physicien hongrois Dennis Gabor, qui travaillait alors en Angleterre. Ce nom remonte aux mots « holos » (entier, complètement) et « gram » (écriture). Avant l'invention du scientifique hongrois, toute photographie était plate. Elle ne véhiculait que deux dimensions du sujet. La profondeur de l'espace échappait à l'objectif. À la recherche d'une solution, Gabor est parti d'un fait bien connu. Des rayons de lumière émis par un objet tridimensionnel atteignent le film à différents moments. Et ils font tous un chemin différent pour des moments différents. En termes scientifiques : toutes les ondes sont accompagnées d'un déphasage. Le décalage dépend de la forme de l'objet. Le scientifique est arrivé à la conclusion que le volume de n'importe quel objet peut être exprimé en termes de différence de phase des ondes lumineuses réfléchies. "Bien sûr, l'œil humain n'est pas capable de capter ce retard des ondes", écrit Nikolai Malyutin dans la revue World Pathfinder, "car il s'exprime en de très petits intervalles de temps. Cette valeur doit être convertie en quelque chose de plus tangible, car exemple, dans les différences de luminosité. Ceci et réussi par un scientifique qui a recouru à une astuce. Il a décidé de superposer une onde réfléchie par un objet - c'est-à-dire déformée - sur une onde de passage ("de référence"). Une "interférence" s'est produite. Où les crêtes de deux vagues se sont rencontrées, elles se sont amplifiées - une tache lumineuse y est apparue " Si les crêtes de la vague se superposaient au creux, les vagues s'éteignaient, on observait un black-out. Ainsi, avec la superposition mutuelle des vagues, un un motif d'interférence caractéristique apparaît, une alternance de lignes fines, blanches et noires.Ce motif peut être capturé sur une plaque photographique - un hologramme.Il contiendra toutes les informations sur le volume de l'objet pris dans l'objectif. Pour que le "portrait volumétrique" soit très précis et détaillé, il est nécessaire d'utiliser des ondes lumineuses de même phase et de même longueur. À la lumière du jour ou sous un éclairage artificiel, une telle mise au point ne fonctionnera pas. Après tout, la lumière est généralement un mélange chaotique d'ondes de différentes longueurs. Il a toutes les couleurs : du rayonnement bleu à courte longueur d'onde au rouge à grande longueur d'onde. Ces composants lumineux sont déphasés de la manière la plus bizarre." Puisqu'il n'y avait pas de sources de lumière cohérente à cette époque, le scientifique a utilisé le rayonnement d'une lampe à mercure, en "découpant" une bande spectrale très étroite à l'aide de diverses astuces. Cependant, la puissance du flux lumineux dans le même temps est devenue si faible qu'il a fallu plusieurs heures pour produire un hologramme. La qualité même des hologrammes s'est avérée très faible. Les raisons étaient dans l'imperfection de la source lumineuse et du schéma d'enregistrement optique lui-même. Le fait est que lors de l'enregistrement d'un hologramme, deux images apparaissent à la fois sur les côtés opposés de la plaque. Pour le scientifique hongrois, l'un d'eux s'est toujours avéré être sur le fond de l'autre, et en les photographiant, une seule image s'est avérée nette, tandis que la seconde a créé un arrière-plan flou dans l'image. Dans ce cas, pour voir l'image sur l'hologramme, il doit être éclairé par le rayonnement de même longueur d'onde qui a été utilisé lors de l'enregistrement. Mais il y a aussi un avantage évident: une telle image tridimensionnelle est créée par n'importe quelle section, même la plus petite, de la plaque d'hologramme, du fait que le faisceau diffusé par chaque point de l'objet illumine complètement l'hologramme. Il s'avère que n'importe lequel de ses points stocke des informations sur toute la surface éclairée de l'objet. L'avènement du laser a donné un nouvel élan au développement de l'holographie, puisque son rayonnement possède toutes les qualités nécessaires : il est cohérent et monochromatique. En 1962, aux États-Unis, les physiciens Emmett Leith et Juris Upatnieks ont créé un schéma optique pour une installation topographique, qui est toujours utilisé avec quelques modifications. Afin d'éliminer les chevauchements d'images, le faisceau laser est divisé en deux et dirigé vers la plaque sous différents angles. En conséquence, les images holographiques sont formées par des faisceaux indépendants se déplaçant dans différentes directions.
Une autre méthode d'holographie fondamentalement nouvelle a été créée par le physicien russe Yuri Nikolayevich Denisyuk. Le scientifique a utilisé l'interférence des faisceaux de lumière venant en sens inverse. En arrivant sur la plaque de différents côtés, les faisceaux sont ajoutés dans la couche de photoémulsion, formant un hologramme tridimensionnel.
Avec l'avènement du laser, l'idée de longue date de Gabor a finalement été réalisée. En 1971, le scientifique a reçu le prix Nobel de physique pour son invention. En 1969, Stephen Benton a trouvé un moyen de créer des hologrammes en lumière blanche ordinaire. "Pour cela", note Malyutin, "à l'aide d'un photomasque - une fine couche avec de nombreuses micro-fentes - il est nécessaire de créer un "hologramme maître" et de le copier de manière holographique. Un modèle à fentes, comme des prismes, divise la lumière du jour en couleurs primaires du spectre. Dans chacune des fentes, un faisceau lumineux d'une seule longueur d'onde entre. Cela crée des interférences et aide à obtenir une image lumineuse, multicolore, étincelante de couleurs différentes selon l'angle de vue - le même hologramme auquel nous nous sommes habitués ces dernières années. " Le principal avantage de l'holographie couleur réside dans le fait qu'elle peut être copiée à la machine en utilisant une technique de gaufrage spécifique. Une copie colorée est exposée à une couche spéciale sensible à la lumière - un vernis photorésistant. Ce matériau a une haute résolution. (Il est utilisé, par exemple, en microlithographie pour appliquer certains éléments d'un microcircuit sur une carte.) Dans notre cas, lors de la réplication en masse d'hologrammes, ils prennent d'abord un appareil photo numérique et photographient l'objet de tous les côtés. L'ordinateur relie les images individuelles. Et maintenant l'image XNUMXD est prête. Puis, en laboratoire, un laser « grave » cette image sur une plaque photosensible. Il s'avère un mince relief de surface. Par électrolyse, la "gravure" est appliquée sur une matrice de nickel. La matrice est nécessaire pour la réplication en masse des hologrammes. Leurs impressions - par la méthode du marquage à chaud - sont obtenues sur une feuille de métal. Maintenant, dès qu'un faisceau de lumière tombe sur l'hologramme, il commence à jouer avec toutes les couleurs de l'arc-en-ciel. Parmi ce multicolore, l'objet représenté apparaît devant le spectateur. Ces hologrammes sont bon marché. Vous pouvez les fabriquer en n'importe quelle quantité, tant que vous avez l'équipement. Ces hologrammes sont utilisés partout dans le monde comme autocollants sur les emballages de produits et les documents. Ils constituent une excellente protection contre la contrefaçon : il est très difficile de copier un enregistrement holographique.
Vous pouvez créer des hologrammes représentant des objets qui n'existent pas dans la réalité. Il suffit à l'ordinateur de définir la forme de l'objet et la longueur d'onde de la lumière qui tombe dessus. Sur la base de ces données, l'ordinateur dessine une image de l'interférence des rayons réfléchis. En passant un faisceau lumineux à travers un hologramme artificiel, vous pouvez voir une image en trois dimensions d'un objet inventé. Selon Sergei Trankovsky : "L'holographie est devenue un véritable don pour les ingénieurs : désormais, ils peuvent étudier et enregistrer des processus et des phénomènes qui ne sont parfois décrits que théoriquement. Par exemple, les aubes d'un turboréacteur d'avion chauffent à des centaines de degrés pendant le fonctionnement et se déforment. Comment la contrainte est répartie dans ce cas dans la partie où se situe son point faible, menaçant de destruction, c'était soit extrêmement difficile, soit même impossible à déterminer auparavant. Avec l'aide de méthodes holographiques, de telles études sont réalisées sans trop de difficulté. Eclairé par une lumière laser, l'hologramme reconstitue l'onde lumineuse réfléchie par la pièce lors de sa prise, et l'image apparaît là où se trouvait la pièce. Si la pièce reste en place, deux ondes apparaissent à la fois : l'une vient directement de l'objet, l'autre - de l'hologramme. Ces ondes sont cohérentes et peuvent interférer. Dans le cas où l'objet subit une déformation lors de l'observation, son image est recouverte de rayures, qui servent à juger de la nature des changements. Les méthodes de contrôle topographique sont très pratiques. Ils permettent de mesurer la quantité de déformation des pièces et l'amplitude de leur vibration, d'étudier les surfaces d'objets de forme complexe, de contrôler la précision de fabrication aussi bien de très gros produits (par exemple, des miroirs de plusieurs mètres de diamètre pour des télescopes ) et des lentilles miniatures (comme dans un microscope). Un objet peut mal refléter la lumière, avoir une surface inégale, être complètement transparent - cela n'affecte pas la qualité de l'hologramme. Grâce à de puissantes impulsions laser, les hologrammes sont enregistrés en millièmes de seconde. Par conséquent, il est maintenant possible d'étudier les explosions, les décharges électriques et les flux de gaz se déplaçant à des vitesses supersoniques. À l'aide d'un hologramme, vous pouvez voir à travers le verre dépoli ou tout autre obstacle qui diffuse la lumière. Un hologramme est retiré du diffuseur et l'une des images restaurées à partir de celui-ci est combinée avec le diffuseur lui-même. Les ondes lumineuses voyageant l'une vers l'autre à partir de l'hologramme et du diffuseur s'additionnent et s'annulent. La barrière disparaît et l'objet derrière elle devient visible dans tous ses détails. Les technologues modernes ont une nouvelle idée. Elle repose sur la capacité d'un laser à « fabriquer » une pièce de n'importe quelle forme et taille à partir d'une pièce selon un programme donné. Il suffit d'insérer un hologramme d'une pièce de référence à l'intérieur d'un laser technologique pour se débarrasser de la nécessité d'écrire un programme et de mettre en place une installation laser. L'hologramme lui-même "captera" une configuration de faisceau et une distribution de son intensité telles que la partie "découpée" sera une copie exacte de la norme. Il est nécessaire de prêter attention à une autre manière très similaire d'extraire des signaux utiles, qui s'appelle le filtrage optique ou la reconnaissance de formes. De la même manière, vous pouvez rechercher les images souhaitées parmi de nombreuses autres similaires, telles que les empreintes digitales. Pour ce faire, il est nécessaire de créer un hologramme à partir de la norme, puis de le placer sur le trajet du faisceau lumineux réfléchi par l'objet testé. L'hologramme ne laissera passer la lumière que d'un objet totalement identique au standard, "rejetant" les autres images. Un point lumineux à la sortie du filtre optique est un signal qu'un objet a été détecté. Il est à noter que la recherche s'effectue à une vitesse fulgurante, inaccessible avec d'autres méthodes, car elle peut être effectuée automatiquement. "Les méthodes holographiques", écrit Trankovsky, "s'appliquent non seulement à la lumière - rayonnement électromagnétique, mais également à toutes les autres ondes. En particulier, un objet immergé dans un liquide opaque ou trouble peut être vu à l'aide du son. Émetteurs de vibrations acoustiques créer deux ondes cohérentes. L'un (sujet) "fait entendre" l'objet, le second (référence) - la surface du liquide. Leur interférence provoque des ondulations sur celui-ci - le soi-disant hologramme acoustique. En l'éclairant avec un faisceau de lumière laser , ils restituent une image tridimensionnelle d'un objet gisant dans l'eau, mais ils le font et d'une autre manière : le signal d'un système de micros miniatures est enregistré sur une plaque photographique sous forme de bandes noircissantes, puis un image dimensionnelle est restaurée à partir de celui-ci avec un faisceau laser. Auteur : Musskiy S.A.
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