مهندسی اپتیک ولیزر

هولوگرافي

بخش اول

هولوگرافي روش تهيه تصاوير سه بعدي با استفاده از نور مي باشد .يعني با استفاده از خواص نور مي توانيم يك تصوير هولوگرام ايجاد كنيم . البته هر نوري براي ضبط يك تصوير هولوگرام مناسب نيست .در اين مقاله اصول هولوگرافي، مشخصات نور لازم، موادي كه به عنوان ضبط كننده تصاوير هولوگرام مورد استفاده قرار مي گيرند شرح داده مي شود.

كلمات كليدي: هولوگرام، همدوس، مدولاسيون، جبهه هاي موج، پراش

1- مقدمه

هر چند كه هولوگرافي كاربردهاي بسياري دارد ولي به خاطر توان ايي آن در ايجاد تصاوير سه بعدي شهرت دارد.يك هولوگرام چشم انداز يك منظره را به طوري مي گيرد كه هيچ كسي قادر به انجام چنين كاري نمي باشد .به عنوان مثال هنگام ديدن يك هولوگرام به وسيله حركات سر مي توان اطراف اشياء را ديد وهمچنين مي توان ديد كه در پشت سر آنها چيست.با اين همه هولوگرام ها بر روي همان فيلم هاي عكاسي استفاده شده براي عكاسي نيز مي توانند ضبط شوند .دو سوال به طور طبيعي پيش مي آيد :چه چيزي هولوگرام ها را از عكسها متمايز مي كند؟وچگونه يك صفحه صاف مي تواند يك منظره سه بعدي را ضبط كند؟

پاسخ به اين سؤال ها ب ايد با يك باز بيني از خواص نور شروع شود .مثل يك موج الكترومغناطيسي ، نور شاخصهاي چنداني دارد :دامنه، فاز، قطبش، رنگ وامتداد حركت .وقتي كه شرايط براي ضبط يك هولوگرام برآورده شود ارتباط خيلي نزديك بين فاز وامتداد حركت به وجود مي آيد .كليد پاسخ به دوسوال بالا در اين است كه عكسها در ابتدا اطلاعات دامنه را ضبط مي كنند (در حقيقت آنها شدت كه مربع دامنه است را ضبط مي كنند ) در حالي كه هولوگرام ها اطلاعات وابسته به هر دو، يعني دامنه وفاز را ضبط مي كنند .خاصيت ديگر هولوگرام اين است كه آنها مثل منظره اي كه ضبط كرده اند به نظ ر نمي آيند .به طور معمول يك هولوگرام به نظر مي آيد كه تا اندازه اي يك لكه خاكستري يكنواخت است.يا شايد يك حلقه مشاهده پذير بر آن وخطوطي كه به طور تصادفي روي آن واقعند مي باشد.در حقيقت تمام الگوي مشاهده پذير يك هولوگرام اطلاعات بي فايده ونويز هستند .اطلاعات مفيد در يك هولوگرام در الگوهايي ضبط شده اند كه براي ديدن با چشم غير مسلح ريزتر از آن هستند كه ديده شوند

2- تصور يك هولوگرام

يك روش مفيد براي تصور يك هولوگرام اين است كه آن را نوعي خاص از يك پنجره در نظر گرفت كه نور در حوالي اشياي پنجره منعكس مي شود .مقداري نور از ميان پنجره عبور كرده وبا آن نور ما اشياء را مي بينيم .در لحظه اي كه ما هولوگرام را ضبط مي كنيم پنجره، دامنه وامتداد نوري كه از خلال آن عبور مي كند را به خاطر مي آورد.وقتي هولوگرام براي بازسازي منظره سه بعدي استفاده مي شود،آن اين اطلاعات ضبط شده را به كار مي برد تا دوباره الگوي اوليه دامنه وامتدادنوري كه از خلال آن مي گذشت را دوباره ايجاد كند .نوري كه از پنجره هولوگرافي به چشم ما مي رسد درست مثل وقتي است كه ما خود اشياء را مشاهده مي كرديم .ما مي توانيم سرمان را به اطراف حركت دهيم وبخشهاي مخ تلف منظره را ببينيم مثل حالتي كه اشياء را از ميان پنجره مي ديديم . اگر بخشي از هولوگرام پوشيده يا بريده شود كل منظره هنوز قابل مشاهده است، هر چند كه بخش محدود شده اي از يك پنجره باشد.واقعا انواع متفاوتي از هولوگرام موجود مي باشد .هر چند كه فيلم عكاسي بيش از هر چيز ديگري به طور وسيع براي ضبط اطلاعات استفاده مي شود.

خواص يك هولوگرام به وسيله ضخامت ماده ضبط كننده وساختار پرتوهاي ضبط كننده تعيين مي شود . هولوگرام ها مي توانند در موادي كه شدت نور را ضبط مي كنند ودر خلال تغيير در جذب نوري شان يا ضريب شكستشان ويا هر دو ايجاد شوند.

-3 اصول اساسي

عكسها اطلاعات شدت نور را ضبط مي كنند .ولي هولوگرام ها اطلاعات شدت وفاز را ضبط مي كنند .علاوه بر محدوديتهاي گذاشته شده روي شدت (نور) فاز نوري كه هولوگرامها را ضبط مي كنند نيز بايد شرايط خاصي را برآورده كند.اين شرايط فازي ايجاب مي كند كه نور(مورد استفاده)همدوس باشد.

دو نوع همدوسي موقتي وفضايي موجود است .نوري كه براي ضبط كردن هولوگرامها به كار مي رود بايد هر دو نوع همدوسي را داشته باشد. همدوسي موقتي(زمانمند)به رنگهاي موجود در نور وابسته مي باشد. نور همدوس زمانمند تنها يك رنگ را شامل مي شود،يعني تك رنگ است .هر رنگ از نور يك فاز مربوط به خودش را دارد .نورهاي چند رنگ براي ضبط كردن يك هولوگرام نمي توانند مورد استفاده قرار گيرند زيرا در اين صورت هيچ فاز مشخصي براي ضبط نمودن وجود ندارد .همدوسي فضايي به امتداد نور وابسته است .در هر نقطه داده شده در فضا،نورهاي به طور فضايي همدوس همواره در يك امتداد حركت مي كنند وامتداد حركت آنها با زمان تغيير نمي كند .نوري كه به طور ثابت امتداد حركتش تغيير مي كند به طور ثابت فاز نسبي اش نيز تغيير مي كند پس براي ضبط كردن هولوگرام مناسب نيست.

همدوسي فضاي ي وزمانمند به وسيله كميتها درجه بندي مي شوند . مانمي توانيم بگوييم كه نوري به طور قطع همدوس است يا ناهمدوس است .همدوسي زمانمند نور معمولي را مي توان به وسيله گذراندن آن از ميان فيلتري كه تنها اجازه عبور پهنه نازكي از رنگها را مي دهد،بهتر نمود .همدوسي فضايي نو ر را مي توان با استفاده از نور آمده از يك چشمه خيلي كوچك نور مثل سوراخ ريزي در يك صفحه مات بهتر نمود .حال مي دانيم كه نوردرهرنقطه از فضا بايد از امتداد يك سوراخ ريز بيايد .نور معمولي كه رنگش به خوبي صاف (فيلتر)شده است واز ميان يك روزنه كوچك گذرانده شدهاست مي تواند براي ضبط هولوگرام ها استفاده شود .با اين وجود،نوري كه از يك ليزر مي آيد به طور طبيعي خيلي به شكل فضايي وزمانمند همدوس است.به اين دليل عملا همه هولوگرام ها با بكار بردن نور ليزر ضبط مي شوند.

ساده ترين هولوگرام ممكن است از تلاقي (برخورد) دادن دو موج مسطح نوري و قطبيده مسطح ناشي مي شود.

نكته جالب توجه اين است كه نقاطي از صفحه ناظر كه در آنها ميدان كل الكتريكي صفر است، وقتي كه امواج حركت مي كنند صفر باقي مي ماند .نقاط وسطي مابين نقاطي كه در آنها ميدان الكتريكي صفر است يك ميدان الكتريكي متناوب را ت جربه مي كنند . براي يك ناظر، نقاط با ميدان الكتريكي صفر تاريك ونقاط با ميدان الكتريكي تناوبي روشن به نظر م ي رسند .اين خطوط يك در ميان روشن ، نوارها ناميده مي شوند كه الگوي تداخلي ايجاد شده توسط امواج مسطح را تشكيل مي دهند . علاوه بر اين، نقاط با ميدان الكتريكي صفر فيلم عكاسي را دست نخورده باقي مي گذراند ونقاط با ميدان الكتريكي تناوبي فيلم را نور مي دهند . بنابراي الگوي تداخل مي تواند ضبط شود .نوارهاي تداخلي نتيجه شده از دو موج مسطح مثل خطوطي راست به نظر خواهند رسيد.

جبهه هاي موج براي ايجاد الگوي تداخلي لزومي ندار د كه امواج مسطح و يا امواج يا جبهه موج مانندي از نظر شكل باشند.