ПРИКЛАДНАЯ ГОЛОГРАФИЯ лектор Ольга Владимировна Андреева olga_andreeva mail ru

ПРИКЛАДНАЯ ГОЛОГРАФИЯ лектор: Ольга Владимировна Андреева olga_andreeva@mail. ru

Голография (Holography) • Раздел физики, изучающий процессы преобразования волн (волновых полей) интерференционными структурами, формируемыми когерентными волнами при их взаимодействии в веществе. • Область научно-технической деятельности, связанная с использованием голограмм и методов голографии

Голография (Holography) Научно-техническое направление с установившимся рынком, большим объемом научно-технической продукции (до 20 млр долларов в год) представляющее в настоящее время мировому научнотехническому прогрессу наиболее наукоемкие технологии.

Основные этапы становления голографии Д. Габор – 1947 -1948 г. г. Ю. Н. Денисюк – 1961 -1962 г. г. Э. Лейт, Ю. Упатниекс – 1964 г.

1948 – 2008 60 лет голографии • Голография за 60 лет развития заняла свое место в научно-технической деятельности мирового сообщества. • За первые 20 лет существования, к концу 60 -х годов ХХ-го века, были заложены теоретические и экспериментальные основы голографии, обусловившие ее дальнейшее развитие, которое шло в основном по пути совершенствования приложений. • Следующие десятилетия развития голографии – это время инженеров и технологов.

Д. Габор Впервые с полной определенностью сформулировал идею голографии. Теоретически и экспериментально обосновал возможность записи и последующего восстановления амплитуды и фазы волны при использовании двумерной (плоской) регистрирующей среды.

Д. Габор • изобретатель голографии, • впервые сформулировал данное понятие, • ввел термин «голография» (1948 г. ).

Ю. Н. Денисюк Показал возможность восстановления голограммой, зарегистрированной в трехмерной среде, не только амплитуды и фазы волны, но также и ее спектрального состава. Эти работы стали фундаментом трехмерной голографии (голографии в объемных средах) и ее приложений.

Ю. Н. Денисюк • первооткрыватель и основатель голографии в трехмерных средах, • открытие «трехмерная голограмма» перевело голографический метод из области инструментальной оптики в область фундаментальной физики (1962 г. ).

Э. Лейт и Ю. Упатниекс предложили внеосевую схему записи голограмм и впервые использовали лазер в качестве источника излучения при получении голограмм (1962 -1964 г. г. ).

Э. Лейт и Ю. Упатниекс Э. Лейт Ю. Упатниекс

Этапы дальнейшего развития голографии, заложившие основы ряда современных направлений. • Доказательство возможности записи и воспроизведения состояния поляризации излучения путем регистрации голограмм в средах с фотоиндуцированной анизотропией (Ш. Д. Какичашвили - 1972 -1978 г. г. ); • Динамическая голография, объединяющая голографию и нелинейную оптику (Х. Герритсен – 1967 г. , Е. И. Ивакин, А. С. Рубанов, Б. И. Степанов – 1970 г. ) • Обоснование возможности голографической регистрации изменений параметров волнового поля во времени с использованием резонансных сред, сред с выжиганием провалов, а также методов спектрального разложения волновых полей (Е. И. Штырков, В. В. Самарцев - 1975 г. ; П. М. Саари, А. К. Ребане, Р. К. Каарли – 1986 г. ; Ю. Т. Мазуренко - 1984 г. ).

Этапы дальнейшего развития голографии, заложившие основы ряда современных направлений. • Цифровая голография: предложено синтезировать голограммы с помощью численных методов (1968 г. – А. Ломан); создана первая компьютерная голограмма Разработка теории объемных высокоэффективных голограмм сложных волновых полей: сформулирована модовая теория (1976 г. – В. Г. Сидорович), спекл-модовая теория и теория спеклона (1984 -1986 г. г. – Б. Я. Зельдович, В. В. Шкунов).

Использование голографических методов в различных областях науки и техники

Устойчивые направления развития • Объемные голограммы и голограммные оптические элементы на их основе • Голограммы в демонстрационной оптике • Синтез цифровых и физических методов получения голограмм различного назначения • Голографическая интерферометрия • Голографические методы защиты продукции и кодирования информации

Ян Ланкастер Президент Международной Ассоциации производителей голограмм определяет перспективные направления приложений голографии: • Дисплейные голограммы (экраны) – выставочное и витринное использование рельефно-фазовых голограмм. появление ярких дисплеев в торговых залах; разработка автомобильных дисплеев; повышение качества дисплеев всех типов. • Концентраторы солнечной энергии на основе голограмм. Задача создания мобильных, эффективных и компактных концентраторов фонового (рассеянного) солнечного излучения. • Развитие регистрирующих материалов, производство фотополимеров и их применение в различных областях. Наряду с фотополимерами останутся востребованными и традиционные фотоматериалы на основе галогенидов серебра. • Крупноформатные цифровые голограммы. В настоящее время наблюдается быстрый рост фирм, использующих методы цифровой голографии для получения цветных изобразительных голограмм.

Радужные голограммы стали применять в качестве защиты от подделок «Переливаются всеми цветами радуги»

Развитие защитной голографии

Голографический кинематограф и голографические дисплеи В 1976 году после напряжённых исследований группой проф. Комара был снят первый голографический кинофильм

Голографическая интерферометрия и голографический неразрушающий контроль Преимущества голографической интерферометрии: 1. Голографические интерферометры почти универсальны - одна и та же схема может использоваться для работы с абсолютно разными объектами 2. Возможность изучать диффузно отражающие объекты

Цифровая голография Безлинзовый цифровой голографический микроскоп Numerical Vision LDHM Параметры: ▪ Возможность настройки на резкость после получения цифрового снимка; ▪ Малые габариты; ▪ Разрешение по высоте – 3 нм; ▪ Латеральное разрешение – 2, 8 мкм; ▪ Работа в отраженном свете; ▪ Размер поля – до 200 х200 мкм; ▪ Интерфейс связи – USB 2. 0, SPI; ▪ Питание – 5 В USB.

Голограммы имитаторы в оптике Ввиду широкого использования асферических линз (мобильные телефоны, CD – DVD проигрыватели, камеры) и других асферических поверхностей возникла проблема их контроля, которая успешно решается с помощью голограмм-имитаторов. При использовании линзового корректора всегда может возникнуть ситуация, когда корректор рассчитан или изготовлен с ошибкой. В этом случае форма поверхности будет искажена. Классический пример – зеркало космического телескопа Хаббла [2], ошибка в форме которого, из-за неправильно собранного корректора, была обнаружена на орбите, а не в оптической мастерской. Изображение с телескопа Хабл, до и после ремонта на орбите.

Гологорафическая оптическая память

Цветные изобразительные голограммы – игра бликов, эффект оглядывания, передача цвета

Примеры изобразительных голограмм

Ю. Н. Денисюк – основоположник объемной голографии 27 июля 1927 г. - 14 мая 2006 г.

ВСЕРОССИЙСКИЙ СЕМИНАР «ЮРИЙ НИКОЛАЕВИЧ ДЕНИСЮК – ОСНОВОПОЛОЖНИК ОТЕЧЕСТВЕННОЙ ГОЛОГРАФИИ» Лаборатория голографии ГОИ: 1968 -1975 гг.

Юрий Николаевич Денисюк – основоположник объемной голографии

Переход от плоскости к трехмерному пространству не только расширил сферу исследований, но и одновременно предопределил переход голографии из области инструментальной оптики в область физики.

Юрий Николаевич Денисюк – основоположник объемной голографии

В основе голографии лежит определенное явление, а именно способность материальной модели волны интенсивности воспроизводить волновое поле со всеми его параметрами – амплитудой, фазой, спектральным составом, состоянием поляризации и даже с изменениями этих параметров во времени. Изучение этого явления в настоящее время представляет собой главную научную цель голографии.

Юрий Николаевич Денисюк – основоположник объемной голографии

«После окончания Ленинградского института точной механики и оптики в 1954 г. и поступления на работу в Государственный оптический институт им. С. И. Вавилова получилось так, что мне пришлось заниматься очень скучной работой по разработке обычных оптических устройств, состоящих из линз и призм. Одним из главных увлечений в те годы было чтение научнофантастических рассказов. В числе таких рассказов я натолкнулся на рассказ известного советского писателя Ю. Ефремова «Звездные корабли» . На меня произвел большое впечатление один из эпизодов этого рассказа: современные археологи, раскапывая место, где инопланетяне охотились на динозавров много миллионов лет тому назад, случайно находят странную пластинку. «Оба профессора невольно содрогнулись, когда удалили пыль с поверхности пластинки. Из глубокого совершенно прозрачного слоя, увеличенное неведомым оптическим ухищрением до своих естественных размеров, на них взглянуло странное лицо. Изображение было сделано трехмерным, а главное, невероятно живым, особенно это относилось к глазам» .

У меня возникла дерзкая мысль: нельзя ли создать такую фотографию средствами современной оптики? Или, если быть более точным, нельзя ли создать фотографии, воспроизводящие полную иллюзию реальности зарегистрированных на них сцен?

Действительно, оказалось, что объемная фотографическая модель картины стоячей волны обладает воистину чудесными отображающими свойствами: она способна воспроизвести точные значения фазы, амплитуды и спектрального состава объектной волны. В то время, поскольку я не знал о методе Габора и введенном им термине «голография» , я присвоил этой модели мой собственный термин «волновая фотография» .

Трехмерная голограмма: это метод или явление? Решив, что я имею дело с явлением, я дал ему довольно сложное название: «явление отображения оптических свойств объекта в волновом поле рассеянного им излучения» .

Юрий Николаевич Денисюк – основоположник объемной голографии

Юрий Николаевич Денисюк – основоположник объемной голографии

ICO Topical Meeting on Optoinformatics/Information Photonics 2006 5 September, 2006 In memory of Yuri Denisyuk

Ю. Н. Денисюк – выдающийся русский ученый, основоположник объемной голографии – нового направления в физике. Вся жизнь и деятельность Ю. Н. Денисюка неотделимы от развития голографии – научнотехнического направления второй половины ХХ века, признанным лидером которой он являлся в течение последних десятилетий. Ю. Н. Денисюк внес существенный вклад в становление и развитие голографии не только в России и СССР, но и во всем мире.

Формула открытия Ю. Н. Денисюка № 88 с приоритетом от 1 февраля 1962 года «Установлено ранее неизвестное явление возникновения пространственного неискаженного цветного изображения объекта при отражении излучения от трехмерного элемента прозрачной материальной среды, в которой распределение плотности вещества соответствует распределению интенсивности поля стоячих волн, образующихся вокруг объекта при рассеянии на нем излучения»

Научные награды Ю. Н. Денисюка 1970 – Ленинская премия за работы по трехмерной голографии 1971 – Награда международной кинематографической организации «Интеркамера» 1982 – Государственная премия СССР за работы по динамической голографии 1983 – Международная награда им. Д. Габора американского общества SPIE 1987 – Большая серебряная медаль и почетное членство в Королевском фотографическом обществе Великобритании 1989 – Государственная премия СССР за работы по созданию специальных голографических систем 1992 – Премия Р. Вуда Оптического общества Америки 1999 – Почетный доктор университета де Монфор Великобритании

Биография Ю. Н. Денисюка 1927 – родился в г. Сочи 1935 – переезд в Ленинград и поступление в школу 1942 – переезд в г. Коломну Московской области 1942 -1943 – окончание семилетки и первого курса техникума транспортного машиностроения 1944 – возвращение в Ленинград и поступление в Судостроительный техникум 1947 -1948 – окончание Судостроительного техникума и работа в ЦКБ-17 Судпрома 1949 -1954 – учеба в ЛИТМО на инженерно-физическом факультете по специальности «физическая оптика» и окончание его с отличием. Решением ГЭК от 23 февраля 1954 года присвоена квалификация инженера-физика 1954 -2005 – работа в ГОИ им. С. И. Вавилова 1964 – защита кандидатской диссертации на тему: «Об отображении оптических свойств объекта в волновом поле рассеянного им излучения» 1970 – присуждение ученой степени доктора физ. -мат. наук и избрание членкорреспондентом АН СССР 1975 -1988 – создание голографического отдела ГОИ и руководство им 1988 -2005 – переход в ФТИ им. А. Ф. Иоффе и руководство лабораторией оптической обработки информации одновременно с руководством лабораторией фотофизики голографических процессов в ГОИ 1992 – избрание действительным членом РАН

Прикладная голография • • Занятия Отчетность Формы контроля Основная литература: Андреева О. В. Прикладная голография. Учебное пособие, СПб: СПб. ГУИТМО, 2008. – 186 с. Андреева О. В. , Парамонов А. А. , Андреева Н. В. Прикладная голография. Методич. материалы к экспериментальному практикуму, – СПб: СПб. ГУИТМО, 2008. – 150 с.

Раздел 1. Основные понятия. • Голография как раздел физики. Основные этапы становления голографии. Ю. Н. Денисюк – основоположник объемной голографии. • Голограмма как носитель информации: интерференционная картина и регистрирующая среда. Элементарная голограмма и зонная пластинка. • Получение изображений объекта с помощью голограммы. Основные характеристики объектов для голографирования и изображений объекта, полученных с помощью голограммы: мнимое и действительное, ортоскопическое и псевдоскопическое изображения.

Раздел 2. Голографические схемы, типы голограмм и их свойства. • Типы голографических схем и их практическая реализация: особенности полученных голограмм и их использование в научно-технических приложениях. Защитные голограммы – спектр применений. Композиционные голограммы – основа современных технологий получения изображений трехмерных объектов. • Типы голограмм в зависимости от характера фотоотклика регистрирующей среды: амплитудные и фазовые, статические и динамические голограммы. • Основные свойства голограмм: восстановление объектной волны; передача градации яркости объекта в широком динамическом диапазоне; обращение волнового фронта; ассоциативные свойства; предельные параметры по информационной емкости; возможность мультиплицирования изображений объекта.

Раздел 3. Анализ свойств голограмм. • Анализ свойств двумерных и трехмерных голограмм – обзор используемых методов. • Практическое использование теории связанных волн при анализе свойств объемных голограмм и регистрирующих сред для их записи. • Оценка предельных значений основных параметров различных типов голограмм – возможность практической реализации создания оптимальных условий регистрации голограмм.

Раздел 4. Техника голографического эксперимента • Источники излучения для голографии: основные характеристики; модели ОКГ, используемые в голографическом эксперименте. • Установки для регистрации голограмм – основные элементы и оптико-механические узлы. • Регистрирующие среды для голографии – основные характеристики; методы конструирования объемных регистрирующих сред; параметры современных голографических светочувствительных материалов.

Раздел 5. Цифровая голография и голографическая интерферометрия • Цифровая голография. • Голографическая интерферометрия. • Голографический неразрушающий контроль.

Лабораторные работы • № 1 «Основные характеристики голограмм» • № 2 «Получение изобразительных голограмм по методу Ю. Н. Денисюка» • № 3 «Получение объемных голограмм на образцах полимерного материала» • № 4 «Элементы оптической памяти на основе голограмм с наложенной записью» • № 5 «Пространственная фильтрация излучения помощью объемной голограммы-решетки» с

ПРИЛОЖЕНИЯ к описаниям лабораторных работ • Регистрирующий материал «Диффен» для получения объемных голограмм • Применение метода сканирующего ножа для измерения распределения интенсивности в сечении лазерного пучка • Методика оценки дифракционной эффективности и угловой селективности голограмм

Отчетность и формы контроля • Лабораторные работы – по расписанию • Контрольные работы – 8 шт. (на лекц. занятиях) • Коллоквиумы – 2 шт. • Отчеты о посещении мероприятий: • 1. Лекция Молодежной школы. 2. Посещение Музея Оптики. • Реферат: выбор темы, сдача в распечатанном виде – обязательно !; презентация – в запланированное время • Личностные качества – посещаемость • Экзамен

Темы рефератов по дисциплине «Прикладная голография» • • • • • Голографическая память Голографические дисплеи и методы получения объемных изображений Голографическое кино и телевидение Голографический портрет – методы получения, перспективы развития Голографический неразрушающий контроль Голографическая регистрация быстропротекающих процессов Голографическая интерферометрия Динамическая голография Поляризационная голография Обращение волнового фронта и его использование в современных системах адаптивной оптики Голограммные оптические элементы - существующий ассортимент и области использования. Изобразительные голограммы (монохромные) – получение многоракурсных изображений объекта (многоракурсные голограммы). Изобразительные голограммы (цветные, немонохромные) – методы и возможности правильной передачи спектрального состава объектной волны. Голографическое распознавание образов – области применения, существующие системы и устройства. Голографическая модель мозга Голографическая модель Вселенной – исторический и естественно-научный аспекты. Голографическая защита от подделок Цифровая голографическая микроскопия: идеи, современные достижения (материалы конференций «Голоэкспо» ).

Темы рефератов по дисциплине «Прикладная голография» • • • Цифровая голографическая интерферометрия: идеи, современные достижения (материалы конференций «Голоэкспо» ). Компания «Холо. Грэйт» (Россия, СПб), продукция фирмы, голограммные оптические элементы. www. holograte. com Голографическое ателье; технология «Холо. Принт» (Франция, Бордо). www. ultimateholography. com Компания «Славич» (Россия, Переславль-Залесский); регистрирующие среды для голографии – ассортимент продукции. Фирма «Optigrate» (США), голограммные оптические элементы, продукция фирмы. http: //www. Opti. Grate. com Фирма «Geola» ; цифровые изобразительные голограммы; получение голографических портретов с помощью мобильного телефона. Разработки института автоматики и электрометрии СО РАН (Россия, Новосибирск); ГОЭ – синтезированные голограммы-имитаторы. Разработки ПИЯФ РАН метрологических голографических приборов под рук. Б. Г. Турухано – выпускаемые приборы. (Россия, Гатчина, Институт ядерной физики) Объемные регистрирующие среды для голографии – разработки Государственного оптического института им. С. И. Вавилова (Россия, СПб, Государственный оптический институт им. С. И. Вавилова) Голографическая экспозиция в Музее Оптики СПб. ГУИТМО. Известные ученые в области голографии