Fyzikální principy holografie

Holografie je způsob, jak zachytit informaci o objektu a obnovit ji v trojrozměrném pohledu zaznamenáním nejen amplitudy světla (jako na fotografii), ale také fáze.

Hologramy se vytváří zaznamenáním celkové amplitudy dvou světelných paprsků: objektového paprsku (odráženého předmětem) a opěrného paprsku. Pokud jsou paprsky koherentní, vytvoří se v rovině jejich superpozice obraz zaznamenaný fotosenzory.

„Rozsáhlý vývoj digitální holografie začal nedávno s příchodem kvalitních digitálních fotoaparátu, ačkoliv již bylo dosaženo řady působivých výsledků,“ vysvětlil Pavel Čerjomchin, docent z Národní výzkumné jaderné univerzity Moskevského inženýrského a fyzikálního institutu (MIFI).

Světové trendy

Digitální holografie umožňuje vytvořit skutečnou trojrozměrnou vizualizaci objektů a scén. Současně nejsou pro pozorování zapotřebí žádné speciální brýle ani umístění pozorovatele. V současnosti se aktivně vyvíjejí 3D displeje, které umožní vizualizaci vysoce kvalitních obrazů. Vědci tvrdí, že barevné holografické obrazy se již brzy přiblíží fotografii.

Slibnou oblastí je holografický 3D tisk. Obraz je rozdělen na sekce projekce, poté je pod kontrolou programu prováděn tisk každé projekce po vrstvách.

Aktivně se rozvíjejí i směry digitální holografie, uplatnitelné ve vědeckém a aplikovaném výzkumu, tedy holografická mikroskopie a holografická interferometrie.

Kromě toho nachází digitální holografie široké využití i v lékařských a biologických vizualizacích, v systémech kódování, přenosu a ukládání dat a také umožňuje zvýšení bezpečnosti produkce, bankovek a bankovních karet.

Ruské úspěchy

V současné době je do výzkumu v oblasti holografie zapojena řada univerzit a společností. Například v Národní výzkumné jaderné univerzitě Moskevského inženýrského a fyzikálního institutu realizovali systém dynamického záznamu, přenosu a optické demonstrace hologramů v reálném čase, které mají rozlišení nejméně dva miliony pixelů. Tento systém umožňuje reprodukovat scény a objekty zaznamenané v optickém i v infračerveném rozsahu.

Nyní je pro přenos holografického videa vyžadován kanál s šířkou pásma alespoň v řádech jednotek gigabitů za sekundu, proto jsou technologie pro převod a kompresi digitálních hologramů velmi důležité. Na daném institutu se v tomto směru aktivně pracuje. V květnu roku 2019 rovněž představili metodu pro kommpresi holografické informace stokrát.

Další důležitou oblastí je zlepšování kvality optického zobrazování 3D scén ze zaznamenaných hologramů. Ústav laserových a plazmových technologií Národní výzkumné jaderné univerzity Moskevského inženýrského a fyzikálního institutu vyvíjí metody pro zlepšení počítačového a reálného optického zobrazování hologramů pomocí mnohostupňových binárních a vysokorychlostních modulátorů světla z tekutých krystalů.

Holografie je použitelná nejen pro skladování, ale také pro ochranu informací. Vědci z Národní výzkumné jaderné univerzity MIFI v současné době vytvářejí systémy kódování dat, které využívají obraz zaznamenaný na hologramu jako kódovací klíč.

Další důležitou oblastí výzkumu je rozpoznávání objektů. Dnes ovšem rozpoznávací zařízení používají obvykle jen prostorové prvky. Nedávno byl na Národní výzkumné jaderné univerzitě MIFI navržen způsob rozpoznávání tvarových a spektrálních znaků současně, který se může použít například v systémech orientace ve vesmíru nebo pro identifikaci biologických druhů.