6 dolog, amit nem tudhat a holográfiáról

Ha egy 2D kép ezer szót ér, akkor a 3D kép milliót. A holográfia segítségével lehetséges a 3D-s képek rekonstrukciója hologramok segítségével, és ez a folyamat nem hasonlít a hagyományos megjelenítési technológiában találtakhoz. Annak ellenére, hogy több mint 70 évvel ezelőtt találták ki, a holografia továbbra is a legjobb jelölt az igazi 3D-s kijelzők eléréséhez. Itt hat dolgot mutatunk be, amelyeket nem tudhat a holografia furcsa és csodálatos világáról.

1. Tupac nem hologram

Amikor Tupac-ot, Michael Jacksont vagy bárkit bárkit meglátnak, ahogyan azt a koncerteken vagy hasonlóan látják, azok nem hologramok. Ez egy trükk, és az alapvető hologram semmilyen kapcsolatban sincs ezzel. Az alkalmazott trükköt John Pepper az 1800-as években találta ki, hogy gyanútlan közönségtagokat csalogasson, hogy a színpadon a színészek mellett egy szellem jelent meg (a fenti képen). A valóságban okos illúziót alkalmaztak, amelynek során egy üvegdarabot a közönség között elhelyezett szögben helyeztek el. A színpadot arra használták, hogy visszatükrözze a színpad alatt lévő színész fényét a közönség felé, de még mindig lehetővé tette számukra, hogy átlátjanak az előttük álló színpadig. Mivel az üveg gyakorlatilag átlátszó, azt gondoljuk, hogy a szellem lebeg a színpadon. Mint ilyen, a tévében látott legtöbb „hologram” ennek a Pepper szellemfogásnak valamilyen változata.



2. Csak a hologram a hologram: feltűnően különbözik minden mástól

Gondoljunk csak arra, hogy egy jelenetet fotóztál. Elvette a fényképezőgépet, rámutatott, rákattintott és rögzített néhány információt. Optikai szempontból valamilyen szenzor segítségével (külön RGB csatornákon) tárolta az adott jelenetből származó fénymező időbeli átlagolt amplitúdóját. Ennek eredményeként a fénymezőn belül hatalmas mennyiségű információt dobtak el. Csak ezen információk összegyűjtésével hatékonyan meg lehet ragadni a létező adatok egy kis százalékát. A hologram (amelyet Dennis Gabor talált ki 1947-ben, a holográfia (görögül „egész rajz” kifejezéssel) annak legalapvetőbb értelmében a fénymező összes információjának rögzítése, majd rekonstrukciója, oly módon, hogy ha megnézi, a megfigyelő nem képes mondjon különbséget az eredeti jelenettől, mert a hologram „megadja” a megfigyelőnek az összes eredeti információt.

Egy igazán csodálatos utazáshoz ebbe a csodálatos világba a következő videót ajánljuk:

Most természetesen megkérdeznéd: hogyan tehetnénk ezt? Nos, ha veszi a megjeleníteni kívánt tárgyat, megvilágítja lézerrel, és ezt a szétszórt fényt egy másik lézerrel zavarja (lásd az ábrát), akkor ennek a létrehozott mintának a felvétele a hologram (2). Fogja az objektum amplitúdóját, fázisát és hullámhosszát. Most, ha ezt a mintát nézzük a mikroszkóp alatt, csak ezeket az interferencia-peremeket látnánk, ami érdektelen. Ha azonban ugyanazzal a forrással világítunk, akkor a fény minden peremről egyszerre szóródik szét és zavarja önmagát az eredeti objektum fénymezejének rekonstrukciója érdekében.

holográfia

Ennek a technikának az a szépsége, hogy ez még mindig az egyetlen módja a 3D-s információk rekonstruálásának és a valós 3D-s kijelzők elérésének. Ezt a technikát azonban eredetileg közel 70 évvel ezelőtt végezték el statikus hologramok létrehozására. De miért nem lehet csak dinamikusan megváltoztatni a hologramokat, és hatékonyan létrehozni egy holografikus kijelzőt? Ezt a következő szakasz tárgyalja.

3. Az otthoni 3D-s holografikus kijelzők évtizedekig nem elérhetőekholográfia

A 3D holografikus kijelzők létrehozásával az a probléma, hogy egy tipikus hologram információinak mennyisége hatalmas; a fény sok információt tartalmaz! Példaként azt gondolják, hogy a tiszta 3D-s holografikus megjelenítés eléréséhez egymillió billió képpont nagyságrendű (1,3) szükséges, és tipikus, például 30 képkocka / másodperces frissítési gyakorisággal ez megdöbbentő mennyiségű adat. Nem csak erre, hanem olyan technológiára is szükségünk van, amely képes (valós időben) rögzíteni a fénytér összes összetett információját, a kommunikációs technológia, amely képes átadni ezt a hatalmas mennyiségű adatot, majd egy számítógép, hogy ezeket az adatokat feldolgozza. Figyelembe véve, hogy épp a 4K TV-korszak (amely körülbelül 10 millió pixelből készült képernyő) belépése előtt állunk, valamivel távolabb vagyunk.

4. A hologram számítógépekkel generálható és megjeleníthető

Mint megbeszéltük, sok információval van dolgunk. A dinamikus hologramok megjelenítésének legkorszerűbb módszereit térbeli fénymodulátoroknak (SLM) nevezzük. Ezek lényegében kicsi, televíziószerű megjelenítő eszközök, amelyeken hologramokat mutatnak rajtuk, a lézerfény mégis ragyog vagy visszaverődik, és a minta a másik oldalon alakul ki.

Most hogyan számoljuk ki a hologramot? Ideális esetben rögzíthetnénk a jelenet fényterének összes információját, ennek ellenére nincs kereskedelmi technológiánk. Végezhetnénk egy szimulált jelenet teljes elektromágneses hullámszimulációját, hogy kiderítsük, hogyan néz ki az objektumból szétszórt fénymező a tér minden pontján, majd ezt az információt rögzítve hologramot képezhetünk. Ez azonban számítási szempontból rémálom a jelenlegi technológiával. Látszólag jobb módszer (amíg a teljes hullámú szimulációkat nem lehet gyorsan elvégezni) az, hogy okosak lehetünk a dolgokban, és mélyebben belenézhetünk a jelenségek mögött álló alapvető matematikába.

holográfia

Lényegében közelítést készítünk. Kiderült, hogy a fény diffrakciója esetén, ha elég messze van a diffrakciós ponttól, a látott minta összefügg a diffrakciós objektum matematikai ábrázolásának Fourier-transzformációjával. Ez azt jelenti, hogy mivel számítógépeink jelenleg gyorsan képesek végrehajtani az FFT-ket, gyorsan generálhatjuk a számítógép által generált hologramokat menet közben. Ezért, ha ezt SLM-en jelenítjük meg, diffrakcionálhatjuk a tetszőleges képeket tetszés szerint. Ezt a területet ún számítógéppel generált holografia. AMost, hogy a számítógépek egyre gyorsabbak és hatékonyabbak, a kutatás egyik kiemelt területévé válik.

5. A holografikus tévékészítésre a legjobb kísérletet egy évtizeddel ezelőtt tették, és egy vagyonba került

A Qinetiq 12 évvel ezelőtt kifejlesztett egy térbeli fénymodulációs technológián alapuló holografikus kijelző prototípust. Két különböző térbeli fénymodulátorral ellátott aktív csempézési rendszert használt a 3D kép elkészítéséhez szükséges összes mélységi jelzés biztosításához. Gyártása drága volt, és röviddel a fejlesztés után felhagytak vele, mégis a legszorosabb igazolható holografikus megjelenítés.

holográfia

6. A holográfia nem csak a tévéé

Annak ellenére, hogy megvitattuk azt a tényt, hogy a 3D-s holografikus kijelzők még mindig távol vannak, a holografia mint tudományág felbecsülhetetlen értékű, és számos területen alkalmazható. Íme néhány példa:

  • Elektron képalkotás: Az elektroninterferencia fáziseltolódásának megfigyelésével (az elektromos és az anyagmező miatt), ahogy áthaladnak a vékony filmanyagokon, meg lehet határozni az anyagok összetételét.
  • Adattárolás: A hagyományos optikai lemezek információkat tárolnak a felületen. A holografikával azonban lehetőség van az információk rögzítésére az anyag térfogatában és különböző szögekben - ezért nagyságrendekkel több információt lehet tárolni, mint a hagyományos optikai adattárolási technikáknál.
  • Holografikus optikai csipesz:Az optikai csipeszek fényerőket használnak a kis részecskék mozgatásához (főleg biológiai célokra) és optikai csapdák létrehozásához. A számítógéppel generált hologramok segítségével a kutatók nagy részecskék tömbjeit manipulálhatják kis távolságokon.
  • Biztonság: a hologramokat évtizedek óta használják a bankjegyeken és a hitelkártyákon. Jellemzően azért használják őket, mert az ilyen szerkezetek előállításához szükséges technológia meglehetősen fejlett.

Hivatkozások

(1) J. Geng, Adv. Dönt. Fotonika 5.456 (2013).

(2) B. C. Kress és P. Meyrueis, Alkalmazott digitális optika (Wiley, 2000).

(3) M. Lucente, in SMPTE 2. Annu. Int. Konf. Sztereoszkóp. 3D média szórakoztatás. - Soc. Mozgáskép. Telev. Eng. (2011).

Copyright © Minden Jog Fenntartva | 2007es.com