Голограмма и ее применение

XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Голограмма и ее применение

Гриднева И.В. 1
1МБОУ гимназия №1 г.Задонска Липецкой области
Дорофеева М.А. 1
1МБОУ гимназия №1 г.Задонска Липецкой области
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

В современном, быстро развивающемся мире все чаще человеку нужно отобразить объект в трех измерениях для более легкого понимания информации, объем которой постоянно растет. Будь то авиадиспетчер, врач или антрополог - всем поможет голография. Трехмерное изображение воздушного пространства в реальном времени упростит задачу авиадиспетчеру, поможет врачу без операций и облучения пациента осмотреть внутренности и поставить диагноз, упростит антропологу восстановление внешности по черепу. Тем не менее в наши дни мало кто представляет, что такое голография и где она может найти применение.

Голография - одно из наиболее перспективных направлений визуализации трехмерных объектов

Актуальность: В современном мире человеку все чаще необходимо отобразить какие-либо объекты в трехмерном измерении для лучшего понимания информации, так как объем информации растет с каждым днем. Голография поможет людям разной профессии.

Гипотеза: Голограмму можно создать в домашних условиях

Объект исследования: Голография

Предмет исследования: Методы создания голограмм

Цель исследования: Понять, что представляют из себя голограммы и голография, каково их применение в реальном мире, а также создать собственную голограмму и наглядно продемонстрировать качество изображения, даваемое голограммой.

Метод исследования:

  • Изучение литературных и интернет ресурсов

  • Эксперимент

  • Анализ работы

Задачи исследования:

  • Изучить историю создания и развития голограммы

  • Создать голограмму в домашних условиях

  • Провести анализ совершенной работы

Теоретическая значимость работы: Расширение знаний в области голографии

Практическая значимость работы: Способ создания голограммы в домашних условиях

Глава 1. Введение в голографию

    1. История голограммы

Первая голограмма была получена в 1947 году Деннисом Габором в ходе экспериментов по повышению разрешающей способности электронного микроскопа. Он же придумал само слово «голография», которым хотел подчеркнуть полную запись оптических свойств объекта. К сожалению, его голограммы отличались низким качеством, поскольку в качестве когерентного источника света Д. Габор использовал единственно доступные ему газоразрядные лампы с очень узкими линиями в спектре испускания. Но это ни коим образом не умаляет значения его работы, за которую автор получил Нобелевскую премию по физике в 1971 году. 

После революционного изобретения в 1960 году рубиново-красного (длина волны 694 нм) и гелий-неонового (длина волны 633 нм) лазеров, голография начала интенсивно развиваться. Уже через пару лет известный российский учёный Юрий Денисюк разработал метод записи отражающих 2-D голограмм на прозрачных фотопластинках, позволяющих записывать голограммы самого высокого качества. Таким образом, голография была изобретена русским физиком Ю. Денисюком в 1968 году. Она является одной из интереснейших областей использования излучения лазеров. 

В настоящее время голография продолжает активно развиваться, и с каждым годом в этой области появляются новые интересные решения. Нет сомнения, что в будущем голографии предстоит занять в жизни людей еще более значительное место.

    1. Физические основы голограммы

Голография основывается на двух физических явлениях - дифракции и интерференции световых волн. Физическая идея состоит в том, что при наложении двух световых пучков, при определенных условиях возникает интерференционная картина, то есть в пространстве возникают максимумы и минимумы интенсивности света. Для того, чтобы эта интерференционная картина была устойчивой в течение времени, необходимого для наблюдения, и ее можно было записать, эти две световых волны должны быть согласованы в пространстве и во времени. Такие согласованные волны называются когерентными. Слово «когерентность» — греческого происхождения и в наиболее общем смысле означает «согласованность». Простейший пример: когда по улице прогуливается толпа людей, она идёт некогерентно, а когда марширует рота солдат, то она идёт когерентно. Обычныеисточники света не обладают достаточной степенью когерентности для использования в голографии. Поэтому решающее значение для ее развития имело изобретение в 1960 г. лазера - удивительного источника излучения, обладающего необходимой степенью когерентности и могущего излучать строго одну длину волны. 

Исследователи установили, что при облучении светом лазера какого-либо предмета возникает отраженный от него фронт световых волн. Он несет гораздо больше информации о форме предмета, чем обычный световой луч. Вот почему с помощью голограммы можно передать не только форму, но и объем предмета.

Если поставить на пути луча фотопластинку, то на ней получится изображение, состоящее из темных и светлых участков. При освещении проявленной пластинки лучом лазера перед глазами возникает объемное изображение запечатленного предмета.

Но голографическое изображение не только объемно, оно даже позволяет наблюдать предмет с разных сторон. Используя несколько лазеров с излучением разного цвета, можно получить и цветную голограмму.

Однако для рассматривания голограммы необходимо, чтобы наблюдатель находился на небольшом расстоянии от пластинки. Только в этом случае он увидит объемное изображение предмета.

С помощью голографии можно не только запечатлевать предметы, но и записывать огромные объемы информации. Вот почему в настоящее время голография широко применяется в самых различных областях культуры и науки.

1.3 Применение голограмм в повседневной жизни

Наиболее широкое применение голография находит в науке и технике. Голографическими методами контролируют точность изготовления изделий сложной формы, исследуют их деформации и вибрации. Для этого деталь, подлежащую контролю, облучают светом лазера, и отраженный свет пропускают сквозь голограмму эталонного образца. При отклонении размеров от эталонных, искажении формы и появлении поверхностных напряжений возникают полосы интерференции, число и расположение которых характеризует степень отличия изделия от образца или величину деформаций. Аналогичным образом исследуют обтекание тел потоками жидкости и газа: голограммы позволяют не только увидеть в них вихри и области уплотнений, но и оценить их интенсивность.

Голографические защитные изображения представляют собой наклейки с переливающимся металлизированным рисунком, используются для защиты товара от подделок и вскрытия, предотвращения фальсификации документов и изделий. Применение этикеток с голограммой создает конкурентное преимущество бренда среди аналогичного товара, является подтверждением качества и эксклюзивности продукции.

Использование голографического изображения позволяет создавать различные визуальные эффекты: объемный 3D рисунок, эффект движения картинки, скрытые изображения, тексты. Для создания этикетки, используется технология тиснения фольгой и лазерная гравировка.

Голограммы используются маркетологами для продвижения продукции. Они повышают степень доверия покупателей и потенциальных клиентов, влияют на лояльность потребителей к производителю, создают узнаваемость торговой марки, являются элементом брендирования.

Виды продукции для применения голографических наклеек:

  • Парфюмерия и косметика;

  • Бытовая техника, высокотехнологичные устройства;

  • Продукты и напитки высокой ценовой категории;

  • Документы государственного образца, патенты, сертификаты, регистрационные свидетельства, билеты;

  • Фармацевтическая продукция;

  • Алкогольная продукция.

Преимущества использования голографических наклеек для производителей товаров:

  • Выделяет продукт на полках в магазине;

  • Исключает возможность копирования;

  • Защищает товар от возможной подделки;

  • Является гарантией качества продукции.

1.4. Голография в современной медицине

В современных реалиях голография начала развиваться и в медицине, что облегчает выявление нарушений в организме и проведение различных операций повышенной сложности. Одним из таких программ является программа True3D Viewer.

Echopixel запустила True3D Viewer, новое поколение программного обеспечения для медицинской визуализации. Это программное обеспечение преобразует анатомические данные пациентов в полностью интерактивные трехмерные изображения виртуальной реальности. Благодаря этим инновациям медицинская голография широко используется для исследований в области здравоохранения, обучения в больницах и медицинского образования.

В июне 2022 года одна из крупнейших систем здравоохранения в Миннесоте CentraCare успешно завершила первую в мире структурную операцию на сердце с использованием этой технологии.

«Программное обеспечение EchoPixel для предварительного планирования True3D помогло исследователям сократить время процедур более чем на 27% и повысить их оптимальные результаты на 20%», — рассказал Джейкоб Датчер, доктор медицинских наук, интервенционный кардиолог и директор программы по структурному сердцу в Центре сердца и сосудов CentraCare, который провел операцию пациенту с мерцательной аритмией.

Рисунок 2 - Операция пациенту с мерцательной аритмией с помощью голографии

1.5. Что такое голограмма?

Голограмма является записью интерференционной картины, поэтому важно, чтобы длины волн (частоты) объектного и опорного лучей с максимальной точностью совпадали друг с другом, и разность их фаз не менялась в течение всего времени записи (иначе на пластинке не запишется чёткой картины интерференции). Поэтому источники света должны испускать электромагнитное излучение с очень стабильной длиной волны в достаточном для записи временном диапазоне.

В 1967 году рубиновым лазером был записан первый голографический портрет. В результате длительной работы в 1968 году Юрий Николаевич Денисюк получил высококачественные (до этого времени отсутствие необходимых фотоматериалов мешало получению высокого качества) голограммы, которые восстанавливали изображение, отражая белый свет. Для этого им была разработана своя собственная схема записи голограмм. Эта схема называется схемой Денисюка, а полученные с её помощью голограммы называются голограммами Денисюка.

Глава 2. Создание голограммы

2.1 Технологическая последовательность конструирования голографической пирамиды.

Для конструирования голографической пирамиды необходимо приготовить следующие инструменты и материалы:

  • Пластиковая бутылка

  • Ножницы

  • Маркер

  • Линейка

  • Скотч

Первоначально необходимо нарисовать чертеж с размерами деталей голографической пирамиды для того, чтобы в дальнейшем отталкиватся от чертежа при нарезании деталей.

Рисунок 3 - Чертеж голографической пирамиды

После изучения чертежа, приступаем к нарезке 4 трапеций из пластиковой бутылки и далее скрепляем их между собой с помощью скотча как на картинке, изображенной на рисунке 4..

Рисунок 4 - Нарезка и скрепление трапеций для голографической пирамиды

2.2 Демонстрация работы голографической пирамиды

Скрепив 4 трапеции между собой, получаем голографическую пирамиду( рис. 5), которая будет отображать саму голограмму. Для демонстрации голораммы необходимо найти на видео-площадке «RuTube» видео 3D голограммы, затем включаем видео в темной комнате и ставим пирамиду вверх дном на экран телефона

   

Рисунок 5 - Собранный вид голографической пирамиды

Рисунок 6 - Демонстрация голографической

пирамиды

Заключение

При выполнении данной работы было более глубже изучена история создания голограммы и ее применение в повседневной жизни, а также наипростейший способ создания голограммы в домашних условиях.

Изучив информацию из литературы и интернет-источников по теме «Голограмма» можно сделать следующие выводы:

  1. Голограмма - это объемное изображение, создаваемое с помощью лазера, воспроизводящего изображение трехмерного объекта.

  2. Голограмму можно создать с помощью обычной пластиковой бутылки и специального видео в домашних условиях.

При создании голографической пирамиды, основной проблемой стал правильный подбор размеров деталей пирамиды. Нужны были такие размеры при которых центр изображения находилась ровно в центре пирамиды и чтобы сама пирамида была без изъянов. Так же было замечено, что для более четкого изображения голограммы необходима полностью темная комната, чем темнее комната, тем четче изображение голограммы.

В дальнейшем мне бы хотелось лицезреть до какой степени развития дойдут голографические технологии и какие успехи принесут в развитие человечества.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ

  1. Электронно-библиотечная система http://znanium.com

  2. Интернет-энциклопедия Википедия https://ru.m.wikipedia.org

  3. Сайт с обучающими программами и исслдовательскими https://obuchonok.ru/

Просмотров работы: 21