- H MAΓΕΙΑ ΤΩΝ ΟΛΟΓΡΑΜΜΑΤΩΝ

Τα ολογράμματα δεν είναι κάτι το καινούργιο, ο εφευρέτης τους Dennis Gabor είχε περιγράψει τη δυνατότητα παραγωγής τους από το 1948 (πήρε μάλιστα και βραβείο Νόμπελ γι’ αυτό), αρκετά χρόνια μάλιστα πριν εφευρεθεί το laser (1960) που αποτέλεσε την ιδανική πηγή της απαιτούμενης μονοχρωματικής ακτινοβολίας.

Πριν δούμε όμως πώς λειτουργεί η ολογραφία, είχαι χρήσιμο να δούμε πως λειτουργεί το laser και τι είναι το φαινόμενο της συμβολής.

Το laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation), είναι μια οπτική συσκευή που παράγει μονοχρωματική ακτινοβολία, δηλαδή φως ενός πολύ συγκεκριμένου μήκους κύματος.

Είναι γνωστό ότι το φως είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, και επίσης ότι το «λευκό» φως αποτελείται από ένα μίγμα διαφορετικών χρωμάτων (τα βασικά είναι τα γνωστά επτά του ουράνιου τόξου), στα οποία όπως έδειξε ο Νεύτωνας μπορεί να αναλυθεί το λευκό φως χρησιμοποιώντας ένα πρίσμα.

Όμως, η κάθε απόχρωση του φωτός αντιστοιχεί σε διαφορετική συχνότητα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, και αυτό δεν επιτρέπει να πάρουμε μια ξεκάθαρη εικόνα σε μια διάταξη συμβολής, για την οποία θα μιλήσουμε παρακάτω.

Στην παραπάνω εικόνα φαίνονται καθαρά οι διαφορετικές συχνότητες των διαφόρων χρωμάτων που αποτελούν το λευκό φως.

Το βασικό πλεονέκτημα του laser είναι ότι εξαιτίας του τρόπου που παράγεται η φωτεινή δέσμη του (με εκπομπή της ενέργειας αποδιέγερσης των ηλεκτρονίων των ατόμων του αερίου που περιέχει, η οποία είναι συγκεκριμένη και χαρακτηριστική για κάθε αέριο), το φώς του αποτελείται από μονοχρωματική ακτινοβολία, δηλαδή μιας μόνο συχνότητας.

 Πώς μία διέγερση (από εξωτερική πηγή ενέργειας) ενός ηλεκτρονίου ώστε να μεταπηδήσει σε τροχιά υψηλότερης ενέργειας προκαλεί στη συνέχεια την αυτόματη επαναφορά του ηλεκτρονίου στην προηγούμενη ευσταθέστερη κατάσταση, εκπέμποντας την πλεονάζουσα ενέργεια σαν φωτόνιο. Επειδή τα άτομα είναι του ίδιου στοιχείου, τα φωτόνια που εκπέμπονται έχουν την ίδια ενέργεια, δηλαδή την ίδια συχνότητα, άρα και χρώμα. Η δέσμη αυτή μπορεί να γίνει πολύ στενή και να διατηρηθεί έτσι για χιλιόμετρα, επιτρέποντας τη μεγάλη συγκέντρωση φωτεινής (και θερμικής) ενέργειας σ΄ένα σημείο, και απ’ αυτή την ιδιότητα προκύπτουν οι πιο γνωστές χρήσεις των lasers.

Αρχή λειτουργίας του λέιζερ:
1. Ενεργό υλικό του λέιζερ
2. Προσφερόμενη ενέργεια άντλησης
3. Υψηλής ανακλαστικότητας κάτοπτρο
4. Διάταξη εξόδου δέσμης
5. Δέσμη Λέιζερ

Αφού λοιπόν εξασφαλίσαμε την πηγή του μονοχρωματικού φωτός, ας δούμε τι είναι το φαινόμενο της συμβολής.

Πριν όμως απ’αυτό, πρέπει να δούμε τι είναι περίθλαση.

Το φαινόμενο της περίθλασης (όπως και της συμβολής) αναφέρεται σε κύματα οποιασδήποτε μορφής, αλλά τα πιο χαρακτηριστικά και εύκολα παρατηρήσιμα είναι τα κύματα της θάλασσας, που όταν περάσουν μέσα από ένα στενό άνοιγμα «ανοίγουν» δημιουργώντας ένα τόξο προς τα έξω.

Περίθλαση κυμάτων. Όσο πιο μικρό το άνοιγμα, τόσο πιο έντονη η περίθλαση.

Αν τώρα έχουμε δύο ανοίγματα, δημιουργούνται δύο φαινόμενα περίθλασης που συνδυάζονται μεταξύ τους ώστε να δημιουργήσουν ένα «μοτίβο» κορυφών και κοιλάδων, καθώς σε άλλα σημεία το αποτέλεσμα είναι να προστίθενται και σε άλλα μηδενίζεται (κάτω εικόνα). Αυτή είναι η εικόνα της συμβολής δύο κυμάτων από αρχική κοινή πηγή, αλλά μπορεί το ίδιο να συμβεί και με δύο διαφορετικές πηγές που έχουν ακριβώς την ίδια συχνότητα και βρίσκονται σε φάση.

Συμβολή δύο κυμάτων. Το ενδιαφέρον είναι ότι καθώς το αρχικό κύμα (και στη συνέχεια τα δύο κύματα που δημιουργούνται με την περίθλαση) προχωρούν, αν πέσουν πάνω σε κάθετη και σταθερή επιφάνεια αφού έχουν συμβάλλει, δημιουργούν μόνιμα σημεία υψηλής και χαμηλής έντασης. 

Πώς δημιουργούνται οι έντονες και ασθενείς περιοχές στη συμβολή. Αριστερά ενισχυτική συμβολή όταν οι κορυφές συμπίπτουν, δηλαδή τα κύματα βρίσκονται σε φάση, και δεξιά ακυρωτική συμβολή όταν η κορυφή του ενός κύματος συμπίπτει με το κοίλωμα του άλλου, δηλαδή τα κύματα βρίσκονται σε διαφορά φάσης 180 μοιρών.

Ένα απλό παράδειγμα διαφορετικών βαθμών συμβολής είναι οι ιριδισμοί στις φυσαλίδες των απορυπαντικών ή πολύ λεπτών στρωμάτων λαδιών, πετρελαίου κλπ. Ανάλογα με την γωνία παρατήρησης και το πάχος της μεμβράνης, δηλαδή το βάθος της ανάκλασης, ορισμένες συχνότητες (δηλαδή χρώματα του φωτός) συμβάλλουν ενισχυτικά , ενώ άλλες συχνότητες συμβάλλουν ακυρωτικά. Κάτι αντίστοιχο συμβαίνει και με τους δίσκους των CD και DVD, που ιριδίζουν στο φως.

Τώρα λοιπόν αφού έχουμε εξασφαλίσει μια πηγή laser και καταλάβαμε και την αρχή της συμβολής, μπορούμε να στήσουμε τη διάταξή μας για πάρουμε μια ολογραφική εικόνα.

Η αρχή της ολογραφίας βασίζεται στη συμβολή δύο φωτεινών δεσμών από κοινή πηγή μονοχρωματικής ακτινοβολίας, που μέσω καθρεφτών πέφτουν επάνω σε φωτοευαίσθητη επιφάνεια, η μία κατευθείαν και ή άλλη αφού έχει ανανακλαστεί επάνω στο αντικείμενο που μας ενδιαφέρει. Επειδή η αρχική δέσμη του laser είναι πολύ στενή, φακοί την «ανοίγουν» ώστε να μπορέσει να φωτίσει όλο το αντικείμενο. Η συμβολή των δύο «διευρυμένων» δεσμών μονοχρωματικού φωτός θα δώσει επάνω στη φωτοευαίσθητη επιφάνεια φωτεινές και σκούρες περιοχές σαν αποτέλεσμα της συμβολής τους, η εικόνα όμως θα μπορέσει να φανεί μόνο εφόσον η φωτοευαίσθητη επιφάνεια (μετά την επεξεργασία για τη σταθεροποίησή της) φωτιστεί από μια δέσμη με τα ίδια χαρακτηριστικά συχνότητας και αντίστοιχη θέση με τη δέσμη αναφοράς (REFERENCE BEAM).

Το πιο «ευαίσθητο» σημείο, είναι να επιτύχουμε την απόλυτη ακινησία της διάταξης, επειδή εξαιτίας του πολύ μικρού μήκους κύματος του φωτός (γύρω στο 0.5 μm), και η παραμικρή διαταραχή (δονήσεις από διερχόμενα αυτοκίνητα, ομιλίες, ρεύματα αέρα κλπ) θα παραμόρφωνε την εικόνα της συμβολής.

Εάν μάλιστα το laser δεν είναι πολύ ισχυρό, ο χρόνος έκθεσης πρέπει είναι της τάξης των μερικών λεπτών, που κάνει την απαίτηση της απόλυτης ακινησίας ακόμη δυσκολότερη.

Η φωτοευαίσθητη επιφάνεια αποτελείται από υλικό παρόμοιο με το φωτογραφικό φιλμ, αλλά με πολύ πυκνότερο κόκκο (πολλά περισσότερα pixel θα λέγαμε αν επρόκειτο για ψηφιακή κάμερα), που στερεώνεται επάνω σε γυάλινη ή πλαστική διάφανη επιφάνεια.

Καταγραφή και αναπαραγωγή μιάς ολογραφικής εικόνας. Δεξιά φαίνεται μία μεγέθυνση τμήματος της εικόνας που αντιπροσωπεύεται από τις σκούρες και φωτεινές περιοχές (όχι από τις γραμμώσεις που φαίνονται). Οι περιοχές αυτές όμως δεν έχουν καμμία σχέση με την πραγματική εικόνα κάτω από κοινό φως, και «αποδίδουν» την πληροφορία τους μόνο αν φωτιστούν με το αρχικό laser και από την ίδια γωνία, οπότε θα δούμε και το τρισδιάστατο «φάντασμα» του αντικειμένουν στην αντίστοιχη αρχική του θέση.

Τι ΔΕΝ είναι ολογραφία, παρά αντανάκλαση μιας εικόνας (κανένα πρόβλημα να είναι και κινούμενη) σε ημιπερατό καθρέφτη, που χρησιμοποιείται συχνά σε θέατρα σήμερα και παλαιότερα για «εμφανίσεις» φαντασμάτων. Παρόμοια μέθοδος που ονομάζεται HUD (Head Up Display) χρησιμοποιείται και για την προβολή εικόνον στο παρμπρίζ μαχητικών αεροπλάνων ή και ορισμένων αυτοκινήτων, ώστε να μην αποσπάται η προσοχή του χειριστή από τον εξωτερικό χώρο όταν πρέπει να ενημερωθεί με σημαντικές πληροφορίες (εικόνα κάτω). 

 

Παιδικό (και όχι μόνο) κιτ της Litiholo κόστους 100$, για την παραγωγή πραγματικής ολογραφικής εικόνας στο σπίτι, για εκπαιδευτικούς λόγους.

Γ. Μεταξάς