Holografi

Holografi
kısa bir giriş
İçerik
• Giriş
• Holografinin kavramları
• Holografik görüntülemenin kavramları
• Holografinin
g
dayandığı
y
ğ fiziksel etkiler ((olaylar)
y )
• Holografinin tarihçesi
• Holografik süreçte basit girişim hesapları
• Basit haliyle holografi kaydı ve görüntü oluşturma
• Hologram malzemeleri
• holografik görüntüleme ve araştırmaların önemli bileşenleri
Holografi, Giriş
Holografi, geçeğe yakın üç boyutlu görüntülerin oluşturulması yöntemi olarak
Holografi
adlandırılabilir.
Bu
u yö
yöntemin
e
b
bilim ve
e teknikte
e
e pe
pek ço
çok uygu
uygulaması
a as vardır.
ad
Güvenlik
Arckeoloji / sanat
Teknik analizler
Veri saklama
Holografi,
H
l
fi yunancada
d ttam anlamına
l
gelen
l “h
“holos”
l ” ve yazma anlamına
l
gelen
l
“graphen” kelimelerinden türetilmiştir; tam yazma anlamına gelmektedir.
Bu, holografi ile bir nesneden çıkan/yansıyan ışık dalgası tam olarak kaydedilebilir
Bu
ve gösterilebilir anlamına gelmektedir.
Holografi, Kavramlar
Aydınlatma
Göz/
Kamera
Görüntü
Nesne
Nesne dalgası
I k alanı
Işık
l
Eğer insan bir nesneyi görmek isterse, sözkonusu nesnenin görünür ışık ile aydınlatılmış
olması
l
gerekir.
ki B
Bu d
durumda
d nesneden
d saçılan/yansıyan
l /
ışıkk bu
b ““nesne d
dalgası”
l
”d
dalgasını
l
oluşturur. Böyle bir dalgada nesne ile ilgili bütün optik bilgi mevcuttur.
Görme sürecinde bu nesne ışığı göz tarafından algılanır. Fotografta foto duyarlı plaka
tarafından algılanır.
Elektromanyetik dalganın betimlendiği büyüklükler
Bir ışık dalgası birkaç büyüklükle betimlenir
betimlenir.
Faz farkı
E
Genlik
x

Genlik→ Aydınlık şiddeti ,
E ( x , t )  E 0 cos( kx  t   )
k
I  E *E
Faz→ Nesnenin yapısı
Frekans→ Renk
Holografi süreci için renk önemli değildir.
2

Frekans
Holografi, Kavramlar
Aydınlatma
Eş fazlı ışık dalgası
Karşılaştırma dalgası
Işığa duyarlı ortam
N
Nesne
Girişim desenleri
Nesne dalgası
Işık alanı
Holografik kayıt sürecindebir nesne dalgası kendisi ile koherans (ahenkli) başka
karşılaştırma dalgası (referans dalgası) ile üst üste bindirilir. Bununla, girişim
desenleri oluşur: Nesne dalgası + Karşılaştırma dalgası
Holografi, Kavramlar
Karşılaştırma dalgası
Hologram
Sanal görüntü
Göz/
Kamera
Görünütü
Kırınıma
uğramış ışık
Bir kayıt ortamına (örneğin fotograf filmi) kaydedilmiş girişim desenleri
karşılaştırma dalgası ile aydınlatılırsa dikkate alınmış nesne görüntüsünden
farkı olmayan derinlik bilgisi de içeren bir görüntü elde edilir.
→ Holografi
Holografi, holografik görüntülemenin bazı özellikleri
•
Üç boyutlu görüntüleme
•
ğ sola eğilme
ğ
→ sobanın y
yan tarafındaki kedi
Sağa
•
Girişim+ Kırınım
•
Hologramın kırılması/ küçük parçalar ayrılması durumunda,
konvansiyonel filmlerdekinin tersini daima tam görüntü elde edilir
Holografinin dayandığı fiziksel etkiler (olaylar)
– Girişim: Ahenkli iki dalganın üst üste
bi
binmesi.
i A
Aydınlık
d l k ve kkaranlık
lk
alanlardan oluşan bir desen ortaya
çıkar
– Koherans (Ahenk): İki dalganın faz
farkının zamandan bağımsızlığı.
D l l
Dalgaların
girişim
i i i yapabilme
bil
özellikleri
– Kırınım: Işığın bir engeli geçerken
yön sapmasına uğraması, öyleki; ışık
engelin geometrik gölgesi bölgesine
geçebilir ve engelin geri tarafına
konulmuş bir ekranda girişim
oluşturabilir:
l t bili K
Kırınım desenleri
d
l i oluşur
l
Holografi, Tarihçe
Christiaan Huygens (1629 – 1694)
Thomas Young (1733 - 1829)
A. J. Fresnel (1788 - 1827)
J von Fraunhofer
J.
F
h f (1877 - 1926)
G. Kirchhoff (1824 – 1887)
Lord Rayleigh (1842 – 1919)
E. Abbe (1840 – 1905)
G. Lippmann (1845 -1921)
W L.
W.
L Bragg
B
(1890 -1971)
1971)
M. Wolfke
H. Boersch
Dalga optiğinin temel bilgileri
H l
Holografinin
fi i kkeşfine
fi h
haylili yakın
k olan
l çalışmalar
l
l
D. Gabor ( 1900 – 1977)
Holografinin keşfi
Holografi kelimesinin ortaya atılışı.
Işın içi Holografisi
E. N. Leith
J. Upatnieks
Işın dışı holografinin geliştirilmesi
Lazer kullanımı
Holografik süreçte basit girişim hesapları
Nesne dalgası: S
(Sinyal dalgası)
K
Karşılaştırma
l t
d
dalgası:
l
R
Girişim dağılımı:
I  R  S  R  S  R * S  RS *
2
2
2
Kayıt: girişim deseni bir film üzerine kaydedilir.
Plakanın geçirgenliği düşen ışığa bağlı olarak zayıflar: Geçirgenlik   a  b R  S
Hologram filminini karşılaştırma dalgası ile aydınlatılması sonrasında
filmin gerisinde oluşacak yeğinlik dağılımı
R    R [ a  b ( R  S  R * S  RS * )]
2
2
b  R  R* S  (b  R  R* )  S
Tam bir sinyal dalgası
Sayısal çarpan
2
Hologafi, eksen dışı kayıt
Bir hologramın kaydı
Karşılaştırma dalgası, R
z
x
Nesne
Nesne dalgası, S
Basit haliyle holografi kaydı ve görüntü oluşturma
Görüntü oluşturma
K
Karşılaştırma
l
d
dalgsı,
l
R
Nesne dalgası,
g ,
(RR*S)
Sanal görüntü
Gerçek görüntü
Karşılaştırma dalgası
R(R2 + S2)
Konjuge nesne dalgası
(RRS*)
Basit haliyle holografi kaydı ve görüntü oluşturma
Ters yönde gelen dalga ile görüntü oluşturma
Gerçek
görüntü
Sanal
görüntü
Ters yönde gelen
Karşılaştırma dalgası
Holografi, önemli bileşenler
•
Işık kaynağı: lazer; ahenkli,
ahenkli tek renkli,
renkli yeğin.
yeğin
(lazersiz holografi pratikte düşünülemez!)
•
Kayıt ortamları: Hologram-Malzemeleri
•
Titreşimsiz kayıt ortamı (optik masa, sakin ortam); Holografik kayıtta hologram üzerinde çok hassas
girişim desenleri oluşur.
•
Optik parçalar: ışın genişletici, ışın ayırıcı ve yansıtıcılar.
Holografi, hologramların sınıflandırılması
Fiziksel ve kimyasal etkiye ile hologramların kaydının yapılmasına
Genlik hologramları
(soğuran malzeme, genliğin uzaysal
modulasyonu, örn. Siyahlaşan film)
Faz hologramları
(Kırılma indisi değişimi
yada geçirgen bir malzemenin kalınlığı)
Hologram kalınlığına göre
İ
İnce
hologramlar
Kalın Hologramlar
(görüntü ancak Bragg şartı ile elde edilir.)
Zamana bağlı davranışına göre
Statik hologramlar
Dinamik hologramlar
holografi, hologram malzemeleri (Kayıt malzemeleri)
1 Gümüş-Halogen
1.
Gü ü H l
E
Emulsiyonlar
l i
l
2. Işığın polimerleşmeye etkiyebildiği polimerler
3. Thermoplastikler (yüzeyde yük dağılımı)
4 Foto adreslenebilen polimerler
4.
5. Foto kırıcı kristaller