A digitális holográfia a 3D információk digitális kamerákkal történő regisztrálásának egyik módja. Manapság már széles körű gyakorlati alkalmazással rendelkezik, és a tudósok biztosak abban, hogy a jövőben számos területen nélkülözhetetlenek lesznek, az orvostudománytól a csillagászatig. A digitális holográfia jelenéről és jövőjéről.
A holográfia fizikai alapelvei
A holográfia egy olyan módszer, amely lehetővé teszi az objektumra vonatkozó információk regisztrálását és a kép visszaállítását, beleértve háromdimenziós formában is. Ez nemcsak a fény amplitúdójának (mint a szokásos fényképezésben), hanem a fázis regisztrálásával érhető el, amely lehetővé teszi a hologramból rekonstruált kép különböző szögekből történő megfigyelését.
A hologramok rögzítéséhez két fénysugár teljes amplitúdóját regisztráljuk: egy objektumot (egy tárgyról visszatükröződik vagy rajta továbbítunk) és egy referencia fényt. Ha koherensek egymással - állandó fáziskülönbségük van -, akkor az átfedő sugarak síkjában interferenciamintázat alakul ki, amelyet digitális fényérzékelők vagy fényérzékeny média rögzít.
Világtrendek
A digitális holográfia segítségével valós háromdimenziós megjelenítést lehet készíteni az objektumokról és a jelenetekről. Ehhez nincs szükség speciális szemüvegre a jelenetek megfigyelésére vagy a megfigyelő különleges helyzetbe állítására. Ezen elv alapján a 3D kijelzőket most aktívan fejlesztik, amelyek lehetővé teszik a kiváló minőségű képek megjelenítését. A tudósok biztosak abban, hogy közeledik a pillanat, amikor a hologramokból származó színes képek színminõsége hasonló lesz a fényképekhez, miközben egy tárgy háromdimenziós képe reprodukálódik.
Promóciós videó:
Az egyik jelenlegi előrelépés az 5G kommunikáció, amely a holografikus elveket használja a beszélgető képének létrehozásához. A szakértők úgy vélik, hogy néhány év múlva ez a technológia kereskedelmi szolgáltatássá válik.
Rendkívül ígéretes irány a hologramok segítségével történő 3D nyomtatás. Az alkatrész holografikus képét szakaszokra osztják kivetítésekre, majd programvezérlés alatt az egyes vetületek gyors rétegekre nyomtatását végzik.
A tudományos és alkalmazott kutatásban alkalmazott digitális holográfia területei aktívan fejlődnek: holografikus mikroszkópia (mikro- és nanobjektumok megjelenítése) és holografikus interferometria (az objektumparaméterek változásának dinamikus regisztrálása - hőmérséklet, alak, törésmutató).
Ezenkívül a digitális holográfiát már széles körben használják az orvosi és biológiai képalkotásban, az adatok kódolására, továbbítására és tárolására szolgáló rendszerekben, és ez lehetővé teszi a termékek, bankjegyek és bankkártyák biztonságának növelését is.
Orosz eredmények
Manapság számos egyetem és vállalat végez kutatást a holográfia területén - mind analóg, mind digitálisan -, amelyek laboratóriumai jelentős eredményeket értek el.
Az NRNU MEPhI például bevezette a hologramok dinamikus rögzítésének, továbbításának és valós idejű optikai demonstrálásának rendszerét, legalább 2 millió pixel felbontással. Ez lehetővé teszi az optikai és az infravörös tartományban rögzített jelenetek és tárgyak távoli reprodukálását - például felhasználható információk ellenséges környezetben történő rögzítésére.
Manapság a holografikus videó továbbításához olyan csatornára van szükség, amelynek sávszélessége legalább gigabites egységek per másodperc, ezért a digitális hologramok konvertálására és tömörítésére szolgáló technológiák nagy jelentőséggel bírnak. Az NRNU MEPhI aktívan ezen a téren dolgozik. 2019 májusában a Scientific Reports magazin a holográfiai adatok százszor tömörítésére szolgáló módszert mutatta be, amelyet az Orosz Tudományos Alapítvány 18-79-00277 számú támogatása keretében fejlesztettek ki.
Egy másik fontos terület a rögzített hologramokból származó 3D jelenetek optikai megjelenítésének javítása. Az NRNU MEPhI Lézeres és Plazma Technológiai Intézete (LaPlaz) módszereket fejleszt a hologramok számítógépes és valós optikai megjelenítésének javítására többdimenziós gradiens folyadékkristály és bináris nagysebességű mikrotükör fénymodulátorok felhasználásával. 2019-ben az NRNU MEPhI kutatói nagyszabású tanulmányt készítettek a binarizációs módszerekről a 3D objektumok legjobb minőségű megjelenítésére az OpticsandLasersinEngineering folyóiratban. Mint a tudósok kifejtették, ez a fejlesztés hasznos lehet nagysebességű 3D-s kijelzők létrehozásában.
A holográfia nemcsak információ tárolására, hanem védelmére is alkalmazható. Az NRNU MEPhI tudósai jelenleg adatkódoló rendszereket hoznak létre, a hologramon rögzített képet kódoló kulcsként felhasználva. Az Orosz Tudományos Alapítvány 19-19-00498 számú támogatása keretében folyamatban van egy nagysebességű mikrotükör fénymodulátorokon alapuló kódolórendszer létrehozása. Egy ilyen rendszer képes információt kódolni másodpercenként gigabites sávszélességben.
Ugyanilyen fontos kutatási terület a tárgyfelismerés. Ma, ahogyan az NRNU MEPhI szakemberei elmondták, a felismerő eszközök általában csak térbeli jellemzőket használnak. Az Optics Communications folyóiratban egy nemrégiben megjelent cikkben módszert javasoltak mind az alak, mind a spektrális tulajdonságok felismerésére, például a térbeli orientációs eszközökben vagy a biológiai fajok azonosítására.