Hologram to zapis fotograficzny na nośniku, który utrwala dwufalowy obraz interferencyjny. Po odtworzeniu daje dwa niezależne obrazy przestrzenne 3D, widoczne pod różnym kątem. Z tego artykułu dowiesz się, jak powstaje ten zapis i gdzie wykorzystuje się go w praktyce.
Czym jest hologram i jak powstaje?
W przeciwieństwie do zwykłego zdjęcia hologram nie rejestruje wyłącznie natężenia światła. Na płycie holograficznej zostaje utrwalony obraz interferencyjny, który powstaje w wyniku spotkania fali przedmiotowej i fali odniesienia. Dzięki temu zapis zawiera także informację o fazie fali świetlnej.
Podczas odtwarzania takiego nośnika światłem spójnym pojawiają się przestrzenne obrazy 3D. Obserwator może zmieniać perspektywę i dostrzegać głębię, która na klasycznej fotografii nie występuje. To właśnie ten efekt odróżnia holografię od zwykłego druku.
W praktyce hologram bywa mylony z drukiem soczewkowym lub projekcją 3D, ale zasada działania jest inna. Tu istotna jest interferencja fal, a nie nakładanie na siebie przesuniętych obrazów.
Jakie są rodzaje hologramów?
Podział hologramów zależy od przyjętego kryterium technicznego. Najczęściej bierze się pod uwagę geometrię zapisu, właściwości przezrocza, grubość warstwy światłoczułej, typ wiązki odniesienia oraz liczbę ekspozycji. Poniższa tabela porządkuje najważniejsze typy.
| Kryterium podziału | Wybrane typy | Charakterystyka |
| Geometria zapisu | w płaszczyźnie obrazu, Fresnela, Fraunhofera, Fouriera, quasifourierowskie, bezsoczewkowe Fouriera | Różna odległość płyty od obiektu lub zapis widma przedmiotu |
| Parametr transmisji przezrocza holograficznego | fazowe, amplitudowe, amplitudowo-fazowe | Wpływ na parametry fali odtwarzającej |
| Stosunek grubości warstwy światłoczułej do okresu przestrzennego | płaskie, objętościowe, dynamiczne | Warunek płaskich to w znacznie mniejsze od okresu przestrzennego, a objętościowych to w znacznie większe od okresu przestrzennego |
| Typ wiązki odniesienia | odtwarzane w fali spójnej, odtwarzane w fali niespójnej | Zależność od rodzaju oświetlenia podczas odczytu |
| Liczba ekspozycji | jednoekspozycyjne, dwuekspozycyjne, wieloekspozycyjne | Możliwość zapisu jednego lub kilku obrazów na jednym nośniku |
W hologramach zrealizowanych w płaszczyźnie obrazu rozkład amplitudy zespolonej na powierzchni płyty odpowiada rozkładowi w obiekcie, z dokładnością do stałego przesunięcia fazowego. W typach Fresnela i Fraunhofera do wyznaczenia pola falowego stosuje się natomiast przybliżenia oznaczane symbolami F i Fr.
W hologramach quasifourierowskich punktowe źródło odniesienia znajduje się w tej samej płaszczyźnie co obiekt. Soczewka realizująca przekształcenie Fouriera umożliwia wtedy rejestrację w odległości ogniskowej od soczewki. Hologramy Fouriera rejestrują widmo przedmiotu i bywają używane jako filtry częstotliwości optycznych w systemach przetwarzania sygnałów.
Gdzie wykorzystuje się hologramy w technice i nauce?
Holografia znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach inżynierii optycznej i metrologii. Wykorzystuje się ją między innymi do budowy filtrów częstotliwości przestrzennych oraz elementów o dużej pojemności informacji. W systemach rozpoznawania obrazów pomaga analizować symbole, kształty i podobieństwa.
W przetwarzaniu informacji szczególnie przydatne są następujące możliwości:
- zwielokrotnienie obrazów,
- zapis informacji dwu- i trójwymiarowych,
- poprawa jakości odwzorowania układów optycznych,
- tworzenie z dużym powiększeniem obrazów 3D cząstek różnych substancji,
- wykonywanie zdjęć ultraszybkich,
- stosowanie hologramów dynamicznych jako symulatorów lotu.
W metrologii i interferometrii holografia umożliwia badanie odkształceń oraz porównywanie kształtu przedmiotów z wzorcem. Obraz interferencyjny pozwala wykryć różnice rzędu ułamka długości fali, co trudno uzyskać innymi metodami.
Jak hologramy chronią dokumenty i produkty?
Hologramy zabezpieczające wykonuje się jako naklejki samoprzylepne lub folie metalizowane nanoszone technologią tłoczenia na gorąco lub na zimno. Mają indywidualny wzór i bywają rejestrowane w międzynarodowym rejestrze hologramów. To jedna z metod ochrony oryginalnych produktów, druków i banknotów przed fałszowaniem.
Hologramy zabezpieczające bywają rejestrowane w międzynarodowym rejestrze hologramów, a plomby z efektem VOID po zerwaniu pozostawiają trwały napis VOID.
Hologramy na dokumentach publicznych
Hologramy trafiają między innymi na legitymacje szkolne uczniów i legitymacje służbowe nauczycieli. Taka legitymacja jest dokumentem publicznym kategorii trzeciej, a także drukiem ścisłego zarachowania. Na rewersie znajduje się numer blankietu, a placówki edukacyjne muszą prowadzić rejestr wydanych egzemplarzy.
Legitymację służbową wystawia dyrektor szkoły na wniosek nauczyciela, a termin wydania wynosi 30 dni. Opłata nie może być wyższa niż koszty wytworzenia dokumentu. Wzór i tryb postępowania reguluje rozporządzenie z 11 kwietnia 2024 roku, opublikowane w Dzienniku Ustaw pod pozycją 565. Uprawnia ona nauczycieli do ustawowej ulgi 33% przy przejazdach koleją i autobusami.
Plomby z efektem VOID
Do zabezpieczania urządzeń i opakowań przed nieautoryzowanym otwarciem stosuje się hologramowe plomby z efektem VOID. Po oderwaniu zostawiają na powierzchni trwały napis, który jednoznacznie wskazuje próbę ingerencji. Pełną siłę klejenia uzyskują po 24 godzinach od aplikacji.
Takie zabezpieczenia można personalizować trwałą czarną farbą. Nadruk obejmuje numerację, datownik, logo, teksty, kody kreskowe lub dane kontaktowe. Dzięki temu sprawdzają się w elektronice, logistyce, przemyśle i handlu, a także jako plomby gwarancyjne i serwisowe.
Jakie układy optyczne stosuje się do zapisu hologramu?
W holografii wyróżnia się trzy podstawowe układy zapisu. Różnią się wzajemnym położeniem źródła wiązki odniesienia, obiektu i nośnika światłoczułego.
W układzie współosiowym, zwanym hologramem Gabora, płyta, obiekt i źródło wiązki leżą wzdłuż jednej prostej. W układzie z boczną wiązką odniesienia, czyli hologramie Leitha-Upatnieksa, wiązki biegną pod pewnym kątem, ale docierają do płyty z tej samej strony. Trzeci typ to układ z wiązkami przeciwsobnymi, zwany hologramem Denisiuka. W nim fala przedmiotowa i odniesienia dochodzą do ośrodka rejestrującego z przeciwnych stron.
Wybór konkretnego układu zależy od pożądanych właściwości odtworzeniowych. Każdy z nich daje inne możliwości w zakresie głębi, kąta obserwacji oraz odporności na zakłócenia.
FAQ – najczęściej zadawane pytania
Co to jest hologram i czym różni się od zwykłego zdjęcia?
Hologram to fotograficzny zapis interferencyjnego obrazu fal świetlnych, który zawiera informację o fazie, nie tylko o natężeniu światła. Po odtworzeniu tworzy niezależne obrazy przestrzenne 3D widoczne pod różnymi kątami.
Jak powstaje zapis holograficzny?
Na płycie holograficznej utrwala się obraz interferencyjny powstały ze zderzenia fali przedmiotowej i fali odniesienia. Taki zapis zachowuje też informację o fazie fali świetlnej.
Jakie są główne typy hologramów według kryterium geometrii zapisu?
Wyróżnia się m.in. hologramy w płaszczyźnie obrazu, Fresnela, Fraunhofera i Fouriera oraz quasifourierowskie i bezsoczewkowe Fouriera. Różnią się one odległością płyty od obiektu lub sposobem rejestracji widma przedmiotu.
Do czego używa się hologramów w technice i nauce?
Stosuje się je m.in. do budowy filtrów częstotliwości przestrzennych, przechowywania dużych ilości informacji oraz w analizie obrazów i rozpoznawaniu kształtów. Są też użyteczne w metrologii do badania odkształceń i porównań kształtów z wysoką czułością.
Jak hologramy zabezpieczają dokumenty i produkty przed fałszerstwem?
Wykonuje się je jako samoprzylepne naklejki lub folie metalizowane tłoczone na gorąco lub na zimno, zawierające indywidualny wzór i często rejestrowane w międzynarodowym rejestrze. Dzięki temu chronią oryginalne produkty, druki i banknoty przed podróbkami.
Czym są hologramowe plomby z efektem VOID i gdzie się je stosuje?
To zabezpieczenia, które po oderwaniu pozostawiają trwały napis VOID, ujawniając ingerencję; pełne wiązanie kleju osiągają po 24 godzinach. Można je personalizować nadrukiem i stosować w elektronice, logistyce, przemyśle oraz jako plomby gwarancyjne.
Jakie układy optyczne stosuje się do zapisu hologramu i czym się różnią?
Wyróżnia się układ współosiowy (Gabora), z boczną wiązką odniesienia (Leitha-Upatnieksa) oraz z wiązkami przeciwsobnymi (Denisiuka), różniące się położeniem źródła, obiektu i nośnika. Wybór zależy od oczekiwanej głębi, kąta obserwacji i odporności na zakłócenia.
