2D-3d-голограммы
D/3D-голограммы содержат несколько плоскостей изображения, которые визуально расположены одна за другой и создают эффект трехмерности. 2D/3D-голограммы чаще всего применяется для защиты товаров, документов и ценных бумаг. Данные голограммы объединяют преимущества голографии (впечатляющую глубину, яркость цветов) и классические приемы полиграфии (плоские логотипы, микротексты, гильйошные и тангирные сетки и др.).
Представим расслоение обычной картинки на три связанных между собой рисунка — передний, основной и задний план. Каждый элемент — это отдельный плоский графический рисунок или фотографическое прозрачное изображение. Например, на переднем плане может быть изображен логотип компании; на основном плане — сам продукт; на заднем плане — ландшафт. Поставим все три рисунка один за другим на расстоянии 5-8 мм. Такая модель дает представление о многоуровневом изображении типовой 2D/3D голограммы. Наклоняя или вращая такую голограмму, вы можете увидеть даже изменение тени, которую объекты бросают на более глубокие слои изображения. Обычно используют две или три такие плоскости.
2D/3D-голограммы могут быть выполнены на основе цветного рисунка или даже фотографии объекта. Рисунок должен иметь непрерывные линии и четкие границы области каждого цвета.
Голографическое изображение формируется оптически с помощью лазерного изображения на специальных голографических установках. 2D/3D-голограммы защищаются от оптического копирования путем внедрения в их структуру специальных графических элементов и оптических эффектов. В такие голограммы можно внедрить множество защитных элементов Создание 2D/3D-голограмм требует особой тщательности при их разработке.
3D-голограммы
3D-голограммы воспроизводят точную пространственную копию реального объекта. При рассмотрении 3D-голограммы, создается впечатление, что Вы видите объект через окно, размер которого определяется размером голограммы. Создание такой иллюзии — одна из главных задач при разработке 3D-голограммы. На голограмме объект виден с разных сторон, видна реальная игра тени и цветов. Кроме того, достигается эффект, при котором часть объекта как бы находится перед окном — внутри помещения. 3D-голограммы записываются с реального объекта (масштаб 1:1) или его трехмерной модели. Поэтому очень важно сделать точную модель и правильно выполнить ее съемку.
3D-голограммы широко используются в рекламных и декоративных целях, при выполнении комплексных задач по защите и созданию имиджа торговых марок, реже — для защиты ценных бумаг и документов. Это связано с их не очень высокой стойкостью к оптическому копированию. Однако существует целый ряд технических и художественных эффектов, усложняющих копирование 3-D голограмм. Данные эффекты одновременно делают их более зрелищными.
Рентгеновская голография
Для изучения динамики нанообъектов в режиме реального времени необходимо сочетание строго синхронизированных ультракоротких импульсов излучения с очень высоким пространственным разрешением.
При этом, чтобы по дифракционной картине восстановить форму объекта в каждый момент времени, нужно решать сложную задачу обратного преобразования Фурье.
Альтернативой является голографическая методика, основанная на интерференции двух лучей, которые рассеиваются на объекте с некоторой задержкой по времени.
Так, в выпуске журнала Nature448, 676 2007 года появилась статья, рывком перебрасывающая голографический метод исследования в мир нанометровых размеров. Большая группа американских, шведских и германских физиков, используя рентгеновский лазер на свободных электронах, сумела получить голограммы объектов размером в сотни нанометров. И более того, на этих голограммах запечатлен вовсе не неподвижный предмет, а сверхбыстрый процесс — взрыв субмикронного(сверхтонкого) полистиролового шарика — длительностью всего лишь несколько пикосекунд (10-12 с)!
|
Рисунок 11. Последовательные этапы сверхскоростной и сверхминиатюрной голографии |
Особенностью этой работы является простота установки. Достаточно приготовить специальную слоистую мишень, настроить рентгеновский лазер и подставить цифровую камеру рентгеновского излучения, а дальше всю работу берет на себя мощный и очень короткий рентгеновский импульс. Он сам инициирует взрыв шарика, а также играет роль как опорного, так и регистрирующего луча при получении голограммы.
Вначале экспериментаторы приготовили мишень-«слойку». Она состояла из специального зеркала, отражающего мягкие рентгеновские лучи, и тонкой пленки с налипшими на нее полистироловыми шариками. Пленка располагалась чуть впереди зеркала; зазор между ними можно было изменять от 0,03 мм до 1,2 мм. Прямо на эту слойку падал очень короткий и мощный импульс рентгеновского излучения, и при этом происходила цепь интересных явлений (см. рисунок).
Когда импульс достигал пленки, полистироловый шарик поглощал часть излучения, его температура резко повышалась, и за несколько пикосекунд он взрывался. Однако с точки зрения рентгеновского импульса этот взрыв длится довольно долго. Импульс за это время успевает дойти до зеркала, отразиться обратно и вновь пройти сквозь взрывающийся шарик. Время, которое импульс затрачивает на этот путь, зависит от ширины зазора: чем он шире, тем больше задержка, и значит, тем в более поздней стадии взрыва импульс «увидит» шарик на пути обратно.
При такой методике зеркало нужно только лишь для фиксированной задержки между двумя моментами прохождения. После первого прохождения появляется опорная волна (синяя полоска на рисунке), а после второго — «предметная» волна (красная полоска). Эти две волны накладываются и интерферируют друг с другом. Импульс затем доходит до цифровой камеры (ПЗС-матрица (сокр. от «прибор с зарядовой связью») или CCD-матрица (сокр. от CCD, «Charge-Coupled Device») и оставляет в ней изображение интерференционных полос. Получается самая настоящая рентгеновская голограмма взрывающегося шарика в какой-то определенный момент времени после начала взрыва.
Эксперимент, проведенный по такой методике, конечно, одноразовый. Один-единственный импульс взрывает не только пленку с полистироловыми шариками, но и то место на зеркале, куда он упал. Однако авторы работы, запасясь множеством таких «слоек», проводили опыт за опытом, каждый раз слегка изменяя зазор между пленкой и зеркалом. В результате они получили последовательность голографических снимков с шагом по времени в доли пикосекунды.
Методика, конечно, красивая, но можно ли с помощью нее получать какую-то новую информацию о наблюдаемом процессе (т. е. о взрыве шарика)? Да, и авторы работы это убедительно доказали. Обработав полученное изображение, они отдельно выделили «картину яркости» и «фазовую картину». Они проследили процесс взрыва, используя вначале только «картину яркости» (т. е. то, что доступно и другим методикам), а затем — только фазовую картину. Оказалось, что как динамика, так и форма взрыва шарика видны на фазовой картине гораздо подробнее и с существенно лучшим временным разрешением.
Какие перспективы вырисовываются у этой методики? Во-первых, уже в таком виде она позволяет увидеть в виде объемного изображения ультрабыстрые процессы на субмикронном масштабе расстояний, вызванные мощным излучением. Если же запускать быстрый процесс каким-то иным способом, а импульсу оставить только роль «рентгеновской вспышки», то можно попытаться голографически разглядеть, например, динамику формирования трещин в хрупких телах или сверхбыстрые фазовые превращения в ударных волнах.
Во-вторых, нет никаких принципиальных ограничений на дальнейшее уменьшение размеров предметов и длительности процессов. Описанные опыты проводились с лазером на длине волны 32 нм, но уже сейчас есть лазеры с длиной волны всего 2 нм, а в будущем можно рассчитывать и на атомные размеры. Уменьшить длительность импульса до нескольких фемтосекунд (а это характерный период колебаний отдельных атомов) тоже не составит проблемы. Всё это позволит голографически увидеть в динамике поведение отдельных молекул.