واژه holography ریشه یونانی دارد و در اصل به معنی”تصویر سراسری” است، که معادل فارسی آن را تمام نگاری گفته اند که نتیجه عمل تمام نگاشت ها است. تمام نگاشت ها انواع بسیار متفاوتی دارند، ولی جملگی در یک ویژگی شاخص مشترکند و آن این است، تصویرهای واقعی سه بعدی اجسام اصلی را باز آفرینی می کنند.
مبحث تمام نگاری در سال 1947 با ابتکار عمل دیش گابور کشف شد. وی در سال 1971 جایزه نوبل در فزیک را دریافت کرد. در اوایل دهه 1960 امت لایث (Emet – Lais) و جوریس پویا تنیکس ( Joris -yopatniks) از ایلات متحده آمریکا و جود نیس یوک (u – penis – yok) از روسیه بطور مستقل از یکدیگر روش های دیگر را برای بهره گیری از نور لیزر در ساختن تمام نگاشت ها کشف کردند.
آنچه در این مقاله می خوانید:
دو یا چند باریکه نور که از چشمه لیزر یکسانی سرچشمه می گیرند، تنش هایی تداخلی می سازند و تمام نگاشت محیطی حساس نسبت به نور ( قبل امولسیون عکاسی) است که این نقش را روی خودش ثبت می کنند. در طرح متداول ساخت تمام نگاشت، باریکه ای لیزری با استفاده از آینه نیم بازتابنده به دو باریکه تقسیم می شود. یکی از باریکه ها پس از گستره شدن بوسیله عدسی یا آینه خمیده، یه سمت لایه امولسیون که روی یک سطح شیشه ای قرار دارد تابانده می شود. این باریکه مربع را (R) می گویند.
بقیه نور گسترده می شود تا به جسم سه بعدی که می خواهیم تصویر آنرا تشکیل دهیم، تابانده شود. نوری را که از جسم پراکنده می شود به سمت صفحه عکاسی می رود، باریکه جسم (O) می گویند. نظر به اینکه تمام پرتوهای نور از یک چشمه لیزر می آیند، دو باریکه نسبت به هم همدوس هستند و نقش های تداخلی مشخصی را بوجود می آورند.
برای درک بهتر این فرآیند، ابتدا ساده ترین جسم یعنی یک نقطه در فضا در نظر بگیرید که در فاصله زیادی از صفحه عکاسی قرار گرفته اند و تحت زاویه 90ْ نسبت به یکدیگر باهم تداخل می کنند. نقش تداخلی ایجاد شده، دقیقا همانند نقش تداخلی حاصل از دو شکاف یانگ برای حالتی است که فاصله بین فریزها بسیار زیاد باشد. تمام نگاشتی که تحت تابش قرار گرفته و ظاهر شده است، توری پراشی است با d = λ (برابر با طول موج) که در آن d فاصله بین فریزها و λ طول موج نور است.
نور لیزر که از نقطه R می آید تمام نگاشت را روشن می کند. نور پراشیده بنابر معادله mλ = d SinΘ به ازای زاویه Θ = 90ْ بدست می دهد. پراش مرتبههای بالاتر ممکن نیست به این ترتیب تمام نور پراشیده شده تصویر مجازی از O بوجود می آورد. اگر پرتوها به سمت عقب و بسوی R جهت داده شوند (′R .(O نیز بسوی عقب بازسازی می شود، اگر پرده ای حل ′O قرار گیرد، تصویر حقیقی جسم را نشان خواهد داد.
اگر بجای نقطه O یک جسم سه بعدی که با نور لیزر روشن شده است قرار دهیم، باریکه جسم O در این حالت از مجموعه وسیعی از چشمههای نقطه ای تشکیل می شود که نشان دهنده نقاط پراکندگی جسم است. اکنون آنچه روی صفحه عکاسی ثبت می شود، برهمنهی از توری های پراش خواهد بود. در صورتی که این صفحه را به کمک R یا ′R روشن کنیم به ترتیب، تصویر مجازی یا حقیقی از جسم را میتوان مشاهده کرد. حاصل ثبت تصویر به روش بالا را تمام نگاشت تراگسیلی می نامند.
این تمام نگاشت دارای این خاصیت که هر قسمت کوچکی از آن می تواند تصویر کامل جسم را بازسازی کنند. این موضوع را می توان با تشخیص این نکته که هر مساحت کوچکی از تمام نگاشت خود تمام نگاشت کوچک تری است درک کرد.
گونه های ترکیبی فراوانی از تمام نگاشتهای تراگسلی بازتابی وجود دارد. متداول ترین نوع تمام نگاشت آنهایی هستند که برای مقاصد امنیتی، مانند مورد کاست های اعتباری، بکار گرفته می شوند. اینگونه تمام نگشات ها در واقع نگاشت های تراگسیلی هستند که روی سطحی بازتابان برجسته کاری شدهاند و معمولا در این نوع تمام نگاشت ها از اختلاف نظر قائم صرف نظر می شود.
نوع دیگری از تمام نگاشت های رایج، تمام نگاشت انتگرالی است. این نوع تمام نگاشت با استفاده از ترکیب تعدادی تصویرهای دو بعدی (مانند عکس ، تصویرهای گرافیکی رایانهای) بطور مصنوعی ساخته می شود.
نور لیزر هلیوم – نئونی با توان 1 تا 5 میلی وات به کمک آینه کاری، که سطح جلوی آن نقره اندود شده پخش می شود. قسمتی از نور مستقیما به صفحه عکاسی میرسد باریکه مرجع را تشکیل می دهد. که در اینجا R همان کانون آینه است. قسمت دیگری از نور ، جسم مورد نظر را روشن می کند و پس از پراکندگی از آن به صفحه عکاسی می رسد و باریکه جسم را تشکیل می دهد. صفحه عکاسی و جسم را روی صفحه فولادی قرار داده که خود آن روی تیوب لاستیک باد شده ای مستقر شده است تا ارتعاشات مکانیکی را از زیر جذب کند.
تمام اجزای این آزمایش ، به کمک آهنربا یا بوسیله چسب سر جای خود ثابت نگه داشته می شوند. این کار ضروری است زیرا در خلال نور دهی که ممکن است چندین ثانیه طول بکشد، هر حرکت نسبی جسم و صفحه عکاسی سبب محو شدن آن نقش های تداخلی میکروسکوپیکی که در حال ثبت شدن است میشود و کار بی نتیجه می ماند. در حالت کلی برای روشن کردن صفحه های بزرگ به صورتی هنرمندانه یا مقید تر، به تجهیزات نوری بسیار مفصل تری نیاز است.
پیشنهاد میکنیم مقاله زیر را نیز بخوانید:
با بهره گیری از لیزر یاقوتی، که می تواند بیش از 1 ژول انرژی نوری را در زمانی کوتاه تر از 20 نانو ثانیه گسیل دارد. می توان تمام نگاشتی از توده ای از اجسام متحرک مانند اشخاص زنده، را تهیه کرد. زمان نور دهی بسیار کوتاه، امکان ثبت نقش های تداخلی را بدون محو شدگی بدست می آورد. واضح است که در این موارد، اقدامات احتیاطی لازم جهت محافظت از چشم اشخاص باید صورت بگیرد. توجه کنید که در اینجا جسم در تماس با صفحه عکاسی و در طرف مقابل نور مرجع R قرار دارد.
نظر به اینکه تمام نگاشت، تمام نگاشت حجمی است، فاصله میان صفحات براگ منجر به تعیین طول موج بازسازی شده می شود. اگر از انبساط و انقباض امولسیون در مراحل عملیاتی جلوگیری کنیم، تصویر بازسازی به کمک نور سفید، به رنگ نور لیزری خواهد بود که هنگام ثبت مورد استفاده قرار گرفته است. با استفاده از امولسیونی که نسبت به طول موج های سرخ، سبز و آبی حساس شده باشد میتوان به تصاویر تمام رنگی است را که بطور شگفت آوری واقعی هستند.
علاوه بر موارد استفاده آشکار تمام نگاری یا هولوگرافی در هنر و تولید تصویر در کنار استفاده فرعی آن در امور امنیتی، سه زمینه اصلی کاربرد آن به شرح زیر است:
وقتی ′R به سوی 1mm2 از تمام نگاشت تراگسیلی تابانده شود. تصویر حاوی هشت مگابیت اطلاعات با سرعت نور روی پرده تصویر (صفحه عکاسی) پدید می آید. در فاصله 30 سانتیمتری بین تمام نگاشت و پرده تصویر، این مقدار اطلاعات در حکم تخلیه یک مگابایت اطالاعات در هر نانو ثانیه است! به لحاظ نظری، هر مکعبی به حجم λ3 می تواند مقدار یک اطلاعات تمام نگاشتی را در خود ذخیره کند.
به این ترتیب، تمام نگاشتی با حجم 1Cm3 میتواند مقدار یک ترابایت (1012 بایت) اطلاعات در خود ذخیره کند که بدون استفاده از سیم در فضا قابل انتقال است (اتصال در فضای تهی)، این توانایی امروزه در آزمایشگاه به نمایش گذاشته می شود. با بهره گیری از بلورهای مصنوعی خارق العاده، این سیستم حافظه تمام نگاشتی می تواند بخواند و بنویسد. به این ترتیب، تمام نگاشت ها در رایانه های اپتیکی که در آینده نزدیک وارد عرصه فعالیت می شوند، نقش پیشگامانه بر عهده خواهند داشت.
پیشنهاد میکنیم مقاله زیر را نیز بخوانید:
تمام نگاشت ها را می توان چنان ساخت که مانند عدسی عمل کنند. به علاوه اپتیک تمام نگاشتی را می توان بوسیله رایانه چنان طراحی کرد که انجام عملیاتی که در اپتیک استاندارد غیر ممکن است امکان پذیر شود. در حال حاضر تراشه های الکترواپتیکی که در آنها الکترونیک با لیزرهای میکروسکوبیکی و تارهای نوری و تمام نگاری طراحی شده با رایانه ترکیب شده است، فعالانه مورد مطالعه هستند.
توانمندی ذاتی اپتیک در پردازش موازی، برای برطرف کردن مشکل تراکم ورودی – خروجی که هم اکنون در رایانه های الکترونیکی وجود دارد، کمک خواهد کرد. علاوه بر رایانه عناصر اپتیکی تمام نگاشتی بطور موفقیت آمیزی در رویش، صفحه نمایش سر بالا (پنجره شفافی که از طریق آن یک راننده می تواند همینطور که سرش بالاست و به جلو نگاه می کند اطلاعات مورد نیازش را بخواند و در ابزارهای گوناگون پزشکی مورد استفاده قرار گرفته است.)
درست به همان ترتیبی که آلبرت مایکسون با بهره گیری از تداخل سنجی قادر بود طول متر را با بیشترین دقت تعیین کند، تداخل سنجی تمام نگاشتی (تمام سنجی) را نیز میتوان برای اندازه گیری سه بعدی با دقت بسیار زیاد مورد استفاده قرار داد. این به این صورت امکان پذیر است که از تمام نگاشت نگاه کنیم و بطور همزمان تصویر مجازی ذخیره شده و جسم حقیقی را مشاده کنیم. تصویر مجازی، در زمان حقیقی با نور پراکنده شده از جسم حقیقی تداخل می کند و اختلاف دما را به کمک فریزهای زنده نشان می دهد.