علم هولوگرافی

آنچه در این مقاله خواهید خواند:

هولوگرافی جزو مباحث فیزیک اپتیک است. به علم تولید هولوگرام، هولوگرافی می گویند. در حقیقت می توان گفت هولوگرافی بازگشت تصویر دو بعدی از یک تصویر سه بعدی است. در این مبحث فقط شدت نور آن ثبت می شود. در محیطی که حساس به نور است فقط تغییرات شدت نور ثبت می شود. هولوگرافی ثبت یک تصویر است که توسط فرآیندهای اپتیکی همانند پراش نور و تداخل نور و در اثر استفاده از لیزر به وجود آید و دارای طرح های مختلفی است.

---

معرفی ایده علم هولوگرافی

هولوگرافی ثبت یک تصویر طی یک فرآیند پیچیده نوری است که معمولا بوسیله نور لیزر از طریق دو فرآیند انکسار و تداخل نور بوجود می آید. این فرآیند بدین صورت است که نور لیزر توسط ابزار ویژه جداکننده ای (Splitter) به دو پرتو نور تقسیم میگردد، یک پرتو توسط آینه به سمت صفحه ثبت منتقل می شود که به آن پرتو مرجع (Refrence) می گوئیم و پرتوی دیگر که پرتو شی (Object) می باشد توسط آینه هدایت و پس از تابش به جسم مورد نظر جهت ثبت تصویر به سمت صفحه حساس به نور یا فیلم هدایت می شود.

---

کاربردهای علم هولوگرافی

روش های شگفت انگیز که هولوگرافی مدرن و تعهدهای کاربردی آن همگان را شگفت زده کرده است. نمایش پرنسس لیا درهولوگرافی مدرن استار واردرنیویورک، هامبورگ و بلژیک را به خاطر آورید. از لحاظ فنی تمامی این ها نمایش غیر واقعی هولوگرافی با جلوه های ویژه سینمایی درون آب و دود است یا نمونه هایی از حقه های سینمایی است که pepper ghost نامیده می شود.

هولوگرام ها تجارت گسترده ای دارند. تخمین زده شده است در سال 2020 خرید و فروش و نمایش هولوگرام اصلی 5.5 دلار بیلیون است. اما این هولوگرام ها چگونه در جامعه تآثیر گذار خواهند بود؟ پنج کاربرد خارق العاده ی هولوگرام ها به شرح زیر است. با توجه به خواص بی شمار هولوگرافی می توان از آن در شاخه های مختلف صنعت و مهندسی سود برد. این کاربرد ها عبارتند از:

یکی از مهمترین کاربردهای علم هولوگرافی در بخش هدست‌ها است که شرکت‌های فعال در زمینه تکنولوژی در سال‌های اخیر در این زمینه پیشرفت‌های زیادی داشته‌اند. یکی از این محصولات هولولنز شرکت مایکروسافت است.

کاربرد دیگر هولوگرافی در بررسی اندازه اشیایی است که از روی آن مدل دیگری ساخته‌اند. در واقع اصل شیئ و نسخه بدل را طوری در معرض تابش شعاعهای لیزر قرار می‌دهند که هولوگرام ایجاد می‌کند. هرگاه اندازه‌ اصل و بدل با یکدیگر متفاوت باشند، الگوههای تداخلی به وجود می‌آورند. از روی این الگوها اختلاف ها را متوجه می‌شوند. در این شیوه اختلافی به اندازه ۰٫۰۰۰۳ میلیمتر قابل مشاهده و بررسی است.

کاربرد هولوگرافی در علم

به عنوان مثال گرد هم آوردن دانش آموزان از ملیت ها و زبان های مختلف به لطف اینترنت و پیشرفت تکنولوژی امروزه خیلی مرسوم شده و این تکنولوژی ارتباط از راه دور از طریق هولوگرافی بعد جدید به این ارتباط می بخشد. تکنولوژی هولوگرافی این اجازه را میدهد که بتوان در آن واحد به چندین جای مختلف کنفرانس ارائه نمود. متخصصان و آموزش‌دهندگان حرفه ای از این طریق میتوانند تجربیاتشان را در اختیار دایره وسیعتری از افراد قرار دهند و محدودیت های زمان و مکان را زیر پا بگذارند.

به تازگی مهندسان شرکت سامسونگ نیز تصمیم گرفتند از علم هولوگرافی برای ساخت صفحه نمایش های سه بعدی بدون استفاده از عینک های مخصوص استفاده کنند تا بتوانند اشکال و تصاویر سه بعدی را روی صفحه نمایش ببینند. در واقع برجسته سازی تصاویر بدون استفاده از عینکها از دیگر قابلیت های هولوگرافی است. علم هولوگرافی در صنعت، پزشکی، معماری و طراحی نیز استفاده میشود.
ساخت صفحه نمایش های سه بعدی با استفاده از علم هولوگرافی بزرگترین چالش برای صنعت صفحه نمایش سازی در ۲۰ سال گذشته بوده است. بنابراین این علم توانسته برای ساختن تصاویر سه بعدی به صنعت ساخت صفحه نمایش ها کمک کند.

کاربرد هولوگرافی در صنعت

جلوگیری از جعل

متاسفانه پدیده جعل و ساخت نمونه تقلبی از روی کالایی این روزها به قدری زیاد شده است که نه تنها به تولید کنندگان ضربه وارد می کند بلکه مصرف کنندگان نیز ضربه می خورند. تکنولوژی هولوگرافی با قابلیت هایی که دارد برای جلوگیری از امکان جعل و کلاهبرداری به کمک تولیدکنندگان و صنعتگران آمده است. استفاده از این تکنولوژی به صورت برچسب های هولوگرام یکی از اصلی ترین و امن ترین راه های جلوگیری از سودجویی برخی افراد است.

زیرا همانطور که گفته شد اطلاعات دقیق کالا اعم از شماره ثبت، صاحب برند و اطلاعات دیگر که به درخواست مشتری تعیین می شود بر روی این برچسب ها منتقل می شود و تنها با استفاده از ابزار خاصی می توان آنها را مشاهده کرد. علاوه بر حمایت از تولید کنندگان و مصرف کننده ها، استفاده از برچسب های هولوگرافی بر روی کارت های شناسایی مانند کارت ملی، پاسپورت، کارت بانکی، گواهی رانندگی و … باعث جلوگیری از تقلب و ساخت نمونه جعلی آنها می شود.

جنبه تزیینی

از دیگر مواردی که در مورد استفاده از چاپ هولوگرافی می توان نام برد جنبه تزئینی آن است و در صنعت مد بسیار مورد استفاده قرار می گیرد مانند لاک ناخن و یا لباس هایی که از تکنولوژی هولوگرام الهام گرفته شده اند. حتی یک شرکت شکلات سازی سوئیسی از هولوگرافیک برای ایجاد طرح های سه بعدی بر روی شکلات های خود بهره جسته است. و بسیاری موارد دیگر.

کاربرد هولوگرافی در نمایش نظامی

گردآوری جغرافیایی اطلاعات بخشی از راهبردهای نظامی است و تصاویر تمام بعدی هولوگرافی برای شناسایی بهتر به کار گرفته می شود. یک شرکت آمریکایی بیش از سیزده هزار نقشه ی سه بعدی هولوگرافی از فضاپیماهای جنگی برای ارتش آمریکا دریافت کرده است. این تصاویر به سربازان کمک می کند تا مناطق را به خوبی شناسایی کنند و به آموزش های نظامی کمک شایانی می کند. این شرکت تصاویر را به شکل داده های کامپیوتری پیچیده در می آورد و به شکل صفحات هولوگرافی در می آورند.

به وسیله ی این صفحات کاربران می توانند تصاویر سه بعدی با کیفیت مناطق در صفحات سه بعدی را نگاه کنند، استفاده از این تکنولوژی بسیار آسان است و قابل حمل و نقل آسان است. این نقشه ها برای از بین بردن فاجعه کاربرد دارد. قابلیت نمایش تصاویر هولوگرافی سه بعدی دقیق از یک منطقه مزیت های استراتژیک دارد. این تکنولوژی به جوامع بزرگتر بسط داده می شود.

کاربرد هولوگرافی در پزشکی

هولوگرافی کاربردهای بسیاری در قسمت پزشکی دارد. برای مطالعه پرونده های داده ای بیماران در حین آموزش به پرستاران و جراحان از هولوگرافی استفاده می شود. بسیاری از سیستم های درمانی از تکنولوژی پیشرفته برای تهیه ی داده های پیچیده مانند ام آر آی و عکس برداری های فرادرمانی استفاده می کنند. اطلاعات الکترونیکی بر روی صفحات کامپیوتری به صورت تصاویر سه بعدی هولوگرافی مدرن و تمام رنگ نمایش داده می شوند. شرکتی در اسکاتلند در استفاده ی این نوع داده ها برای تولید تصاویر سه بعدی برای آموزش و نمایش موفق است. مزیت این تکنولوژی این است نیازی به ابزار نمایشی، عینک و یا هیچ ابزار دیگری برای نمایش نیست.

کاربرد هولوگرافی در کلاهبرداری و امنیت

هولوگرام ها ابزار های بصری پیچیده هستند وبه دشواری تولید می شوند و مزیت بالایی در تولید تبلیغات بازرگانی امنیتی دارند. به طور یقین اکثریت افراد یک هولوگرام امنیتی در جیب هایشان دارند. هولوگرام نقره ای مستطیلی کوچک در روی کارت های اعتباری تان یک هولوگرام سفید رنگ، آینه ای و تراگسیلش است. این هولوگرام نمایانگر یک تصویر سه بعدی است که با حرکت از یک سمت به سمت دیگر نمایان می شود و با پرتاب به سمت بالا تغیر رنگ می دهد.

تولید یک جا این هولوگرام آسان است و به سختی جعل می شود. هولوگرام های امنیتی نیز کاربردهای بسیاری در بانک دارند. برچسب براق بر روی اسکناس های بانک نوعی هولوگرام است که با حرکت نوشته رنگ آن تغییر پیدا می کند. اگر علاقه مند به مصرف مشروبات الکلی هستید و خواهان نمونه ی واقعی آن هستید می توانید از شراب انگور تولید شده در یکی از کارخانه های شمال آفریقا که برچسب هولوگرافی ضمیمه شده محصولاتشان است استفاده کنید.

کاربرد هولوگرافی در هنر

هنرمندان نیز با محصولات هولوگرافی سر وکار دارند و این هنر بخشی از فرآیند های بصری شان شده است. سازنده ی بریتانیایی هولوگرافی مدرن مارگارت امکان دستیابی به هولوگرافی های پیچیده وگران قیمت را امکان پذیر ساخت. پایه ی اساسی کارهای او در حول مسائل هنری و مرتبط با کار هنرمندان بوده است. موضوع مقاله ی دکترای او در پیرامون “هنر هولوگرافی”بوده است. در سرتا سر جهان هنرمندان پیشگام بسیاری وجود دارند که از تصاویر سه بعدی هولوگرام برای ساخت اجسام جامد و چند تکه، ایجاد فضا، ترکیب تصاویر و ویدیو ها برای برای تولید انیمشن های سه بعدی استفاده می کنند.

کاربرد هولوگرافی در ذخیره اطلاعات

امروزه حجم زیادی از داده ها تولید می شود. هرساله ظرفیت داده های دیجیتالی افزایش می یابد و مقرون به صرفه تر می شود. تمایل افراد به ذخیره ی داده ها و نگهداری در طول زندگی بسیار است. به کامپیوتر شخصی خود و حجم اطلاعات ذخیره شده اعم از عکس، داده و ویدیوهای خانوادگی بیندیشید. حال تصور کنید این حجم زیاد اطلاعات در دیسک های کامپیوتری تان تخریب شده است. تصاویر هولوگرافی مدرن به طور شگفت انگیزی واقعی به نظر می رسد زیرا طی فرآیند ثبت و ضبط تمامی اطلاعات مربوط به تصویر ثبت می گردد.

اما هولوگرام ها نیازی به ثبت اطلاعات بصری اجسام را ندارند. آن ها قابلیت ثبت داده ها و صفحات درونی آن را دارند. هولوگرام ها حجم غیر قابل تصوری از اطلاعات را ذخیره می کنند، وعلاوه بر ثبت اطلاعات 4.4 M اطلاعات در دیسک های مشابه به دی وی دی ها امنیت بالایی دارند. اگر یک هولوگرام بصری از اطلاعات یک صفحه را بسازیم و آن را به قطعات کوچکتر تقسیم کنیم دوباره می توانیم اطلاعات را بازسازی کنیم. ذخیره ی اطلاعات هولوگرافی درجه ی اطمینانی بالاتری است.

برخلاف سی دی و دی وی دی که اطلاعات را بر روی دیسک ثبت می کنند هولوگرام ها اطلاعات را بر صفحات سه بعدی ثبت می کنند. محققان احتمال ذخیره ی داده های هولوگرافی را برای بیش از پنجاه سال را معرفی کرده اند و در حال نزدیک شدن به سیستم های کاربردی هستند. این محاسبات براساس نور (فوتون ها ) انجام می گیرد نه الکتریسیته. ذخیره ی هولوگرافی داده ها روزی یکی از گزینه های انتخابی خواهد بود .

---

پدید آورنده علم هولوگرافی

بی شک دنیس گابور ( Denis Gabor ) انگلیسی را می بایست به عنوان پدید آورنده علم هولوگرافی دانست. چرا که او در سال 1947 میلادی در حالی که در زمینه افزایش دقت میکروسکوپ های الکترونی فعالیت می نمود موفق به انجام این کشف مهم شد و در سال 1971 مفتخر به دریافت جایزه نوبل فیزیک گردید. یافته های وی به ناچار تا اوایل سال 1960 یعنی زمان اختراع نور لیزر به تعویق افتاد.

پس از این تاریخ دو محقق به نامهای لایت ( Emmett Leith ) و اپاتنیکس ( Juris Upatnieks ) از ایالات متحده آمریکا و یوک ( Yuri Dennis Yuk ) از روسیه بطور مستقل از یکدیگر روش های دیگری را با بهره گیری از نور لیزر در ساخت هولوگرام به شکل امروزی کشف نمودند.

---

سیر تحول هولوگرافی با نور همدوس لیزر

تهیه تمام نگاری و ثبت تصویر مانند آنچه برای ثبت تصاویر متعارف عکاسی معمول است روی فیلم حساس عکاسی انجام می‌گیرد، اما برای درک تفاوت میان دو شیوه لازم است طبیعت نور بررسی شود.
نور مرئی: نور مرئی شکلی از تابش الکترو مغناطیسی است و با سرعت ۳۰۰ هزار کیلومتر در ثانیه حرکت می‌کند. از سوی دیگر می‌دانیم که فاصله دو بر آمدگی در حرکت موجی را طول موج و تعداد برآمدگیهایی را که در هر ثانیه از یک نقطه معین می‌گذرد فرکانس یا بسامد حرکت موج می‌نامند. حاصلضرب بسامد در طول موج نیز سرعت انتشار خوانده می‌شود و چون سرعت انتشار ثابت است. بنابراین، می‌توان گفت که در فرکانس بالا طول موجها کوتاهترند.

منابع نوری که در عکاسی متعارف از آنها استفاده می‌شود، نور خورشید روشنایی حاصل از چراغهای برق است. فرکانس این نوع منابع نور، بسیار گسترده است. و نورهای فرابنفش تا فرو سرخ را در بر می‌گیرد. به دلیل ماهیت نا منظم نور سفید در این نوع نور نمی‌توان در ثبت اطلاعات مربوط به عمق منظره یا صفحه استفاده کرد.برای ثبت اطلاعات مربوط به عمق منظره یا صفحه، منبع نور مورد استفاده باید از نوع تک فرکانسی نباشد، یعنی تک رنگ باشد و هر چه موج با موجهای دیگر هم فاز یا همدوس باشد، در چنین منبع نوری برآمدگی هر موج هم فاز با دیگر فیزیک امواج حرکت می‌کند و اضافه می‌کنیم که چنین تابش نوری را ابزار لیزری منتشر می‌کند.

---

هولوگرام چگونه ساخته می شود؟

آنچه که بعنوان هولوگرام می بینیم ثبت یک تصویر طی یک فرآیند پیچیده اپتیکی است که معمولا به وسیله نور لیزر از طریق دو فرآیند پراش نور و تداخل نور به وجود می آید. این فرآیند بدین صورت است که نور لیزر توسط ابزار ویژه ای به دو باریکه نور تقسیم می گردد، یک باریکه به سمت صفحه ثبات منتقل می شود که به آن پرتو مرجع می گوئیم و باریکه دیگر که پرتو شی است پس از عبور از شی مورد نظر جهت عکس برداری به سمت صفحه ثبات هدایت می شود. این دو پرتو در محل صفحه ثبات با هم تداخل می کنند.

در این فرآیند هنگامی که قله های دو موج برهم منطبق می شوند، شدت یا دامنه انرژی موج افزایش می یابد و زمانی که قله و دره موج دوم تطبیق می کند، چگالی کاهش می یابد. تداخل سازنده وقتی رخ می دهد که هردو موج بطور هم فاز نسبت به هم به یک نقطه برسند و تداخل ویرانگر هنگامی اتفاق می افتد که امواج غیر هم فاز باشند.

از آنجایی که این الگوی ثبت شده شامل اطلاعات دامنه و فاز باریکه تا شی است بنابراین تفاوت آشکاری با یک عکس معمولی را داشته و همین امر موجب سه بعدی بنظر رسیدن تصویر هولوگرام می گردد. هولوگرافی از نظر ثبت اطلاعات مربوط به یک صحنه و منظره بر روی فیلم، به عکاسی شباهت دارد، اما شیوه‌ها و وسایل کار برای ایجاد تصویر همچون خود مقادیر به دست آمده کاملا متفاوتند. در عکاسی متعارف تصویری که از یک منظره و صحنه بدست می‌آید، چه عکس باشد یا اسلاید به هر حال تصویری است که نهایتا ایجاد می‌شود.

---

تفاوت اصلی هولوگرام و هولوگرافی

اطلاعات مربوط به هر سه بند ثبت شده است و ناظر از تماشای هولوگرام احساس برجستگی در تصویر می‌کند. حتی بیش از آنچه در استرئوسکوپی معمول است، در استرئوسکوپی را با تعبیری می‌شود بعد کاذب نامید. چون فقط از یک زاویه یعنی همان زاویه‌ای که دوربین ها موقع عکسبرداری، مستقر بوده، می‌شود تصویر را مشاهده کرد.

در حالی که در هولوگرافی منظره بازسازی شده را از زوایای متعدد می‌توان دید و ناظر با حرکت دادن سر خود اثر ناشی از اختلاف منظر معین جابجایی روشن نسبت به هم در اثر جابجایی ناظر را حس خواهد کرد.

فیلم هولوگرافی ظاهر شده یا هولوگرام ، شباهتی به منظره اصلی یا موضوع اصلی ندارد. هرگاه موضوع مورد عکاسی، صفحه‌ای صاف و منعکس کننده نور باشد، تصویر روی فیلم مجموعه‌ای از رشته‌های روشن و تاریک خواهد بود. حال آنکه تصویر یک نقطه به صورت تعدادی دایره‌ هم مرکز خواهد بود و در واقع هولوگرام یک منظره به شکل دوایر تیره و روشن است که با پیچیدگی خاصی بر روی هم قرار گرفته‌اند.

---

روش های ثبت تصاویر هولوگرافی

ثبت تصاویر هولوگرافی شیوه‌های گوناگون دارد اما معمولا هولوگراف به صورت شفافه (فیلمی مانند اسلاید) ثبت می‌شود، برای ایجاد و بازسازی منظره اصلی باید پرتو نور همدوس مطابق باریکه مبنا که در ثبت تصویر مورد استفاده قرار گرفته است بر شفافه تاباند. هرگاه در پشت همین شفافه قرار بگیریم تصویرهای صحنه یا منظره را دوباره خواهیم دید.

در واقع پرتو لیزری که تصویر را بازسازی می‌کند، باید عینا مانند پرتو اولیه نباشد. این پرتو به محض عبور از داخل شفافه هولوگرام از نظر دامنه و فاز تغییر می‌کند و به این ترتیب تصویر مجازی از جسم ایجاد می‌کند که فقط ناظری که پشت هولوگرام قرار دارد، آن را می‌بیند.

علاوه بر آن یک تصویر حقیقی نیز در سمتی که ناظر قرار دارد، ظاهر می‌شود. این تصویر را با چشم نمی‌توان دید و برای مشاهده آن باید پرده‌ای را در باریکه کانونی قرار داد، تا تصویر بر روی آن تشکیل شود. چون رنگ به فرکانس نور بستگی دارد. بنابراین هولوگرافی که با استفاده از یک باریکه لیزر به وجود می‌آید تک رنگ خواهد بود. البته با استفاده از سه باریکه لیزر که فرکانس آنها مطابق با فرکانس نور ( رنگهای اصلی قرمز، سبز و آبی ) باشد می‌تواند تصویری تمام رنگی ایجاد کرد.

---

 چاپ هولوگرافی

صنعت چاپ از دیر باز تا به امروز با پیشرفت علم و تکنولوژی همگام و هم راستا بوده است و هولوگرافی یکی از تولیداتی است که شاهد آن بودیم. علم و تکنولوژی هولوگرافی برچسب هایی تولید می شود که دارای اطلاعات کالا، سیستم سازنده و … است و دست بسیاری از کلاهبرداران را از این رو بسته است. با استفاده از چاپ هولوگرافی تولید کنندگان می توانند امنیت و حفظ کالای خود را تضمین کنند. در ادامه بیشتر در مورد مزیت ها و کاربردهای چاپ هولوگرافی صحبت خواهد شد.

شاید شما هم با شنیدن عبارت چاپ هولوگرافی یا چاپ هولوگرافیک یا چاپ هولوگرام برایتان سوال باشد که چگونه این کار انجام می شود و آیا ما در زندگی روزمره خود از آن استفاده کرده ایم؟ باید گفت چاپ هولوگرافی چندین سال است وجود دارد و پدیده ای نیست که تا به حال ندیده باشیم. کافیست که نگاهی به کارت اعتباری یا کارت های شناسایی خود بیندازید یا بر روی بسته های سی دی و یا دی وی دی و بسیاری از کالاها را نگاه کنید. برچسب کوچک براقی که وجود دارد، برچسب هولوگرافی است که این صنعت چاپ کرده است و حاوی تمامی اطلاعات آن کالا است.

افرادی که با دنیای صنعت چاپ آشنایی دارند می دانند که یکی از قابلیت ها یا به عبارتی خدماتی که این صنعت در زمینه جلوگیری از کلاهبرداری ها در تهیه و توزیع کالا کرده است استفاده از چاپ هولوگرافی یا هولوگرام است.