Блог компании ИТМО. Периодически на Хабре появляются новости о новых голографических устройствах. Одна из таких разработок, на которую мы обратили внимание, ― «голографический» дисплей, представленный на CES. Любопытно, что к голографии в научном понимании такие разработки имеют очень косвенное отношение.

Holobox ― просто прозрачный жидкокристаллический экран, на который выводится плоская картинка ― проекция трехмерного объекта. Воспринять объем с помощью такого дисплея действительно можно, но только если смотреть прямо и избавиться от бликов.

Но голография как научное направление активно развивается. Возможно, новости этого сегмента не на хайпе, но здесь есть о чем рассказать. Разрабатываются новые материалы для записи полноцветных голограмм, фиксируется терминология, прорабатываются подходы и методы. В этой статье на примере работы Лаборатории цифровой и изобразительной голографии ИТМО поговорим о том, чем на самом деле живет научная голография (дисклеймер: речь пойдет о статических голограммах ― сферу динамических трогать не будем).

Голография в научном понимании

В отличие от фотографии, голограмма ― носитель, на котором зафиксирована не только амплитуда, но и фаза волнового фронта, приходящего от объекта.

Для записи голограммы объект освещается под определенным углом. После чего на специальном носителе фиксируются параметры отраженной (или прошедшей через объект) световой волны.

В середине прошлого века советский ученый Юрий Денисюк предложил записывать трехмерные голограммы отражательного типа на тонком светочувствительном материале на основе галогенида серебра. Предложенный процесс ― двухэтапный. При освещении объекта лазером на фотоматериале образуется скрытое изображение дифракционной структуры, а последующая обработка «проявляет» ее, делая возможным восстановление объектной волны.

Схема записи отражательных голограмм методом Ю. Н. Денисюка. Восстановление записанного голографического изображения осуществляется при помощи источника белого света, падающего на фотопластинку под тем же углом, под которым распространялся опорный пучок когерентного излучения

Позже были разработаны и альтернативные способы записи на фотополимерах, которым не требуется последующая проявка (пример). Но пока эти материалы полностью не могут заменить существующую технологию как минимум из-за светочувствительности. Это направление развивается, в том числе в сторону создания функциональных материалов, на которые можно писать полноцветные голограммы с высоким разрешением. Но на данный момент для задач изобразительной голографии в ИТМО в основном используют галогенид серебра.

В начале развития этой технологии голограммы записывались с экспозицией до десятков минут. Но развитие импульсных лазерных источников света сократило это время до наносекунд. И в целом процесс давно покинул стены лаборатории ― голограммы можно снимать даже «в поле» на месте проведения археологических раскопок.

По сравнению с фотографией голограммы обладают большим набором возможностей. С их помощью можно записывать и воспроизводить исчерпывающие данные о форме объекта с интерферометрической точностью ― 5–10 * 10³ линий на мм. При этом голограммы могут иметь достаточно большие физические размеры. В Музее оптики Университета ИТМО хранятся одни из самых крупных голограмм в мире ― размерами 1,2 х 0,8 м. Всего таких голограмм три ― бюст Пушкина, бюст Ленина и голограмма с названием «Не для войны». Экспертный совет от имени Политехнического музея и Ассоциация содействия развитию научно-технических музеев АМНИТ официально присвоили голограмме бюста Пушкина статус «Памятник науки и техники России».

Таким образом, одна голограмма может иметь гигантскую информационную емкость. При этом некоторые виды голограмм могут храниться десятилетиями без каких-либо изменений, в то время как более традиционные носители информации ― кассеты, дискеты, жесткие диски ― сменяют друг друга раз в 5–10 лет (а форматы хранения меняются еще чаще).

Голограмма «Бюст Пушкина»

Следует разделять аналоговую, цифровую и компьютерную голографию.