Digitálna holografia je spôsob, ako zaregistrovať 3D informácie pomocou digitálnych fotoaparátov. Dnes už má široké praktické uplatnenie a vedci si budú v budúcnosti istí, že budú nepostrádateľní v mnohých oblastiach, od medicíny až po astronómiu. O súčasnosti a budúcnosti digitálnej holografie.
Fyzikálne princípy holografie
Holografia je metóda, ktorá umožňuje zaregistrovať informácie o objekte a obnoviť jeho obraz, a to aj v trojrozmernej podobe. To sa dosahuje registráciou nielen amplitúdy svetla (ako pri štandardnej fotografii), ale aj fázy, ktorá umožňuje pozorovať obraz rekonštruovaný z hologramu z rôznych uhlov.
Hologramy sa zaznamenávajú registráciou celkovej amplitúdy dvoch svetelných lúčov: objektu (odrážaného od objektu alebo prenášaného cez neho) a referenčného. Ak sú navzájom koherentné - majú konštantný fázový rozdiel - potom sa v rovine superpozície lúčov vytvorí interferenčný obrazec, ktorý sa zaznamenáva digitálnymi fotosenzormi alebo fotocitlivými médiami.
Svetové trendy
Pomocou digitálnej holografie môžete vytvoriť skutočnú trojrozmernú vizualizáciu objektov a scén. To si nevyžaduje špeciálne okuliare na pozorovanie scén alebo špeciálne umiestnenie pozorovateľa. Na tomto princípe sa teraz aktívne vyvíjajú 3D displeje, ktoré umožňujú vizualizáciu vysokokvalitných obrázkov. Vedci si sú istí, že sa blíži okamih, keď farebné obrázky z hologramov budú mať podobnú farebnú kvalitu ako fotografie, pričom sa reprodukuje trojrozmerný obraz objektu.
Propagačné video:
Jedným zo súčasných pokrokov je komunikácia 5G pomocou holografických princípov na vytvorenie obrazu partnera. Odborníci sa domnievajú, že o niekoľko rokov sa táto technológia bude môcť stať komerčnou službou.
Mimoriadne sľubným smerom je 3D tlač pomocou hologramov. Holografický obraz dielu je rozdelený po častiach na projekcie a potom je pod kontrolou programu uskutočnená rýchla vrstva-po-vrstva každej projekcie.
Oblasti digitálnej holografie, ktoré sa používajú vo vedeckom a aplikovanom výskume, sa aktívne rozvíjajú: holografická mikroskopia (vizualizácia mikro a nanoobjektov) a holografická interferometria (dynamická registrácia zmien parametrov objektu - teplota, tvar, index lomu).
Digitálna holografia sa okrem toho už široko používa v lekárskom a biologickom zobrazovaní, v systémoch na kódovanie, prenos a uchovávanie údajov a tiež umožňuje zvýšiť bezpečnosť výrobkov, bankoviek a bankových kariet.
Ruské úspechy
V súčasnosti vykonáva výskum v oblasti holografie - analógový aj digitálny - množstvo univerzít a spoločností, ktorých laboratóriá dosiahli významné výsledky.
Napríklad NRNU MEPhI zaviedla systém na dynamické zaznamenávanie, prenos a optickú demonštráciu hologramov v reálnom čase s rozlíšením najmenej 2 milióny pixelov. Umožňuje vám vzdialene reprodukovať scény a objekty zaznamenané v optických aj infračervených rozsahoch - ktoré sa dajú použiť napríklad na zaznamenávanie informácií v agresívnych prostrediach.
Dnes je na prenos holografického videa potrebný kanál so šírkou pásma najmenej jednotiek gigabitov za sekundu, takže technológie na konverziu a kompresiu digitálnych hologramov sú veľmi dôležité. NRNU MEPhI týmto smerom aktívne pracuje. V máji 2019 časopis Scientific Reports predstavil metódu stovky stlačení holografických informácií vyvinutú v rámci grantu Ruskej vedeckej nadácie č. 18-79-00277.
Ďalšou dôležitou oblasťou je zlepšenie kvality optického zobrazovania 3D scén zo zaznamenaných hologramov. Ústav laserových a plazmatických technológií (LaPlaz), NRNU MEPhI, vyvíja metódy na zlepšenie počítačového a skutočného optického zobrazovania hologramov pomocou viacstupňových modulátorov tekutých kryštálov a binárnych vysokorýchlostných mikromirrorových modulátorov. V roku 2019 vedci z NRNU MEPhI publikovali rozsiahlu štúdiu o metódach binarizácie pre zobrazovanie 3D objektov v najlepšej kvalite v časopise OpticsandLasersinEngineering. Ako vedci vysvetlili, tento vývoj by mohol byť užitočný pri vytváraní vysokorýchlostných 3D obrazoviek.
Holografia je použiteľná nielen na ukladanie, ale aj na ochranu informácií. Vedci z NRNU MEPhI v súčasnosti vytvárajú systémy na kódovanie údajov, ktoré využívajú obraz zaznamenaný na holograme ako kódovací kľúč. V rámci grantu Ruskej vedeckej nadácie č. 19-19-00498 sa pracuje na vytvorení systému kódovania založeného na vysokorýchlostných mikromirrorových modulátoroch svetla. Takýto systém je schopný kódovať informácie pri šírke pásma gigabitov za sekundu.
Nemenej dôležitou oblasťou výskumu je rozpoznávanie objektov. Dnes, ako vysvetlili odborníci NRNU MEPhI, rozpoznávacie zariadenia zvyčajne používajú iba priestorové prvky. V nedávno uverejnenom článku v časopise Optics Communications bola navrhnutá metóda na rozpoznávanie tvarových aj spektrálnych znakov, použiteľná napríklad v orientačných zariadeniach v priestore alebo na identifikáciu biologických druhov.