Якщо двовимірна картинка варто тисячі слів, тоді тривимірна коштує мільйони. Незважаючи на те, що голографія була винайдена більше 70 років тому, вона залишається найкращим кандидатом на отримання істинних 3D-дисплеїв. Перед вами шість важливих фактів про голографії, яких ви могли не знати.
Знаменитості - НЕ голограма
Тільки голограма є голограмою: її легко відрізнити від іншого
Припустимо, ви тільки що зробили знімок. Ви взяли камеру, направили, кликнули і зняли певну інформацію. З точки зору оптики ви зберегли певні амплітуди світлового поля, усереднені за часом, що виходять від сцени, використовуючи деяку форму сенсора. В результаті велика кількість інформації в цьому світловому полі було просто викинуто. Ви просто зняли невелику частину тієї інформації, яку вдалося зловити. Голограма (винайдена в 1847 році Деннісом Габором), голографія, в своєму основному розумінні означає запис, а потім реконструкцію інформації всього світлового поля, яке потрапило в об'єктив, причому так, щоб спостерігач не міг відрізнити її від оригінальної сцени, оскільки голограма «дає» спостерігачеві всю вихідну інформацію.
Ви, звичайно, запитаєте: як нам це зробити? Що ж, якщо ви візьмете об'єкт, який хочете відобразити, висвітліть його за допомогою лазера і інтерферіруете цей розсіяне світло з іншим лазером, запис цього малюнка створить голограму. Він захоплює амплітуду, фазу і довжину хвилі інформації об'єкта. Тепер, якщо ми поглянемо на цей візерунок під мікроскопом, ми побачимо інтерференційні смуги, що нецікаво. Проте, якщо ми висвітлюємо з одного джерела, світло розсіюється з усіх смуг одночасно і інтерферує сам з собою для реконструкції вихідного світлового поля об'єкта.
Краса цього методу в тому, що це поки єдиний спосіб істинно реконструювати тривимірну інформацію і отримати справжні 3D-дисплеї. Проте ця техніка, придумана майже 70 років тому, дозволяє створити тільки статичні голограми. Чому ми не можемо динамічно змінювати голограми і ефективно створити голографічний дисплей?
Голографічні дисплеї в будинках з'являться не скоро
Проблема створення тривимірних голографічних дисплеїв в тому, що кількість інформації в звичайній голограмі величезне; світло містить багато інформації. Наприклад, необхідно близько мільйона-трильйона пікселів для того, щоб зібрати тривимірний голографічний дисплей, а при звичайному рівні поновлення в 30 кадрів в секунду, наприклад, кількість даних величезне. Крім того, нам потрібна технологія, яка зможе записувати (в режимі реального часу) всю комплексну інформацію світлового поля, технології, які зможуть передавати ці величезні обсяги даних, а також комп'ютер, який буде все це обробляти. З огляду на те, що ми тільки-тільки входимо в еру 4K-телевізорів (на екрані яких близько 10 мільйонів пікселів), епоха голографії настане ще не скоро.
Голограму можна створити і відобразити за допомогою комп'ютерів
Як ми вже з'ясували, ми маємо справу з великим об'ємом інформації. Сучасні методи зображення динамічних голограм називаються просторовими модуляторами світла (SLM). Це маленькі, схожі на телевізори пристрої відображення голограм за допомогою відображення лазерного світла.
Як ми розраховуємо голограму? В ідеалі ми могли б записати всю інформацію про світловому полі сцени, але поки у нас немає ніякої комерційної технології, здатної на це. Ми могли б зробити повне моделювання електромагнітних хвиль моделюється сцени, щоб виявити, що розсіюється світло в поле виглядає як точки в просторі, а потім записати цю інформацію, щоб сформувати голограму. Проте для нинішніх технологій це обчислювальний кошмар. Можливо, найкращим способом буде глибоко математичний підхід до цього явища.
По суті, ми робимо наближення. Виявляється, коли світло дифрагує, якщо ви перебуваєте досить далеко від точки дифракції, патерн, який ви бачите, пов'язаний з перетворенням Фур'є математичної репрезентації об'єкта дифракції. Це означає, що, оскільки наші комп'ютери можуть робити перетворення Фур'є досить швидко, ми можемо швидко генерувати голограми на льоту. Потім, відображаючи їх на SLM, ми можемо використовувати дифракцію світла для формування довільних зображень за своїм бажанням. Ця область називається генерується на комп'ютерах голографією. І тепер, коли комп'ютери стають все швидше, ця область досліджень стає все більш популярною.
Кращий голографічний телевізор був створений десять років тому і коштував цілий статок
Qinetiq розробила прототип голографічного дисплея, заснований на технології просторової модуляції світла, 12 років тому. Вона використовувала активну систему з двома різними SLM для забезпечення всієї глибини сигналу, необхідного для виробництва тривимірної картинки. Ця затія була вкрай дорогий і була закрита майже відразу, але максимально якісний голографічний дисплей хоча б був продемонстрований.
Хоча ми вважаємо, що голографія цікава більше можливостями для 3D-дисплеїв, в цілому у неї є можливість застосування в багатьох сферах. Ось кілька прикладів:
- Електронна зйомка: спостерігаючи за фазовим зсувом інтерференції електронів, коли вони проходять через тонкі плівки матеріалів, можна визначати склад матеріалів.
- Зберігання даних: традиційні оптичні диски зберігають інформацію на поверхні. З допомогу голографії є можливість записувати інформацію в об'ємний матеріал під різними кутами - отже, можна зберігати більше інформації, ніж дозволяють традиційні методики зберігання даних.
- Голографічні оптичні пінцети: оптичні пінцети використовують силу світла, щоб переміщати невеликі частинки (в основному в області біології) і створювати оптичні пастки. Використовуючи генеруються на комп'ютерах голограми, вчені можуть маніпулювати великими масивами частинок на малих відстанях.
- Безпека: голограми вже використовуються на банкнотах і кредитних картах. Використовуються здебільшого через те, що технології для їх створення досить складні.
Поділіться цим постом з друзями