Что такое голограмма и как она работает?

Голограмма — это записанная интерференционным методом волна. Изобразительная голограмма — голографическое изделие содержащее визуальную информацию. При освещении такая запись воспроизводит свет, который создаёт истинно-объёмное изображение. Если менять угол зрения, объект можно увидеть с разных сторон.

Чтобы записать классическую голограмму, обычно используют лазер и специальный светочувствительный материал. Но не всё, что сегодня называют голограммой, действительно ею является.

Вращающиеся LED-дисплеи. Это не голограмма, а дисплей, который создаёт изображение благодаря инерции зрения.

Пирамидки для смартфонов. Они отражают изображение с экрана и создают иллюзию предмета в пространстве. Этот эффект называют «призраком Пеппера».

Переливающиеся календари и наклейки. Часто это лентикулярные изображения: линзовый растр позволяет картинке меняться при наклоне.

Термин «голография» предложил в 1947 году британский физик венгерского происхождения Денниш Габор. Работая над повышением разрешения просвечивающего электронного микроскопа, он описал голографический метод и ввёл термин, образованный от древнегреческих слов: ὅλος (holos) — «целый, полный» и γράφω (graphō) — «пишу».

Слово «голограмма» образовано от того же корня: holos — «целый» и gramma — «запись». Так называют саму запись или полученное изображение, а голография — это метод его создания.

Свет — очень непростое явление. Даже сегодня нельзя сказать, что мы знаем о нём абсолютно всё. Но мы можем утверждать, что свет проявляет и волновые, и корпускулярные свойства. Для нас сейчас важны его волновые свойства.

Мы можем представить свет как волну, которая бежит по поверхности воды. При сложении волны способны давать разный результат — в зависимости от свойств исходных волн: усиливать или ослаблять друг друга, менять общий рисунок. Это явление называется интерференцией. Зачастую она проявляется в весьма причудливых узорах.

А теперь представьте: если рассматривать свет как волну, то можно попытаться записать, как изменилась она после отражения от объекта. Эта информация будет содержать сведения о яркости и цвете, а также о форме объекта. Но для этого понадобится особенный источник света — лазер.

Лазер — особенный источник света. Так в чём же его отличие от обычной лампочки или фонаря?

Если сравнить свет обычного фонаря с лазерным, то в первом случае волны можно представить как детей на перемене: кто-то бегает по коридору, кто-то кружится на месте, кто-то дёргает девочек за косы. А лазер — это прибор, который создаёт свет с волнами, согласованными друг с другом, словно солдаты, шагающие в ногу на параде. Такое свойство называется когерентностью.

При записи голограммы лазерный свет разделяют на два луча. Один освещает объект, и отражённый от него свет попадает на фотопластину. Второй — опорный — направляют туда же. На пластине световые волны встречаются и создают интерференционную картину. Её и фиксирует светочувствительный материал.

Фотопластина работает по тому же общему принципу, что и плёнка в старых фотокамерах: на неё нанесён светочувствительный слой, который фиксирует попавший на него свет. Но для записи голограммы материал должен обладать очень высоким разрешением — чтобы сохранить тончайшую интерференционную картину.

Обычная цифровая камера для прямой записи классической оптической голограммы не подходит: детали интерференционного рисунка имеют размеры порядка длины волны света — сотен нанометров. Существуют специальные цифровые методы голографии, но для них нужны подходящие датчики и оборудование.

Сначала лазерный свет разделяют на объектный и опорный лучи. Объектный луч освещает предмет, а отражённый от него свет вместе с опорным лучом попадает на фотопластину. Затем пластину обрабатывают в специальных химикатах и сушат.

Если после этого осветить готовую голограмму подходящим светом, она воспроизведёт волну, похожую на ту, которая шла от записанного объекта. Мы увидим его объёмное изображение.

Никакой магии — только сочетание физики, химии, оптики и других наук.