Holografie znamená trojrozměrnou rekonstrukci obrazu, která je založena na interferenci a difrakci koherentního světla. Záznamu zobrazovaného předmětu v citlivé vrstvě např. fotografického filmu nebo plastové fólie se říká hologram.

Zrod holografie

Teorie holografie byla vymyšlena v roce 1947 Dennisem Gaborem, fyzikem maďarského původu. Ten za ni dostal v roce 1971 Nobelovu cenu. Gabor ke svému objevu dospěl při pokusech zlepšit rozlišení elektronových mikroskopů. Dlužno dodat, že v době svého vzniku neměla holografie v podstatě žádné aplikace.

Poněkud vzrušeně ale popsal hologram už v září 1948 deník New York Times jako “futuristickou tapiserii, která mysteriósně rekonstruuje obrazy z průsvitného vzduchu”. Na druhé straně sami odborníci nebyli zprvu tak nadšeni - až do konce 50. let byla holografie považována za “neintuitivní a matoucí technologii”. To se ale od té doby podstatně změnilo.

Jak vyrobit hologram?

K výrobě hologramu (viz obrázek) je potřeba zdroj koherentního světla (coherent light source) – např. laser. Svazek světelných paprsků z laseru se rozdělí např. polopropustným zrcadlem (beam splitter) na dva svazky. Jeden z nich, tzv. osvětlovací svazek (illumination beam) se nechá dopadat na zobrazovaný předmět. Odrazem tohoto svazku od předmětu vzniká předmětový svazek (object beam), který v sobě nese informaci nejen o rozložení intenzity světla na předmětu (to je dáno amplitudou odraženého světla), ale i o jeho trojrozměrné struktuře (dáno fází odražené světelné vlny). Předmětový svazek dále postupuje např. na fotografickou desku (photographic plate) nebo obecně na světlocitlivý materiál, který může být vlisován např. do plastové fólie.

Na fotografickou desku dopadá také druhý svazek (odražený polopropustným zrcadlem), kterému se říká referenční svazek (reference beam). Na fotografické desce spolu oba koherentní svazky – předmětový a referenční – interferují. V místech, kam dopadají světelné vlny se stejnou fází, je fotografická deska nejvíce osvětlena – vznikají tzv. interferenční maxima. V místech, kam doputují vlny s opačnou fází, je osvětlení nejmenší – vznikají minima.

K získání obrazu ještě nakonec potřebujeme hologram osvětlit laserovým světlem pod stejným úhlem, pod nímž na fotografickou desku dopadal referenční svazek. Difrakcí (ohybem) tohoto svazku na struktuře hologramu se vytvoří světelné pole, které odpovídá prostorovému obrazu původního předmětu.

Obr. 1 - Schema vzniku hologramu (zdroj: http://physicsworld.com/cws/article/print/32689)

Jak se holografie (ne)rozvíjela

Navzdory porozumění, jak holografie funguje, nebyli výzkumníci schopni rozvinout Gaborovu myšlenku až do objevení výše zmíněného laseru (10 let po objevení holografie). Právě laser jako zdroj koherentního světla byl živnou půdou pro holografii, protože informace uložená v hologramu závisí, jak bylo řečeno výše, i na fázi světelných vln (na rozdíl od informace uschované ve fotografii, která závisí jen na intenzitě světla).

První hologramy, které mohly zaznamenat 3D-objekty, byly vyrobeny v roce 1962 v USA Emmettem Leithem and Jurisem Upatnieksem na Michiganské univerzitě. Ty byly nazvány transmisní hologramy, protože aby byly viděny, muselo projít laserové světlo skrz hologram a rekonstruovaný obraz musel být pozorován z druhé strany, než je zdroj.

Současnost

Později byly propracovány tzv. duhové hologramy, na které je možné dívat se i při použití běžného bílého světla. Tyto hologramy, které jsou obvykle zaznamenány na povrchu plastové fólie nanesené na reflexní hliníkové vrstvě (ta umožňuje, aby přišlo světlo zazadu hologramu a byl rekonstruován obraz), jsou dnes velmi rozšířené. Jsou používané jako bezpečnostní prvky na kreditních kartách, bankovkách a dalších výrobcích.

Budoucnost hologramů

Ačkoliv je zatím většina hologarmů zaznamenána ve světlocitlivém materiálu, v roce 2004 výzkumníci z Cambridgeské univerzity vytvořili tzv. chytré hologramy (smart holograms). Ty jsou zaznamenané v materiálech (např. v hydrogelech), které jsou citlivé na okolní podmínky. Právě hydrogely mohou nabobtnat nebo se smrsknout v závislosti na specifických fyzikálních, chemických nebo biologických faktorech. Chytré hologramy tak mohou sloužit jako diagnostické senzory, které mají tu výhodu, že mohou podat jasný vizuální výstup.

První aplikací je senzor k detekování vody v leteckém palivu. Další velké pole pro aplikace chytrých hologramů je oblast lékařské diagnostiky – např. jednoduché a spolehlivé monitorování množství cukru v krvi diabetiků.

Zpracoval: RNDr. Vojtěch Žák, Ph.D.

Zdroj: http://physicsworld.com/cws/article/print/32689, Chris Lowe, Physics Word