Digitalna holografija je način za registracijo 3D informacij s pomočjo digitalnih fotoaparatov. Danes ima že široko praktično uporabo in v prihodnosti bodo prepričani znanstveniki, nepogrešljiva bo na številnih področjih, od medicine do astronomije. O sedanjosti in prihodnosti digitalne holografije.
Fizični principi holografije
Holografija je metoda, ki vam omogoča, da registrirate podatke o predmetu in obnovite njegovo sliko, tudi v tridimenzionalni obliki. To dosežemo tako, da registriramo ne le amplitudo svetlobe (kot pri običajni fotografiji), temveč tudi fazo, ki omogoča opazovanje rekonstruirane slike iz holograma iz različnih zornih kotov.
Holograme beležimo tako, da registriramo skupno amplitudo dveh svetlobnih žarkov: predmeta (ki se odseva od predmeta ali se prenaša skozi njega) in referenčnega. Če so med seboj koherentne - imajo stalno fazno razliko - potem se v ravnini prekrivajočih se žarkov oblikuje interferenčni vzorec, ki ga posnamejo digitalni fotosenzorji ali fotoobčutljivi mediji.
Svetovni trendi
Z digitalno holografijo lahko ustvarite resnično tridimenzionalno vizualizacijo predmetov in prizorov. Za to niso potrebna posebna očala za opazovanje prizorov ali poseben položaj opazovalca. Po tem načelu se zdaj aktivno razvijajo 3D zasloni, ki omogočajo vizualizacijo kakovostnih slik. Kot so prepričani znanstveniki, se bliža trenutek, ko bodo barvne slike iz hologramov podobne barvne kakovosti kot fotografije, hkrati pa reproducirajo tridimenzionalno sliko predmeta.
Promocijski video:
Eden od trenutnih dosežkov je komunikacija 5G s pomočjo holografskih načel za ustvarjanje podobe sogovornika. Strokovnjaki verjamejo, da bo čez nekaj let ta tehnologija lahko postala komercialna storitev.
Izjemno obetavna smer je 3D tiskanje s hologrami. Holografska slika dela je razdeljena po odsekih na projekcije, nato pa se pod programskim nadzorom izvede plastni tisk vsake projekcije po plasteh.
Aktivno se razvijajo področja digitalne holografije, ki se uporabljajo v znanstvenih in aplikativnih raziskavah: holografska mikroskopija (vizualizacija mikro- in nanopredmetov) in holografska interferometrija (dinamična registracija sprememb parametrov objekta - temperature, oblike, lomnega indeksa).
Poleg tega se digitalna holografija že pogosto uporablja pri medicinskem in biološkem slikanju, v sistemih za kodiranje, prenos in shranjevanje podatkov, omogoča pa tudi večjo varnost izdelkov, bankovcev in bančnih kartic.
Ruski dosežki
Danes raziskave na področju holografije - analogne in digitalne - izvajajo številne univerze in podjetja, katerih laboratoriji so dosegli pomembne rezultate.
NRNU MEPhI je na primer uvedel sistem za dinamično snemanje, prenos in optično demonstracijo hologramov v realnem času z ločljivostjo vsaj 2 milijona pik. Omogoča vam daljinsko reprodukcijo prizorov in predmetov, posnetih v optičnem in infrardečem obsegu - ki jih lahko na primer uporabite za snemanje informacij v agresivnih okoljih.
Danes je za prenos holografskega videa potreben kanal s pasovno širino vsaj enot gigabitov na sekundo, zato so tehnologije za pretvorbo in stiskanje digitalnih hologramov zelo pomembne. NRNU MEPhI aktivno deluje v tej smeri. Revija Scientific Reports je maja 2019 predstavila metodo stiskanja holografskih informacij stokrat, razvito v okviru donacije Ruske znanstvene fundacije št. 18-79-00277.
Drugo pomembno področje je izboljšanje kakovosti optičnega prikaza 3D prizorov iz posnetih hologramov. Inštitut za laserske in plazemske tehnologije (LaPlaz), NRNU MEPhI, razvija metode za izboljšanje računalniškega in realnega optičnega prikazovanja hologramov z uporabo večrazrednih tekočih kristalov in binarnih hitrih mikromirror modulatorjev. V letu 2019 so znanstveniki z NRNU MEPhI v reviji OpticsandLasersinEngineering objavili obsežno študijo metod binarnosti za prikazovanje 3D predmetov najboljše kakovosti. Kot so pojasnili znanstveniki, bi bil ta razvoj uporaben pri ustvarjanju hitrih 3D zaslonov.
Holografija se uporablja ne le za shranjevanje, ampak tudi za zaščito informacij. Znanstveniki na NRNU MEPhI trenutno ustvarjajo sisteme za kodiranje podatkov z uporabo slike, posnete na hologramu kot kodirnega ključa. V okviru nepovratnih sredstev ruske znanstvene fundacije št. 19-19-00498 poteka delo za oblikovanje kodirnega sistema, ki temelji na hitrih modulatorjih mikromirrorja. Tak sistem je sposoben kodirati informacije s pasovno širino gigabitov na sekundo.
Prav tako pomembno področje raziskovanja je prepoznavanje predmetov. Danes, kot so pojasnili strokovnjaki NRNU MEPhI, naprave za prepoznavanje običajno uporabljajo le prostorske značilnosti. V nedavno objavljenem članku v reviji Optics Communications je bila predlagana metoda za prepoznavanje tako oblike kot spektralnih značilnosti, ki je na primer uporabna v orientacijskih napravah v vesolju ali za identifikacijo bioloških vrst.
