Hologram to zapis fotograficzny na nośniku, utrwalający przynajmniej dwufalowy obraz interferencyjny. Taki zapis w odczycie daje dwa niezależne od siebie obrazy przestrzenne 3D. Powstaje przez rejestrację interferencji wiązki przedmiotowej i wiązki odniesienia na materiale światłoczułym. W praktyce wykorzystuje się go między innymi jako zabezpieczenie dokumentów i produktów.
Czym jest hologram?
Na poziomie fizycznym hologram różni się od zwykłej fotografii, która zapisuje tylko płaski rozkład natężenia światła. W hologramie utrwalony zostaje obraz interferencyjny utworzony przez co najmniej dwie fale świetlne. Dzięki temu podczas odczytu pojawiają się dwa niezależne od siebie obrazy przestrzenne 3D.
Termin ten obejmuje bardzo różne realizacje techniczne. W zależności od sposobu rejestracji i rodzaju materiału można uzyskać hologramy płaskie, objętościowe albo dynamiczne, a każda z tych grup ma nieco inne właściwości optyczne.
Jak powstaje hologram?
Proces tworzenia hologramu polega na zapisaniu interferencji między dwiema falami światła. Jedna z nich, nazywana wiązką przedmiotową, oświetla rejestrowany obiekt. Druga, czyli wiązka odniesienia, trafia bezpośrednio na materiał światłoczuły. Nakładanie się tych fal tworzy mikroskopijne prążki interferencyjne, które odwzorowują przestrzenny charakter obiektu.
W zależności od wzajemnego usytuowania źródła wiązki odniesienia, obiektu i ośrodka światłoczułego wyróżnia się trzy podstawowe układy holografów.
Układ Gabora
Układ współosiowy powstaje, gdy płyta holograficzna, obiekt i źródło wiązki odniesienia są ustawione wzdłuż jednej prostej. Wiązka przedmiotowa i wiązka odniesienia biegną wtedy współosiowo. Rozwiązanie to upraszcza konstrukcję, ale ogranicza czytelność odtwarzanego obrazu.
Nazwa układu pochodzi od fizyka Dennisa Gabora, który jako pierwszy opisał zasady holografii.
Układ Leitha-Upatnieksa
W tym rozwiązaniu kierunki propagacji fali przedmiotowej i fali odniesienia tworzą ze sobą pewien kąt. Obie wiązki dochodzą do płyty holograficznej z tej samej strony. Dzięki temu podczas odczytu łatwiej oddzielić od siebie poszczególne obrazy.
Układ z boczną wiązką odniesienia bywa częściej stosowany niż układ współosiowy, ponieważ daje lepszą jakość rekonstrukcji przestrzennej.
Układ Denisiuka
Hologram Denisiuka rejestruje się wtedy, gdy wiązki przedmiotowa i odniesienia docierają do ośrodka rejestrującego z przeciwnych stron. Taki układ sprzyja powstawaniu hologramów objętościowych, które można oglądać w świetle białym.
Jakie są rodzaje hologramów?
Podział hologramów można prowadzić według kilku niezależnych kryteriów. Uwzględniają one geometrię rejestracji, właściwości materiału, typ wiązki odniesienia oraz liczbę ekspozycji.
| Kryterium podziału | Rodzaje hologramów | Charakterystyka |
| Geometria rejestracji | hologramy w płaszczyźnie obrazu, Fresnela, Fraunhofera, Fouriera, quasifourierowskie | różna odległość płyty od obiektu i rodzaj rejestrowanego pola |
| Parametr transmisji | fazowe, amplitudowe, amplitudowo-fazowe | wpływ na falę odtwarzającą podczas odczytu |
| Grubość warstwy światłoczułej | płaskie, objętościowe, dynamiczne | zależność od okresu przestrzennego prążków |
| Typ wiązki odniesienia | odtwarzane w fali spójnej, odtwarzane w fali niespójnej | rodzaj fali użytej do odtworzenia |
| Liczba ekspozycji | jednoekspozycyjne, dwuekspozycyjne, wieloekspozycyjne | liczba rejestracji na jednym nośniku |
Podział ze względu na geometrię rejestracji
W tej grupie mieszczą się hologramy zrealizowane w płaszczyźnie obrazu, hologramy Fresnela oraz hologramy Fraunhofera. Różnią się one odległością płyty holograficznej od obiektu i sposobem wyznaczania pola falowego w płaszczyźnie rejestracji.
Odrębną podgrupę stanowią hologramy Fouriera i hologramy quasifourierowskie. Te pierwsze rejestrują widmo przedmiotu i bywają stosowane jako filtry częstotliwości optycznych. Te drugie powstają, gdy punktowe źródło odniesienia znajduje się w tej samej płaszczyźnie co przedmiot, w jego pobliżu. Do tej grupy należą także bezsoczewkowe hologramy Fouriera, które zapisuje się bez użycia soczewki.
Podział ze względu na materiał i warstwę światłoczułą
Ze względu na parametr transmisji przezrocza holograficznego wyróżnia się hologramy fazowe, amplitudowe oraz amplitudowo-fazowe. Ten parametr wpływa na sposób, w jaki zapisany wzór modyfikuje falę odtwarzającą.
Inny podział opiera się na stosunku grubości warstwy światłoczułej do okresu przestrzennego zarejestrowanych prążków interferencyjnych. Gdy warstwa jest znacznie cieńsza od okresu prążków, mówi się o hologramach płaskich. Gdy jest wyraźnie grubsza, powstają hologramy objętościowe. Wyróżnia się też hologramy dynamiczne, które zmieniają właściwości pod wpływem późniejszego oświetlenia.
Gdzie wykorzystuje się hologramy?
Hologramy mają szerokie zastosowanie w przetwarzaniu i gromadzeniu informacji. Wykorzystuje się je w systemach rozpoznawania kształtów, symboli i podobieństw, a także do zwielokrotniania obrazów oraz zapisu informacji dwu- i trójwymiarowych.
W technice pomiarowej holografia umożliwia badania w metrologii i interferometrii. Pozwala również tworzyć z dużym powiększeniem trójwymiarowe obrazy cząstek różnych substancji oraz wykonywać zdjęcia ultraszybkie. Hologramy dynamiczne bywają natomiast stosowane jako symulatory lotu.
W optyce hologramy pełnią między innymi następujące funkcje:
- filtry częstotliwości przestrzennych,
- elementy o dużej pojemności informacji,
- układy poprawiające jakość odwzorowania optycznego,
- nośniki umożliwiające zapis obrazów dwu- i trójwymiarowych.
Jak działają hologramy zabezpieczające?
W zabezpieczeniach hologramy występują najczęściej jako naklejki samoprzylepne lub folie metalizowane nanoszone technologią hot-stampingu albo cold-stampingu. Indywidualny wzór utrudnia kopiowanie, dlatego hologramy chronią oryginalne produkty, dokumenty i banknoty przed fałszowaniem.
Każdy indywidualny hologram może być rejestrowany w międzynarodowym rejestrze hologramów. To pomaga w weryfikacji autentyczności i utrudnia powielanie zabezpieczeń. W Polsce długa tradycja produkcji zabezpieczeń holograficznych sięga 1994 roku, gdy działalność rozpoczęła firma z Warszawy.
Oddzielną grupą są plomby z efektem VOID. Ich zasada działania opiera się na specjalnej folii, która po oderwaniu pozostawia na powierzchni trwały napis informujący o naruszeniu. Pełne właściwości kleju uzyskują w ciągu 24 godzin od aplikacji, a personalizacja może obejmować numerację, datownik, logo, tekst, kody kreskowe i dane kontaktowe.
Po usunięciu plomby holograficznej z efektem VOID na zabezpieczanej powierzchni pozostaje trwały napis informujący o próbie ingerencji.
Hologramy stosuje się także w dokumentach publicznych. Przykładem są legitymacje szkolne uczniów oraz legitymacje służbowe nauczyciela, które należą do dokumentów publicznych trzeciej kategorii. Legitymacja nauczyciela uprawnia do ulgi 33% przy przejazdach środkami publicznego transportu zbiorowego i jest wydawana przez dyrektora szkoły na wniosek nauczyciela.
FAQ – najczęściej zadawane pytania
Co to jest hologram?
Hologram to fotograficzny zapis interferencyjnego obrazu świetlnego, który po odczycie generuje dwa niezależne trójwymiarowe obrazy.
Czym hologram różni się od zwykłego zdjęcia?
W odróżnieniu od fotografii, która rejestruje jedynie natężenie światła na płaszczyźnie, hologram utrwala wzór interferencyjny utworzony przez co najmniej dwie fale, co pozwala na odtworzenie obrazu 3D.
Jak powstaje hologram?
Hologram tworzy się poprzez zapis interferencji między wiązką oświetlającą obiekt a wiązką odniesienia padającą na materiał światłoczuły, co skutkuje powstaniem mikroskopijnych prążków interferencyjnych.
Jakie są podstawowe układy rejestracji hologramów?
Wyróżnia się układ współosiowy (Gabora), układ z kątem między wiązkami (Leitha-Upatnieksa) oraz układ, gdzie wiązki dochodzą z przeciwnych stron (Denisiuka), różniące się geometrią i warunkami odczytu.
Jakie typy hologramów wynikają z grubości warstwy światłoczułej?
W zależności od stosunku grubości warstwy do okresu prążków rozróżnia się hologramy płaskie, objętościowe oraz dynamiczne, które zmieniają właściwości pod wpływem późniejszego oświetlenia.
W jakich zastosowaniach używa się hologramów?
Hologramy wykorzystuje się m.in. w przechowywaniu i przetwarzaniu informacji, rozpoznawaniu kształtów, metrologii, interferometrii oraz do tworzenia dużych powiększeń trójwymiarowych obrazów i symulatorów lotu.
Jak działają hologramy jako zabezpieczenie?
W zabezpieczeniach hologramy są stosowane jako naklejki lub folie z indywidualnym wzorem trudnym do skopiowania, co chroni dokumenty i produkty przed fałszerstwem, a wzory można rejestrować w międzynarodowym rejestrze.
Co to są plomby z efektem VOID i jak działają?
Plomby VOID to specjalne folie, które po oderwaniu zostawiają trwały napis informujący o naruszeniu; klej osiąga pełne właściwości po 24 godzinach, a plomby można spersonalizować numeracją czy logo.
