Lasertekniken banade väg för holografin

av Kai Finell Forum 1971-20, sida 13-14, 12.12.1971

Taggar: Teman: laserteknik

Lasertekniken för holografin

Av dipl ing Kai Finel banade väg

Redan för ett kvarts sekel sedan antydde Dennis Gabor sin nu nobelprisbelönade hologratiprincip. Tekniskt demonstrerade han den år 1948. Finslipningen av detta märkliga vågrörelsespel krävde emellertid ett intensivt koncentrerat och frekvénstaktfast ljus, som ännu inte existerade annat än på atom- och elektroniktysikernas önskelistor. Först laserteknikens genom brott på 1960-talet banade väg för holografins vidare utveckling. I dag är utvecklingsperspektivet lika tredimensionellt som holografibilderna själva.

Gabors holografiprincip “) är ingalunda begränsad till sällsamt naturtrogna bilder lika litet som till enbart Ijusstrålning, Att utvecklingen banade sig väg längs optikens upptrampade stigar berodde närmast på att fotografin var så väl lämpad att åskådligt föreviga olika slags svängningsrörelsers interferensmönster.

" Numera är också andra, mer avanceråde, registreringsmaterial än fotografisk filmemulsion på snabb frammarsch men fotografin kommer säkert ännu länge att vara ett oumbärligt komplement till holografin.

Någon konkurrent till konventionell fotografi är det emellertid inte fråga om, Visst är det sant att både gamla och nya problem med framgång kan bemästras med holografi och inte alls med enbart fotografi. Men någon risk för att fotografins väsentligaste praktiska användningsområden nämnvärt skulle påverkas av holografins utveckling är inte troligt.

En överskådligare bild av det hela får man genom att kasta en blick på de rent principiella :skillnaderna mellan dessa båda reproduktionsmetoder samt några åskådliga typexempel på vad holografin i framtiden kan utnyttjas till.

Det är onödigt att här upprepa vad som i dags- och annan press redan hunnit relateras angående holografibildernas uppkomst, utformning och natur. En kort repetition i form av den schematiska skissen (se sid. 14) må vara nog.

Ute i rumme Än en gång må i alla fall poängteras att vid holografi ingen optisk avbild av själva objektet upptecknas, så som ögat ser detta. I stället fångar man den från objektet utgående ljusvågens utseende på plåten. Eller rättare sagt tillräckligt myc ket av vågens karakteristiska egenskaper för att när som helst senare kunna reproducera en exakt kopia av denna våg >) Under rubriken ”Bilder som inte finns” presenteradi Rund radions ”Teknologisk bulletin” 14.5. och 15.5.1969.

Forum 20/7 front — ute i rummet — även efter det själva föremålet har avlägsnats.

Det man då får se blir, under vissa förutsättningar, en-naturtrogen tredimensionell repris av hela det laserljusbelysta sceneriet, sådant det i verkligheten var i själva hologramexpo » neringsögonblicket.

För att åstadkomma denna effekt belyser man det fotografiskt framkallade, och därefter fixerade, hologrammet med exakt samma laserljus som användes vid holograferingen. Hela pro cessen vänds då om så att objektvågen reproduceras alstrand en tredimensionell kopia av det borttagna föremålet.

Bilden är så naturtrogen att den förändrar utseende om den betraktas ur olika synvinklar. Själva hologrammet är visserligen ett slags genomlysbart negativ men inte någon bild. Varje liten del av filmen innehåller nämligen exakt samma interferensinformationer så att också en liten bit av hologramfilmen kan rekonstruera objektvågen. Men då blir den alstrade bilden desto diffusare ju mindre hologrambit man använder. Sådana spökbilder kan numera göras också i fulla färger. Grundprincipen är då den att tre (eller flera) olikfärgade laserljus får alstra var sitt hologram på samma film. Vid reproduktionen belyses filmen med trefärgat ljus som då alstrar tre separata vågfronter så att hologrambilden återges i originalfärger.

Fätgholografin är emellertid i praktiken ett komplicerat kapitel med många problem och en hel del överraskningar varför det inte alls är säkert att framtida tillämpningar baserar sig på den nyssnämnda enkla grundprincipen. Troligt är att hologrammaterialet inte blir tvådimensionell fotografisk filmemulsion utan något mera avancerat ämne med tredimensionella egenskaper som vi skall återkomma till senare.

Ett hologram värt tusen bilder

När Dennis Gabor presenterade sin holografi första gången kallade han den, i fri översättning, ”en ny optisk tvåstegsmetod för uttrycksfulla bilder”. Vänd 1 repade gånger godtyckligt kan fokuseras i vilket plan som helst av preparatet.

En biolog lär redan ha sagt att ”även om en bild ofta är mer värd än tusen ord så kan ett enda hologram i sin tur vara värt tusen bilder”.

Även om bilderna, från konstnärlig synpunkt, är nog så uttrycksfulla, kommer holografins praktiska tillämpningar länge att tjäna nästan uteslutande vetenskaplig forskning och industriell materialprovning.

På grund av ofullkomligheten i det filtrerade kvicksilverbågljus han använde misslyckades Gabor i sina försök att med holografins hjälp öka upplösningsförmågan hos 1940-talets elektronmikroskop.

I dag har holografin trots allt räckt mikroskopin en hjälpande hand. Kraftiga förstoringars nästan obefintliga skärpedjup medför avsevärda olägenheter vid studium av exempelvis biologiska preparat i flytande form. . Laserljusholografin klarar sig med mycket korta exponeringstider som ”fryser ner” varje partikelrörelse i tredimensionella positioner. En tredimensionell hologrambild av preparatet kan därför studeras i lugn och ro med mikroskop vars skärpa upp Synliga överljudsvågor

Osynliga gaser är också givande holografiobjekt. En orörlig luftvolyms hologfambild visar visserligen sällan något av intresse men om samma hologramemulsion, oframkallad, exponeras en gång till, just när en gevärskula passerar, får vi två överlagrade hologram på samma film.

Det är inte bara kulan som då ger ett nytt hologram. Kulans framfart åstadkommer utpräglade förrätningar och förtunningar av mediet som bryter ljusstrålarna till nytt interferensmönster. Vid belysning av dubbelhologrammet fås därför en

H g Aj ålskärm p Jpe

Nrafsk im Pri märbilt (virtual) | av

Jekundi:r bita (reelt)

T freeti) JSekundärbiri > — Rå Primärbita h virluett 1) Ett typiskt holografiarrangemang

A) Laserstrålen får först divergera och spjälks sedan upp i två delar av vilka den ena, referenssträlen, via en spegel riktas direkt mot en filmplåt. Den andra halvan belyser objektet som reflekterar ljus i form av en sk objektvåg Denna vågfront interfererar med referensvågen på plåten, som då blir fotografiskt präglad av ett stående interferensmönster. Någon fotografering av själva objektet har således inte skett.

B) Efter framkallning och fixering av filmen placeras denna tillbaka på sin plats medan objektet avlägsnas men laserljuskällan får bli kvar. En åskådare som nu betraktar den delviz genomskinliga plåtens baksida kommer nu att se en förvrängd tredimensionell .bild av objektet som om det fortfarande vore kvar på sin plats!

Utom denna virtuella skenbild bildas en reell, men upp och ned vänd, bild också på observatörens sida om hologrammet. Den bilden är emellertid starkt förvrängd och oskarp.

C) Genom att flytta på genomlysningsljuset så att detta, i förhållande till hologrammet, utgör en spegelbild till Freferensvågen fås en oförvrängd reell tredimensionell bild som emellertid nu lider av ett säreget ”omvänt” djupperspektiv. Vid behov kan dennå effektivt elimineras med hjälp av tilläggshologram.

”Spökbilderna” kan mycket väl fotograferas på konventionellt sätt från ett otal olika synvinklar, varvid man givetvis får lika många mer eller mindre olika tvådimensionella kopior av hologrambilden.

Genom att holografera med divergerande, parallella eller konvergerande referensstrålar kan, olika slags optiska effekte understrykas.

allt efter önskan 14 Forum 20/71