Digital holografi är ett sätt att registrera 3D-information med hjälp av digitala kameror. Idag har den redan bred praktisk tillämpning, och i framtiden är vetenskapsmän säkra på att det är nödvändigt på ett antal områden, från medicin till astronomi. Om nutiden och framtiden för digital holografi.
Fysiska principer för holografi
Holography är en metod som låter dig registrera information om ett objekt och återställa dess bild, inklusive i en tredimensionell form. Detta uppnås genom att inte bara registrera ljusets amplitud (som i standardfotografering), utan också fasen, vilket gör det möjligt att observera den bild som rekonstruerats från hologrammet från olika vinklar.
Hologram registreras genom att registrera den totala amplituden för två ljusstrålar: ett objekt (reflekteras från ett objekt eller sänds genom det) och en referens. Om de är koherenta med varandra - de har en konstant fasskillnad - bildas ett interferensmönster i planet för överlappande strålar, som spelas in av digitala fotosensorer eller fotokänsliga media.
Världstrender
Med digital holografi kan du skapa verklig tredimensionell visualisering av objekt och scener. Detta kräver inte speciella glasögon för att observera scener eller speciell positionering av observatören. Med denna princip utvecklas nu 3D-skärmar aktivt, vilket möjliggör visualisering av högkvalitativa bilder. Som forskare är säkra, närmar sig ögonblicket när färgbilder från hologram kommer att vara liknande i färgkvalitet som fotografier, medan de reproducerar en tredimensionell bild av ett objekt.
Kampanjvideo:
Ett av de nuvarande framstegen är 5G-kommunikation med hjälp av holografiska principer för att skapa en bild av samtalaren. Experter tror att denna teknik om några år kommer att kunna bli en kommersiell tjänst.
En extremt lovande riktning är 3D-utskrift med hologram. Den holografiska bilden av delen är uppdelad med sektioner i projektioner och sedan genomförs under programkontroll en snabb lagring för lager av varje projektion.
De områdena med digital holografi som används i vetenskaplig och tillämpad forskning utvecklas aktivt: holografisk mikroskopi (visualisering av mikro- och nanoobjekt) och holografisk interferometri (dynamisk registrering av förändringar i objektparametrar - temperatur, form, brytningsindex).
Dessutom används digital holografi redan i stor utsträckning inom medicinsk och biologisk avbildning, i system för kodning, överföring och lagring av data, och gör det också möjligt att öka säkerheten för produkter, sedlar och bankkort.
Ryska prestationer
Idag bedrivs forskning inom holografi - både analog och digital - av ett antal universitet och företag vars laboratorier har uppnått betydande resultat.
Till exempel har NRNU MEPhI implementerat ett system för dynamisk inspelning, överföring och optisk demonstration i realtid av hologram med en upplösning på minst 2 miljoner pixlar. Det gör att du kan återge scener och objekt som är inspelade i både det optiska och det infraröda intervallet på distans - som till exempel kan användas för att spela in information i aggressiva miljöer.
För att överföra holografisk video krävs idag en kanal med en bandbredd på åtminstone enheter av gigabit per sekund, därför är teknik för konvertering och komprimering av digitala hologram av stor betydelse. NRNU MEPhI arbetar aktivt i denna riktning. I maj 2019 presenterade tidningen Scientific Reports en metod för att komprimera holografisk information hundratals gånger, utvecklad inom ramen för bidraget från Russian Science Foundation nr 18-79-00277.
Ett annat viktigt område är att förbättra kvaliteten på optisk visning av 3D-scener från inspelade hologram. Institutet för laser- och plasmateknologier (LaPlas) från NRNU MEPhI utvecklar metoder för att förbättra dator och reell optisk visning av hologram med flergradering av flytande kristaller och binära höghastighetsmikromirrorljusmodulatorer. År 2019 publicerade forskare från NRNU MEPhI en storskalig studie av binäriseringsmetoder för att visa 3D-objekt i bästa kvalitet i tidskriften OpticsandLasersinEngineering. Som forskarna förklarade kan denna utveckling vara användbar för att skapa höghastighets 3D-skärmar.
Holografi är tillämplig inte bara för lagring, utan också för att skydda information. Forskare vid NRNU MEPhI skapar för närvarande datakodningssystem med en bild inspelad på ett hologram som en kodningsnyckel. Inom ramen för Russian Science Foundation-bidrag nr 19-19-00498 pågår arbete för att skapa ett kodningssystem baserat på höghastighetsmikromirrorljusmodulatorer. Ett sådant system kan koda information med en bandbredd av gigabit per sekund.
Ett lika viktigt forskningsområde är objektigenkänning. Som specialisterna från NRNU MEPhI förklarade använder idag igenkänningsanordningar vanligtvis bara rumsliga funktioner. I en nyligen publicerad artikel i tidskriften Optics Communications föreslogs en metod för att känna igen både form- och spektralfunktioner, till exempel tillämpliga i orienteringsanordningar i rymden eller för att identifiera biologiska arter.
