Alles Wissenswerte über Ursprung und Zukunft der Hologramm-Technologie

Sie müssen Prinzessin Leia als schwebendes Bild in Star Wars oder die gestengesteuerten dreidimensionalen Modelle in den Iron Man-Filmen gesehen haben, diese faszinierenden, sich bewegenden 3D-Bilder werden Hologramme genannt. Einige Experten definieren Hologramme als zweidimensionale Oberflächen, die Informationen in drei Dimensionen darstellen können. In Filmen sind Hologramme eine Illusion, die mit VFX und Animation erzeugt wird, aber in Wirklichkeit können sie mit einer Technik namens Holographie erzeugt werden.

Hologramme wurden in zahlreichen Videospielen und Science-Fiction-Filmen gezeigt, und da Holographie eine komplizierte Technik ist wenn es um Erstellen von 3D-Hologrammen, glaubte man jahrelang, dass Hologramme nur auf die Welt der Science-Fiction beschränkt bleiben würden.Dank der Fortschritte in der optischen Holographie scheint sich die Kluft zwischen Fiktion und Realität jedoch zu verringern, und wir sind dem Sehen sehr nahe. 3D-Hologramme im wirklichen Leben auch.

Hologramm und seine Typen

Hologramme sind virtuelle, dreidimensionale Bilder, die durch die Interferenz von Lichtstrahlen erzeugt werden, die reale physische Objekte reflektieren. Mit einfachen Worten, Hologramme sind 3D-Bilder, die entstehen, wenn zwei Lichtstrahlen interferieren und ein Bild auf einem Film oder anderen Oberflächen erzeugen. DortEs gibt viele Arten von Hologrammen und unterschiedliche Arten, sie zu klassifizieren. Die meisten Hologramme sind Variationen oder Hybriden von Reflexionshologrammen oder Transmissionshologrammen.

Reflexionshologramm

Hologramme, die üblicherweise in Kunstgalerien zu finden sind, sind ein hervorragendes Beispiel für ein Reflexionshologramm. Ein solches Hologramm kann betrachtet werden, wenn der Betrachter neben der Lichtquelle steht, und es ist am besten unter Weiß zu sehen Licht. Ein 3D-Bild wird auf einer Oberfläche gesehen, die Lichtquelle befindet sich vorne und das resultierende virtuelle Bild wird auf der Rückseite der Filmoberfläche erzeugt.

Die farbige Version des Reflexionshologramms kann so perfekt sein, dass Sie es möglicherweise schwer finden, zwischen dem ursprünglichen Objekt und seinem holografischen Bild zu unterscheiden.

Übertragungshologramme

Hier wird die Lichtquelle hinter dem Hologramm platziert, das Bild wird auf die Seite des Betrachters übertragen, und das so erzeugte Bild ist sehr scharf und hat mehr Tiefe. Sie werden mit Hilfe von Laserlicht und interessant betrachtet. Angenommen, Sie erstelltein Transmissionshologramm eines Objekts oder einer Umgebung und zerlegte es dann in mehrere kleine Hologramme. Interessanterweise wäre jedes winzige Stück des zerbrochenen Hologramms immer noch in der Lage, die vollständige Bildsprache des ursprünglichen Objekts zu projizieren.

Der Adler auf einer VISA-Karte, die auf der Rückseite eine Aluminiumschicht für den Spiegeleffekt verwendet, ist auch ein Beispiel für Übertragungshologramme.

Hybridhologramme

Abgesehen von Reflexions- und Transmissionshologrammen gibt es zahlreiche andere Untertypen, die sich als Hybridversionen der beiden oben genannten verhalten, und alle diese Hologramme werden als Hybridhologramme bezeichnet. Die Präge- und Regenbogenhologramme, die auf Kreditkarten zu finden sind, werden computergenerierte Hologramme verwendetum holographische optische Elemente zu erzeugen, Denisyuk-Hologramme, Mehrkanalhologramme, holografische Interferometrie in Echtzeit usw. sind alles Beispiele für Hybridhologramme.

Die Wissenschaft hinter Hologrammen

Um die Funktionsweise eines Hologramms zu verstehen, müssen Sie zunächst verstehen, wie eine Kamera ein Foto aufnimmt. Der Verschluss öffnet sich und Licht, das von der Oberfläche von Objekten reflektiert wird, passiert das Objektiv und trifft auf die fotografische Emulsion auf dem Film oder bei Digitalkameras, das Charged Coupled Device CCD, ein Chip, der Licht in elektrische Signale umwandelt und das einfallende Licht in ein digitales Bild umwandelt. Eine lichtempfindliche Verbindung auf dem Film, Silberhalogenid, reagiert mit dem Licht und zeichnet seine Amplitude oder Intensität auf.

Das Bild, das wir sehen, ist eigentlich die aufgezeichnete Intensität des Lichts hier ist die Lichtintensität die Geschwindigkeit, mit der sich Licht von der Oberfläche eines Objekts in einem bestimmten Bereich und über eine bestimmte Entfernung von der Lichtquelle ausbreitet.

Im Fall eines Hologramms ist das Arbeitsprinzip fast dasselbe, aber der Aufbau ist anders. Hier haben Sie einen Laserstrahl, der auf eine Platte gerichtet ist, die spaltet einen kohärenten Laser in zwei Strahlen, den Referenzstrahl und den Beleuchtungsstrahl. Auch hier öffnet sich ein Verschluss oder bewegt sich aus dem Weg des Lasers. Das Licht des Referenzstrahls wird direkt auf die Fotoplatte geleitet und der Beleuchtungsstrahl wird reflektiertvon der Oberfläche des Objekts ab, bevor es auf die Fotoplatte trifft.

Später wird die fotografische Platte, um das Bild neu zu erstellen, von einer Lichtquelle beleuchtet, ähnlich der zuvor verwendeten. Das Hologramm zeichnet ein Muster aus winzigen Lichtbändern auf, die als Interferenzstreifen bezeichnet werden. Drehen Diese mikroskopischen Interferenzstreifen zu einem erkennbaren Bild erfordern die richtige Art von Licht. Durch einen komplexen Prozess, tDie Lichtquelle wandelt die Interferenzstreifen in eine Reflexion um, die mit dem ursprünglichen Objekt identisch ist.

Geschichte und Entwicklung

Im Jahr 1860, fast ein Jahrhundert vor der Entwicklung der modernen Holographie. Ein englischer Wissenschaftler namens John Henry Pepper zeigte eine Art von holografisches Element in einem Stück Pepper's Ghost genannt, mit Spiegeln und Licht. Es war ein illusionärer Trick, der die reflektierende Eigenschaft von Glas nutzte, um ein Bild einer Person oder von Objekten von einem versteckten Ort weg von den Augen des Publikums in die Luft zu projizieren. Weildes schwachen Lichts, das verwendet wurde, wie Öllampen und Kerzen, waren die erschienenen Bilder sehr transparent – ​​was zu dem Namen Pepper's Ghost führte.

Pepper's Ghost war jedoch eine Illusion, kein echtes Hologramm, und erst 1947 entwickelte der in Ungarn geborene Wissenschaftler Dennis Gabor die Theorie der Holographie, während er mit Möglichkeiten experimentierte, das Auflösungsvermögen des Elektronenmikroskops zu verbessern.Gabor suchte nach einer Lösung, um das geringe Auflösungsvermögen der vorhandenen Mikroskope zu verbessern, da sie nicht leistungsfähig genug waren, um atomare Details in dem von ihm gewünschten Ausmaß zu enthüllen.

Während er am Ostersonntag 1947 Tennis spielte, fand Gabor die Lösung für sein Problem. Er entwickelte ein zweistufiges Verfahren das später zum Kernprinzip der Holographie wurde. In der ersten Stufe, Er teilte einen kohärenten Lichtstrahl in einen Objektstrahl und einen Referenzstrahl. Dann zeichnete er das Interferenzmuster der Strahlen auf einer Fotoplatte auf.

In der zweiten Stufe, der Rekonstruktion. Er beleuchtete das Hologramm mit sichtbarem Licht, um ein Bild zu erhalten, Gabor nannte dieses so entstandene Interferenzmuster ein Hologramm.

Ursprünglich verwendete das System von Gabor jedoch das Licht des Elektronenstrahls und zeichnete es auf die Interferenz zwischen dem vom Objekt gebeugten Licht und einem kollinearen Hintergrund. Dies beschränkte den Prozess auf Objekte, die weitgehend transparent waren. Wenn das Hologramm verwendet wird, um ein Bild zu erzeugen, werden Zwillingsbilder erzeugt, aber weil das Licht mit diesen Bildern verbunden istist Fortpflanzungin der gleichen Richtung erscheint ein Bild unscharf.

Diese ursprüngliche Technik reduzierte die Lichtintensität zu viel, um echte holografische Bilder zu erzeugen, und so blieb Gabors Idee theoretisch. Dies änderte sich mit der Entwicklung von Lasern in den 1960er Jahren.

Die Bildung eines perfekten Hologramms erfordert eine kohärente Lichtquelle wie einen Laser. Daher führten die meisten Lichtquellen, die vor der Erfindung des Lasers verwendet wurden der eine Mischung aus mehreren Farben hatte, zu schwächeren und verschwommenen Hologrammen, und dies führtezu Wissenschaftlern, die das Interesse an der Entwicklung echter Hologramme bis in die 1960er Jahre verloren, als die Wissenschaftler Nikolay Basoy, Charles Towns und Alexander Prokhorov das Laserlicht erfanden. Die reinen monochromatischen, einfarbigen und intensiven Laserlichtstrahlen waren ideal für die Verwendung in der Holographie.

Im Jahr 1962 entwickelte eine Gruppe von Forschern ein Gerät mit einem Dauerstrichlaser, das 3D-Objekte aufzeichnen konnte. Das Gerät war jedoch nicht perfekt für die Erstellung von Hologrammen, aber es führte eine neue Methode ein Brechungsindex verwenden zum Zwecke der Lichtstrahlübertragung und zum Anstoßen einer Reihe von Experimenten und Studien, die auf die Entwicklung echter Hologramme gerichtet sind.

Anwendungen der Holographie

So geht'sHologramme können davon profitierenMenschlichkeit auf verschiedene Weise:

• Hologramme können Polizei und Streitkräften helfen, ihre Operationen in überfüllten Gebieten sicherer und effizienter durchzuführen. 2017 wurde die Defense Advanced Research Projects Agency DARPA entwickelt. ein 3D-Hologramm Karte, die eine Echtzeit-360-Grad-Karte eines Gebiets liefern könnte. Mithilfe der Karte könnte ein Einsatzteam hineinzoomen, drehen, Gebäude und Straßen sehen und die Situation in einem Gebiet analysieren, bevor es sich bewegt.Eine solche Technologie könnte den Strafverfolgungsbehörden auch die Möglichkeit geben, gefährliche Routen zu vermeiden, ihnen dabei helfen, sicher auf dem Schlachtfeld zu navigieren und die Zahl der Verluste befreundeter Soldaten zu verringern.
• Die Hologrammtechnologie könnte auch die Art und Weise verändern, wie wir miteinander kommunizieren, und einige Experten glauben, dass sie das Potenzial dazu hat. Videoanruf durch Live-Hologramm ersetzen fordert. Ein in Los Angeles ansässiges Technologieunternehmen PORTL hat behauptet, ein System zu entwickeln, das es Benutzern von verschiedenen Standorten ermöglicht, im selben Raum zu stehen. Um dies zu ermöglichen, nutzt das Unternehmen seine speziellen Kabinen, die mit computergestützten Portalen ausgestattet sindlebensgroße Hologramme von Menschen zu erstellen, die sich mit ihrem System verbinden.
• 3D-Hologramme könnten das machenLernprozess interaktiver und sowohl für Schüler als auch für Lehrer zugänglich, zum Beispiel könnten Schüler in abgelegenen Gebieten oder solche ohne Zugang zu kostspieliger Laborausrüstung Hologramme verwenden, um ihren Schülern eine weiterführende Ausbildung zu bieten, ohne die teure Ausrüstung zu kaufen. 3D- und detaillierte Hologramme können auch Schülern zugute kommen, dieArchitektur, Design und Medizin betreiben und Studierenden dabei helfen, Lehrbuchwissen auf die „echte“ Welt anzuwenden und praktische Erfahrungen zu sammeln.
• Im Jahr 2017 haben Wissenschaftler der Universität München eine Technik entwickelt, um 3D-Hologramme mit einem WLAN-Sender zu erhalten. Diese Methode könnte zur Erstellung holografischer Bilder von Gelände, Gebäuden und Strukturen und in automatisierten Industrieanlagen zur Verfolgung von Objekten verwendet werdendurch die Produktion bewegen. Bei Naturkatastrophen wie Erdrutschen, Erdbeben usw. kann das Hologramm als hervorragende Ressource zur Hilfe dienen Suche und Rettung Profis. Es könnte ihnen ermöglichen, um eingestürzte Gebäude oder Lawinen virtuell zu navigieren und Hunderte und Tausende von gestrandeten Personen zu retten.
• Viele medizinische Diagnosetechniken wie Magnetresonanztomographie MRT und Ultraschallscans zeigen ein flaches Bild auf einem Computerbildschirm an. Diese flachen Bilder bieten eine begrenzte Perspektive, aber mit der Holographie könnten Ärzte Zugang zu vollfarbigen, computergenerierten holographischen 3D-Bildern haben, Gib Ihnen detaillierte medizinische Bilder von dem, was im Körper ihres Patienten vorgeht. Darüber hinaus könnten Hologramme es Medizinern auch ermöglichen, ihre Reichweite auf abgelegene Gebiete auszudehnen und effektiv mit ihren Patienten zu kommunizieren.

Hin und wieder kommen Forscher, die in verschiedenen Teilen der Welt arbeiten, auf einige spannende Entwicklungen im Zusammenhang mit der Hologrammtechnologie. Diese neuen Erkenntnisse enthüllen auch zahlreiche andereHologramm-Anwendungen in Bereichen wie Marketing, Werbung, Bankwesen, Glücksspiel und verschiedenen anderen Sektoren. Obwohl diese Verwendungen von Hologrammen noch nicht zum Mainstream geworden sind, weisen all diese Entwicklungen stark darauf hin, dass sie früher oder später in einer viel größeren Vielfalt von verwendet werdenBereiche.