Hologram to zapis fotograficzny na nośniku przynajmniej dwufalowego obrazu interferencyjnego, który podczas odtwarzania daje dwa niezależne obrazy przestrzenne 3D. Taka definicja pokazuje, że technika ta rejestruje pełną informację o fali świetlnej. Zapraszamy do zapoznania się z praktycznymi informacjami o tej technice.
Czym jest hologram?
Zapis holograficzny powstaje w wyniku interferencji co najmniej dwóch wiązek światła – przedmiotowej i odniesienia. W odróżnieniu od zwykłej fotografii rejestrowana jest nie tylko jasność, ale także informacja o fazie fali. Dzięki temu przy odpowiednim oświetleniu obserwator widzi obraz o głębi i paralaksie, czyli z możliwością patrzenia na obiekt z różnych stron.
Na nośniku nie widać klasycznego zdjęcia, lecz mikroskopijne prążki interferencyjne. To one decydują o tym, jakie obrazy pojawią się podczas rekonstrukcji. Zapis taki bywa nazywany strukturą dyfrakcyjną, ponieważ odtwarzanie opiera się na ugięciu światła na zarejestrowanych prążkach.
Hologram to zapis fotograficzny na nośniku przynajmniej dwufalowego obrazu interferencyjnego, który w odczycie daje dwa niezależne od siebie obrazy przestrzenne 3D.
Jak powstaje hologram?
Proces rejestracji wymaga źródła światła o dużej spójności, najczęściej lasera. Wiązkę dzieli się na dwie części – jedna oświetla obiekt, a druga pada bezpośrednio na nośnik światłoczuły jako fala odniesienia. Po odbiciu lub przejściu przez obiekt fale spotykają się na płycie, tworząc obraz interferencyjny.
Odtwarzanie zapisu przebiega przez oświetlenie nośnika wiązką o parametrach zbliżonych do fali odniesienia. W efekcie ugięte światło odtwarza obraz przedmiotu w przestrzeni. W holografii można wyróżnić trzy podstawowe konfiguracje zapisu.
Układ Gabora
To historycznie najstarsza konfiguracja, w której płyta, obiekt i źródło wiązki leżą wzdłuż jednej prostej. Fala przedmiotowa i odniesienia biegną wtedy współosiowo. Ze względu na ograniczoną separację obrazów obecnie ten typ ma głównie znaczenie dydaktyczne, ale wyznaczył fundament techniki.
Układy z boczną i przeciwsobną wiązką
W układzie Leitha-Upatnieksa fala przedmiotowa i odniesienia dochodzą do nośnika z tej samej strony, ale pod pewnym kątem. Taka geometria pozwala uzyskać wyraźniejsze rozdzielenie obrazów. Z kolei układ Denisiuka opiera się na wiązkach docierających do ośrodka rejestrującego z przeciwnych stron, co sprzyja powstawaniu hologramów objętościowych.
Rodzaje hologramów
Podział techniki holograficznej uwzględnia między innymi parametry wiązki, grubość warstwy światłoczułej oraz liczbę ekspozycji. W tabeli zebrano najważniejsze kryteria klasyfikacji:
| Kryterium podziału | Rodzaje hologramów | Charakterystyka |
| Transmisja przezrocza | fazowe, amplitudowe, amplitudowo-fazowe | wpływają na parametry fali odtwarzającej |
| Grubość warstwy światłoczułej | płaskie (w > Λ), dynamiczne | różnica wynika z relacji grubości warstwy do okresu prążków interferencyjnych |
| Typ wiązki odniesienia | odtwarzane w fali spójnej, odtwarzane w fali niespójnej | różna tolerancja na warunki odtwarzania |
| Liczba ekspozycji | jednoekspozycyjne, dwuekspozycyjne, wieloekspozycyjne | większa liczba ekspozycji umożliwia zapis kilku obrazów na jednym nośniku |
Hologramy ze względu na pole fali
W tej grupie znajdują się między innymi hologramy w płaszczyźnie obrazu, hologramy Fresnela i hologramy Fraunhofera. Pierwsze rejestruje się przy małej odległości płyty od obiektu, kolejne opisuje przybliżenie F, a ostatnie stosuje się głównie dla małych cząstek z użyciem przybliżenia Fr. Wyróżnia się też hologramy Fouriera, w których zapisowi podlega widmo przedmiotu, oraz ich warianty quasifourierowskie i bezsoczewkowe.
Hologramy fazowe i amplitudowe
Podział ten wynika z parametru transmisji przezrocza holograficznego. W hologramach fazowych informacja zapisana jest w zmianach drogi optycznej, w amplitudowych – w zróżnicowaniu przepuszczalności światła. Warianty amplitudowo-fazowe łączą oba mechanizmy, co bywa wykorzystywane do poprawy jasności lub kontrastu odtwarzanego obrazu.
Hologramy objętościowe i dynamiczne
Przy grubości warstwy znacznie większej od okresu prążków mówi się o hologramach objętościowych. Charakteryzują się one selektywnością kątową i długości fali. Zapis dynamiczny zmienia się natomiast w czasie, dlatego bywa używany w symulatorach lotu oraz w badaniach zmiennych procesów optycznych.
Gdzie stosuje się hologramy?
Technika holograficzna znajduje zastosowanie w wielu obszarach nauki, przemysłu i zabezpieczeń. Dzięki możliwości zapisu informacji dwu- i trójwymiarowych sprawdza się zarówno w metrologii, jak i w rozpoznawaniu symboli lub kształtów. Warto wyróżnić kilka istotnych kierunków:
- funkcje filtrów częstotliwości przestrzennych,
- elementy o dużej pojemności informacji,
- zwielokrotnienie obrazów,
- tworzenie obrazów 3D cząstek różnych substancji z dużym powiększeniem,
- poprawa jakości odwzorowania układów optycznych,
- wykonywanie zdjęć ultraszybkich.
W metrologii i interferometrii zapisy holograficzne umożliwiają precyzyjne badanie odkształceń, drgań oraz jakości powierzchni. Z kolei zdjęcia ultraszybkie pozwalają analizować zjawiska trwające bardzo krótko, na przykład przepływy i mikrowybuchy. W systemach optycznych zapisy te mogą pełnić funkcję filtrów częstotliwości przestrzennych, co wspomaga przetwarzanie sygnałów.
W obszarze bezpieczeństwa istotne są hologramy stosowane jako naklejki samoprzylepne oraz na foliach metalizowanych nanoszonych technologią hot- lub cold-stampingu. Takie oznaczenia chronią oryginalne produkty i druki, w tym banknoty, przed próbami fałszowania. Indywidualne wzory bywają rejestrowane w międzynarodowym rejestrze hologramów, co ułatwia ich weryfikację.
Hologramy w dokumentach publicznych i plombach zabezpieczających
W dokumentach publicznych hologramy pełnią funkcję warstwy utrudniającej podrobienie. Dobre przykłady to legitymacja służbowa nauczyciela oraz legitymacja szkolna ucznia. Pierwsza z nich jest dokumentem publicznym kategorii trzeciej oraz drukiem ścisłego zarachowania, co oznacza, że ma numer blankietu na rewersie i podlega obowiązkowej ewidencji w rejestrze wydanych legitymacji. Zgodnie z ustawą o dokumentach publicznych z 22.11.2018 r. są to dokumenty mające wpływ na bezpieczeństwo obrotu gospodarczego i prawnego.
Wzór i tryb wystawiania legitymacji służbowej określa rozporządzenie Ministra Edukacji z 11 kwietnia 2024 r. (Dz. U. z 2024 r. poz. 565). Zgodnie z Kartą Nauczyciela dyrektor szkoły wydaje ten dokument na wniosek nauczyciela w terminie 30 dni. Uprawnia on do ulgi 33% na przejazdy środkami publicznego transportu zbiorowego kolejowego i autobusowego.
Obecnie dokumenty mogą mieć formę karty PCV lub e-legitymacji z elektroniczną warstwą bezstykową. Wśród blankietów wyróżnia się wariant zwykły bez kodowania oraz warianty z systemem Unique EM 4100 125 kHz i MIFARE 13.56 MHz Mifare Classic 1K. Ten drugi jest programowalny i zapewnia wyższy poziom bezpieczeństwa.
W zabezpieczeniach produktów i urządzeń stosuje się plomby holograficzne z efektem VOID. Po próbie odklejenia folia pozostawia na powierzchni trwały napis VOID, co jednoznacznie wskazuje naruszenie. Pełne właściwości kleju taka plomba osiąga w ciągu 24 godzin od aplikacji. Personalizacja może obejmować:
- numerację,
- datownik,
- logo lub dowolny tekst,
- kody kreskowe i dane kontaktowe.
Tego rodzaju plomby wykorzystuje się jako zabezpieczenia gwarancyjne, plomby serwisowe, oznaczenia inwentaryzacyjne oraz elementy identyfikacji produktów. Sprawdzają się na powierzchniach płaskich i lekko zakrzywionych, a indywidualny nadruk trwałą czarną farbą zwiększa trudność ich podrobienia.
FAQ – najczęściej zadawane pytania
Czym jest hologram?
Hologram to fotograficzny zapis interferencyjnego obrazu powstałego z co najmniej dwóch fal, który podczas odczytu odtwarza niezależne obrazy przestrzenne 3D.
Jak powstaje zapis holograficzny?
Rejestracja wymaga spójnego źródła światła (najczęściej lasera), którego wiązkę dzieli się na część oświetlającą obiekt i część odniesienia, tworząc na nośniku prążki interferencyjne.
Jakie podstawowe konfiguracje zapisu hologramu wyróżnia się w praktyce?
Wyróżnia się układ Gabora ze współosiowymi wiązkami, układ Leitha-Upatnieksa z bocznym kątem dojścia wiązek oraz układ Denisiuka, gdzie wiązki padają z przeciwnych stron.
Jakie są główne rodzaje hologramów ze względu na grubość warstwy światłoczułej?
W zależności od relacji grubości do okresu prążków rozróżnia się hologramy płaskie, objętościowe oraz dynamiczne.
Czym różnią się hologramy fazowe od amplitudowych?
W hologramach fazowych informacja jest zakodowana w zmianach drogi optycznej, a w amplitudowych w zróżnicowanej przepuszczalności światła.
Gdzie znajdują zastosowanie hologramy w przemyśle i nauce?
Stosuje się je m.in. jako filtry częstotliwości przestrzennych, do obrazowania 3D cząstek, w metrologii oraz do zdjęć ultraszybkich i zwielokrotniania obrazów.
Jak używa się hologramów w zabezpieczeniach dokumentów i produktów?
Hologramy są stosowane jako trudne do podrobienia elementy na dokumentach oraz jako plomby i naklejki zabezpieczające oryginalność produktów i druków.
Co to jest plomba holograficzna z efektem VOID i kiedy osiąga pełne właściwości kleju?
Plomba VOID pozostawia trwały napis 'VOID’ po oderwaniu, ujawniając naruszenie, a klej uzyskuje pełną skuteczność po 24 godzinach od naklejenia.
