هولوگرام HOLOGRAM

هر شش ماه یک‌بار دانشمندان فیزیک اپتیک که تعدادشان بالغ بر هشتصدنفر بود، در جلسات و کنفرانس‌هائی که در هتل شرایتون واشنگتن، تشکیل می‌شود شرکت می‌کردند.
در آوریل ۱۹۶۴ دو نفر از فیزیکدانان جوان دانشگاه میشیگان به نام‌های امت. ان. لیت! و جوریس آپتنیک با روش کاملاً عجیب، تصویر سه‌بعدی اشیاء را به نمایش گذاشتند. اگر چه در جنگ‌جهانی دوم، تصویر سه‌بعدی نظیر تشخیص مواضع دشمن، و عکس‌های هوائی از استحکامات نظامی، مورد استفاده فراوانی داشت، ولی این‌بار بینندهٔ عکس سه‌بعدی می‌توانست با تغییر زاویه دید و چرخاندن سرش، پشت اشیاء را تماشا کند. این دو دانشمند فیزیک تصویری سه‌بعدی از یک قطار اسبا‌ب‌بازی ارائه داده بودند که حقیقی‌ترین و قابل قبول‌ترین تصویری بود که می‌توان در عالم یا دنیای عکاسی سه‌بعدی، آن‌را تصور کرد. اغلب اشخاص حاضر در آن جلسه، هولوگرام را ندیده بودند و از یکدیگر می‌پرسیدند که: قطار اصلی کجاست؟ آنها نمی‌توانستند باور کنند که آنچه مشاهده می‌کنند، فقط یک تصویر سه‌بعدی است و حقه‌ای از قبیل آئینه‌های مخفی و امثالهم، در کنار نبود.
هرکس که تا به امروز در یکی از نمایشگاه‌های بین‌المللی عکاسی از غرفه‌های هولوگرام بازدید کرده باشد، می‌تواند احساس مردمی را که اولین‌بار با این پدیده روبرو می‌شوند درک کند.
هولوگرام را فقط باید دید، چون توصیف آن بسیار مشکل است و نمی‌توان آن‌را روی اوراق مسطح چاپ کرد. بیننده عکس‌های هولوگرام می‌داند، آنچه که می‌بیند واقعیت جسم نیست، ضمن احساس تمام ابعاد پرسپکتیو در تصویر، پرتوها و نقاط ریز نورانی که، تشکیل‌دهنده تصویر سه‌بعدی است ثابت می‌کند که، آنچه چشم مشاهده می‌کند عین واقعیت نیست بلکه تصویر کامل سه‌بعدی از یک واقعیت است. ناظران هولوگرام به‌طور معمول وسوسه می‌شوند که دستشان را دراز کنند تا بتوانند تصویر را لمس کنند، و ثابت کنند که تصویری‌که به معرض نمایش گذاشته شده است جسمیت دارد. علت این همه وسوسه و خیال آنست که تصاویر سه‌‌بعدی که از طریق روش هولوگرام به نمایش درمی‌آید واقعاً به یک معجزه شباهت دارد.
فرض کنید شخصی در غرفهٔ هولوگرام، مقابل یک تصویر سه‌بعدی که تخته‌سنگ بزرگی را نشان می‌دهد ایستاده، وقتی چند قدم زاویه دید خوش را به چپ یا راست تغییر می‌دهد، با حیرت مشاهده می‌کند، یک نفر در پشت تخته‌سنگ ایستاده است. راستی اگر شما از این غرفه بازدید کنید، حیرت نخواهید کرد؟ اولین سؤالی که در ذهن همهٔ بازدیدکنندگان به‌وجود می‌آید این است که: چه تکنیک و قواعدی به‌کار گرفته شده است؟!
برای عکسبرداری به روش هولوگرام به دوربین عکاسی احتیاجی نداریم، بلکه اتاق تاریک یا نیمه‌تاریک مثل دوربین عمل خواهد کرد. برای هولوگرام به مهمترین ابزاری که نیاز داریم اشعه لیزر است و بس.
وقتی پرتره یک مرد با استفاده از روش عکاسی هولوگرام در یک اتاق تاریک یا نیمه‌تاریک برای تماشاچیان به نمایش درمی‌آید. حضار فکر می‌کنند که آن مرد زنده است، و یا آنها در یک نمایش احضار روح شرکت کرده‌اند، گاهی ناظر فکر می‌کند که خواب می‌بیند. ولی حقیقت آن است که او به تماشای یک معجزه در فیزیک اپتیک ایستاده که در عکاسی به آن هولوگرام می‌گویند.
وقتی در یکی از نمایشگاه‌های بین‌المللی عکاسی، در یکی از غرفه‌های هولوگرام ایستاده‌اید پس از چند لحظه ذهن شما آینده را در نظر می‌گیرد و پیش خود می‌گوید، به‌زودی به‌جای آلبوم‌های خانوادگی، می‌توان در یکی از اتاق‌های تاریک منزل ایستاد، و اجداد و خانوادهٔ میزبان را ملاقات کرد، و ممکن است در آینده به‌جای تابلوهای عکس معمولی بر دیوار اطاق‌ها، تصاویر سه‌بعدی هولوگرام را تماشا کرد. بعد آن شاید فکر کنید که به‌زودی تلویزیون سه‌بعدی را خواهید دید. دنیائی از رمز و راز همانند یک هاله، هولوگرامی را احاطه کرده است، و علاقمندان به این تکنیک با دقت و حوصله، تمام مقالات در این‌باره را مطالعه می‌کنند.
علم هولوگرافی همیشه خود را مدیون یک مهندس مجارستانی به نام دنیس گابور می‌داند که در سال ۱۹۴۷ قوانین بنیادی این علم را پی‌ریزی کرد. گابور به خاطر این اختراع، در سال ۱۹۷۱ جایزه نوبل در فیزیک را به‌خود اختصاص داد. وی چند هولوگرام تجربی تهیه کرد که باعث حیرت همکارانش شد، و مقاله‌ای در این زمینه منتشر نمود، و سعی داشت که از طریق تجارتی، سرمایه‌داران را به سمت این اختراع جلب کند که نشد! چندسالی به‌دلیل دلسردی به هولوگرافی توجهی نکرد. وی نام این روش را از ترکیب دو لغت یونانی به معنای تمام و کمال و به‌ معنای پیام، هولوگرام نهاد. همچنین غلط مصطلح شدهٔ هولوگرافی (به معنای مدارک و دست‌خط نویسنده) هم گاهی به‌کار می‌رود.
هولوگرام‌های اولیه آقای گابور، خیلی ناقص بودند و بیشتر از نظر تئوری، به‌عنوان تصویر سه‌بعدی مورد قبول واقع می‌شد، حال آنکه در عمل شبیه عکس‌های معمولی (دوبعدی) بودند.
اشکال عمده‌ای که وجود داشت، منبع نور مورد استفاده، در مرحله گرفتن عکس و نمایش دادن آن بود. بهترین منبع نوری موجود در آن‌زمان، لامپ جیوه‌ای بود که نور خالص و منظم در فاز، یعنی قابلیت ضبط و دوبارە‌سازی تصاویر فوکوس، که لازمه این روش است را نداشت.
در سال ۱۹۶۰ راه‌حل نهائی این مشکل با اختراع اشعه لیزر به‌دست آمد. یکی از مهمتری خواص اشعه لیزر حرکت پرتوهای نوری آن در خط مستقیم و برد زیاد آن است. اگر تیغه‌ای از اشعه لیزر را که باریکی آن به اندازه یک تار مو یا کمتر است در فضا رها کنیم تا هزاران متر در همان خط راست، مسیر را پیموده و در مقطع، ابتدا و انتهای آن یکی خواهد بود. فاز امواج اشعه لیزر منظم و خالص است.
امروزه هولوگرام را در اتاق‌های تاریک یا نیمه‌تاریک عکسبرداری می‌کنند، که اتاق تاریک به‌جای دوربین مورد استفاده قرار می‌گیرد. موقع نمایش هم باید از محلی تاریک استفاده کرد.
به وسیله نیمه آئینه‌ها (یک‌طرف شیشه، یک طرف آئینه) پرتوهای تابشی اشعه لیزر به سمت موضوع یا سوژه می‌رود و نیمه دوم اشعه لیزر که پرتو عطفی نامیده می‌شود توسط چند آئینه، به فیلم یا صفحه حساس منتقل می‌شود. اشعه لیزری هم که از سوژه منعکس شده به فیلم می‌خورد، ولی امواج آن دیگر به‌صورت منظم نیست. این پرتوهای اشعه لیزر بر اثر برخورد با پستی و بلندی‌های سوژه، در زوایائی مختلف پخش می‌شوند، به‌طوری‌که دیگر حالت منظم سابق را نخواهد داشت.
وقتی امواج نامنظمی که پس از برخورد به پستی و بلندی‌های جسم منعکس می‌شوند، به امواج منظم برخورد کند، طرح تداخلی به‌روی فیلم ثبت می‌شود.● طرح تداخلی
امواج نور بر اثر برخورد با یکدیگر، گاهی باعث خنثی کردن و مواقعی باعث تقویت یکدیگر می‌شوند. به‌هر حال نتیجه این برخورد در امواج نور، روی امولسیون فیلم به‌صورت شکل عجیبی موسوم به طرح تداخلی ثبت می‌شود. شکل ثبت شده ظاهراً هیچ‌گونه شباهتی به سوژه اصلی ندارد، ولی در باطن به‌هنگام بازسازی یا نمایش، تصویر سه‌بعدی کاملی را ارائه خواهد داد. به‌عبارت دیگر وقتی‌که فیلم برداشته شده را ظاهر کنیم، این‌طور به‌نظر می‌رسد که یک لکه بزرگ شبیه اثر انگشت، روی فیلم وجود دارد.
اگر به کمک میکروسکوپ به این فیلم نگاه کنیم، نوارهای روشن و تاریکی دیده می‌شود که به مختلف بودن شدت امواج نوری دلالت می‌کند. فواصل میان نوارهای تاریک و روشن به‌دلیل اختلاف فاز امواج تابشی و انعکاسی است. برای اینکه این اطلاعات ثبت شده را بازسازی کنیم، و به‌عبارت دیگر برای اینکه بتوانیم این فیلم را به نمایش بگذاریم، یک اشعه لیزر را که از هولوگرام به‌دست آمده، از آن عبور می‌دهیم. زمانی‌که امواج منظم یا امواج پیوستهٔ لیزر به طرح تداخلی روی فیلم برخورد می‌کند، منحرف و دگرگون می‌شود.
در این موقع شدت و فاز این امواج، برای یکی شدن با امواجی که هولوگرام را به‌وجود آورده‌اند تغییر می‌یابد. امواج نوری که اکنون تولید می‌شود، المثنی امواج نوری هستند که قبلاً از موضوع برمی‌گشتند. بدین‌گونه هولوگرام یک تصویر دقیق سه‌بعدی، با اندازه طبیعی و در فاصله حقیقی خواهد داد.
همان‌طوری‌که ذکر گردید برای ثبت تصاویر هولوگرام و همچنین برای نمایش هولوگرام به اشعه لیزر احتیاج داریم. در سال ۱۹۶۵ با تکمیل هولوگرام انعکاسی، مورد استفاده پرخرج و طاقت‌فرسای لیزر بصری به پایان رسید.
در علوم، صنعت و پزشکی نیز مشغول مطالعه درباره هولوگرافی صوتی هستند، که مبنای آن بیشتر بر صدا تکیه دارد تا نور.
دیدن اجسام به‌وسیله صدا، امروزه کاری عادی شده است. سیستم سونار (دستگاه‌های ردیابی در زیردریائی‌ها) تصاویری مانند تصاویر رادار را از اجسام زیر آب توسط فرستادن امواج صوتی تولید می‌کند، و آن‌را از انعکاس صدای امواج صوتی گرفته و به روی یک پرده منتقل می‌کند. هولوگرافی صوتی دقیقاً مانند هولوگرافی معمولی یا نوری عمل می‌کند و فقط به‌جای استفاده از امواج نور، از امواج صدا استفاده می‌برد.
هولوگرام صوتی همانند هولوگرام بصری، تصاویر را به‌صورت سه‌بعدی ضبط می‌کند. فرکانس‌های مورد استفاده در هولوگرام صوتی، قابل شنیدن نیستند و روی نسوج بدن اثر تخریبی ندارند. هولوگرافی صوتی نوید عرصه عکس‌های بهتری از داخل بدن را با مقایسه اشعه‌ایکس می‌دهد. برای این منظور بدن را در آب قرار می‌دهند و یک فرکانس معین ماوراء صوتی، به طرف عضوی که باید از آن عکسبرداری شود هدایت می‌گردد. امواج فوق توسط اندام‌های داخلی در جهات مختلف منعکس می‌شوند تا، تشکیل یک هولوگرام سطح مایع را بدهند روش مزبور قسمت‌هائی از بدن مانند:
غدد ترشحی، رگ‌های خونی و سایر بافت‌های حساس را که غالباً به‌وسیله اشعه ایکس قابل رؤیت نیستند، به‌صورتی سه‌بعدی نشان می‌دهدو خطر اشعه‌ایکس را هم به روی بدن ندارد.
به خاطر امکانات و احتمالات وسیع تجارتی، تفکر و تحقیقات زیادی در مورد استفاده از هولوگرافی برای ساختن فیلم‌های سینمائی سه‌بعدی و تلویزیون‌های سه‌بعدی صورت گرفته، البته قبل از این‌که این آرزو عملی شود، چند اشکال باقیست که باید مرتفع گردد، به‌خصوص در مورد استفاده تلویزیون یکی از اشکالات؛ پائین بودن سطح نور اشعه لیزر است، که می‌باید صحنه را برای هولوگرافی روشن کند. اشعه لیزر به‌قدری متمرکز و باریک (محدود است که حداکثر قدرت نورپردازی آن اتاقی است که حجم آن از ده فیت مکعب کمتر باشد. این مساحت برای ساختن یک فیلم، ناحیه کوچکی است. اشکال دیگر آن ترس و وحشت هنرپیشگان از اشعه لیزر است. این اشعه چون متمرکز می‌باشد، می‌تواند شبکیه چشم را سوزانده و باعث کوری گردد. تابش مستقیم اشعه لیزر به پوست ممکن است به نسوج صدمه بزند.
برای رفع این اشکال، از شیشه‌های مات یا خراشیده شده برای پراکندن نور و سایر اشعه‌ها از اطراف صورت استفاده می‌کنند و این روش در حال حاضر برای عکسبرداری پرتره، به طریقه هولوگرافی به‌کار می‌رود. اما پراکنده کردن یا دور نمودن اشعه لیزر در یک اطاق پر از هنرپیشه، کاری بسیار مشکل و پیچیده خواهد بود.
به‌هر حال شانس عملی شدن تلویزیون سه‌بعدی، با استفاده از روش هولوگرافی خیلی کم است.
● هولوگرافی بدون استفاده از اشعه لیزر
جلد چهارم دائره‌المعارف آمریکا در صفحه ۳۰۱ هولوگرافی را چنین تعریف می‌کند:
هولوگرافی روشی در عکاسی است که وقتی شعاع‌های نور به اطراف اجسام پراکنده می‌شوند، در طرح تداخل امواج ضبط می‌شوند و آن‌را هولوگرام می‌نامند، و اگر آن‌را در مقابل یک تیغه نور قرار دهیم طراح اصلی مجدداً بازسازی و به نمایش در خواهد آمد. به‌طوری‌که تماشاچی تصویر سه‌بعدی را مشاهده خواهد کرد.
گاهی هم به این روش (عکاسی بدون عدسی) می‌گویند، چون از دوربین یا عدسی استفاده نمی‌شود.● گرفتن عکس هولوگرام
هولوگرام را می‌توان با چند متد تهیه کرد. در این‌جا مثل عکاسی معمولی باید سوژه را با نور روشن کرد. صفحه حساسی عکاسی (فیلم) نسبت‌هائی از نور کم یا زیاد را که، از جسم منعکس می‌شود دریافت می‌دارد. از آنجائی‌که هیچ‌گونه عدسی در این‌جا استفاده نگردیده، طرح یا شکلی که قابل تشخیص باشد به‌دست نخواهد آمد.
هم‌زمان با آن اگر به‌وسیله آئینه یک‌دسته شعاع نورانی (مرتبط و خالص موسوم به منوکروماتیک یا مثلاً طول موج ۷۰۰ یا ۶۰۰ یا ۵۰۰ میلی میکرون) به فیلم بتابانیم نور مستقیم و نور بازتاب که از جسم باز می‌گردد، یک طرح تداخلی را ایجاد خواهد کرد. (طرح تداخل امواج ـ آزمایش یانگ) که این طرح تداخلی روی سطح حساس فیلم طرح عجیبی می‌دهد، که به شکل اصلی هیچ‌گونه شباهتی ندارد و در نگاه اول به اثر انگشت می‌ماند.
● رؤیت یک هولوگرام
وقتی یک فیلم هولوگرام را در مقابل یک‌دسته شعاع نورانی خالص موسوم به (یک نور تک‌رنگ یا منوکروم، مثلاً ۷۰۰ میلی‌میکرون) قرار می‌دهیم. به شرط آن‌که طول موج این‌بار با طول موج نوری که موقع عکسبرداری مورد استفاده قرار گرفته، برابر باشد. در اثر عبور این نورها از داخل شیارهائی که به ”طرح تداخلی“ موسوم است، فاز این نورها متناسب با طرح شیارها، تغییر خواهد کرد. برای چشم ناظر، تشخیص امواج بازسازی شده با امواج اصلی، کار بسیار مشکلی است.
در اثر ترکیب این امواج بازسازی شده، تصویر جسم اصلی، در همان فاصله اصلی در فضا تشکیل می‌شود.
در نمایش هولوگرام دو تصویر مجازی و تصویر حقیقی موسوم به تشکیل می‌شود. از تصویر حقیقی می‌توان عکسبرداری کرد، چون شعاع‌هائی که از این تصویر می‌گذرد حقیقی هستند.
● اشعه لیزر
واژه لیزر از اول کلمات پدیده‌ای گرفته شده که به آن:
تقویت و تشدید نور از طریق تحرک انتشار و تشعشع آن می‌گویند. در حقیقت لیزر دستگاهی است که می‌تواند تیغه‌های نور را به شدت متمرکز، و کاملاً موازی تولید کند. نور اشعه لیزر آن‌چنان موازیست که اگر یک تیغه از نوعی مرئی این اشعه، را از کره زمین به کره ماه بتابانیم، پس از طی این مسافت طولانی، فقط یک میل مربع پخش یا پراکنده خواهد شد. مقدار برد این اشعه بی‌نهایت است و برخلاف نورهای معمولی که پس از طی مسافت ناچیزی، محو و نابود می‌شوند، اشعه لیزر تا اعماق کهکشان‌ها می‌رود و اصطهلاک هم ندارد.
دستگاه مازر مادر اشعه لیزر به حساب می‌آید و به‌جای استفاده از امواج نور، از امواج مایکروویو استفاده می‌کند، البته این دستگاه قادر است فرکانس‌های صوتی از ۲۰ تا ۲۰۰۰۰ و سپس طیف نورهای مرئی و نامرئی و اشعه ماوراء‌بنفش را هم تولید کند. اولین دستگاه مازر در سال ۱۹۵۳ در دانشگاه کلمبیا ساخته شد. در فاصله ۱۹۵۳ تا ۱۹۶۰ یعنی طی هفت‌سال، مطالعات زیادی روی امواج مایکروو در انستیتوی تکنولوژی ماساچوست، توسط دانشمندان لابراتوار شرکت تلفن بل، انجام شد.
اولین آزمایش موفقیت‌آمیز درباره اختراع اشعه لیزر در تابستان ۱۹۶۰ توسط دانشمندی که در لابراتور شرکت هواپیمائی هیوز کار می‌کرد، انجام گرفت. سه نوع اشعه لیزر وجود دارد: گاز، مایع و جامد. اشعه لیزر به شدت جهت یافته، موازی و خالص است. اشعه لیزر در انواع: مادون قرمز، نور مرئی و ماوراء‌بنفش وجود دارد. حدود فرکانس اشعه لیزر از نوع اپتیک یا نوری از ۱۰ به توان ۱۲ سیکل در ثانیه شروع و به ۱۰٭۳ خاتمه می‌یابد، که در این محدوده یا در این طیف، امواج مادون قرمز، ماوراءبنفش و نور سفید هم قرار دارد. حدود فرکانس اشعه لیزر، از نوع مایکروویو که برای فضانوردی و ماهواره‌های مخابراتی استفاده می‌شود از ۱۰٭۳ هرتز تا ۱۰٭۳ هرتز یا فرکانس می‌باشد. در لوله تولیدکننده اشعه لیزر، با نور قرمز یاقوتی پالس یا ضربه‌های الکتریکی به مدار کوارتز یا لامپ اگزنون فرستاده می‌شود. این لوله مارپیچ کوارتز، مانند فلاش عکاسی مرتباً نور سفید خیره‌کننده‌ای تولید می‌کند. مقداری از این نور توسط میله‌ای که از کریستال یاقوت ساخته شده و اتم کروم در آن وجود دارد، جذب می‌شود، و نور قرمزی به اطراف میله پراکنده می‌شود. قسمتی از نور قرمز به آئینه مخصوصی در سمت چپ برخورد می‌کند و تشدید می‌شود، پس از چندین بار تقویت از آئینه نیمه‌شفافی که در سمت راست قرار گرفته اشعه لیزر منوکروماتیک جهت‌یافته، خارج می‌شود.
یک پرتو قوی از اشعه لیزر که منشأ آن گاز آرگون است وقتی به جسمی برخورد می‌کند، به تمام اطراف نور آن پراکنده می‌شود. گرما و حرارت این نوع اشعه فقط یک یا دو ثانیه قابل تحمل است.

اکبر عالمی

منبع : مجله گرافیک