چگونگی ایجاد هولوگرام

بعد از اختراع لیزر انواع هولوگرام‌ ها می‌توانست ساخته شود. اولین هولوگرام‌ها که با نور لیزر قابل رویت بود، هولوگرام‌های Transmission (شفاف) نام داشتند. در سال ۱۹۶۸ هولوگرام Rainbow یا انعکاسی (Reflection) به وجود آمد. هولوگرام ها به گونه‌ای است که زیر نور سفید قابل دیدن هستند. اگر بیننده حالت خود را نسبت به یک هولوگرام انعکاسی تغییر دهد. می‌تواند طیف‌های مختلف رنگ را ببیند. این‌که ما می‌توانیم یک هولوگرام را به صورت سه بعدی، برجسته و رنگارنگ ببینیم ناشی از خطای دید است. در ادامه به طرز ساخت هولوگرام به دو روش معروف خواهیم پرداخت.

آنچه در مقاله چگونگی ایجاد هولوگرام خواهید خواند:

مراحل و طرز ساخت هولوگرام

هولوگرام اصلی از سطح فرم نیکلی جدا شده و هولوگرام اصلی دیگر قابل استفاده نیست. فرم نیکلی که شیمShim نام دارد برای تولید انبوه مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فرم ناخواناست و وقتی روی فیلم متالایز شده منتقل می‌شود به صورت خوانا در می‌آید. این فرایندElectroforming نام دارد. شیم روی سیلندرMain cylinder در دستگاه Embosser نصب می‌شود. طرح روی شیم به روی سطح خیلی نازک رول فیلم متالایز شده با فشار و حرارت منتقل می‌شود.

دو نوع ماشین Hard embosser وSoft embosser وجود دارد. در Hard embosser، سیلندر فرم یک بار در تماس با سیلندر فشار اولیه قرار گرفته و تصویر منتقل می‌شود. بعد از رسیدن سیلندر فشار به گپ سیلندر فرم، سیلندر فشار دوم با سیلندر فرم در ارتباط است. به این شکل تصویر هولوگرام به صورت پیوسته روی رول منتقل می‌شود. در نوعSoft embosser، جنس سیلندرفشار از لاستیک است و قابلیت برجسته کاری روی کاغذ را داراست. در این شیوه قبل از این‌که فیلم متالایز شود، Emboss شده که کیفیتی بالاتر را به دنبال دارد.

هولوگرام یک تصویر سه بعدی است که با استفاده از لیزر ایجاد می شود. نور دستگاه لیزر به دو پرتو می شکند. یکی از پرتوها با انعکاس از روی یک آینه از روی شی به صفحه عکاسی می تابد. پرتو دیگر به وسیله آینه دیگری بدون برخورد به شی به صفحه عکاسی فرستاده می شود. صفحه عکاسی در جایی قرار داده می شود که دو پرتو تلاقی می کنند. سپس صفحه عکاسی ظاهر می شود و در صورتی که به طریق صحیح به آن نور تابانده شود، هولوگرام را پدیدار می کند.

چگونگی ایجاد این دو دسته تا حدود زیادی بستگی به ساختار درونی محیط تولید لیزر، مکانیزم ایجاد لیزر و پارامترهای دیگر دارد که بررسی آنها خارج از این مقوله است. از لحاظ کاربردی، لیزر‌های پالسی با مدت پالس ۱۲-۱۰ ثانیه در دسترس هستند. چنین لیزرهایی در جهت پژوهش در فرایندهایی که در گازها و مایعات، با سرعتهای بسیار بسیار سریع رخ می‌‌دهد، بکار برده می‌شوند.

درک هولوگرام

بهترین روش فهمیدن هولوگرام، مقایسه آن با عکاسی است. در عکاسی، نقطه به نقطه یک عکس سیاه و سفید توسط شدت اشعه نور ساخته می‌شود که هر نقطه روی عکس بسته به شدت موج نور، تنها یک یا چند چیز را ضبط و آشکار می‌سازد. اما باید توجه داشت نوری که یک منظره واقعی را می‌سازد فقط توسط دامنه و طول موج نور تعیین نمی‌شود بلکه فاز نقش عمده‌ای را نیز ایفا می‌کند. در عکاسی، فاز نوری از منظره اصلی منحرف می‌شود بنابراین در عکاسی، تصاویر سه بعدی نخواهیم داشت.

اما در هولوگرافی علاوه بر شدت نور (دامنه و طول موج )، فاز نیز روی صفحه حساس به نور ثبت می‌شود. برای به‌دست آوردن فاز در هولوگرافی، از یک اشعه مرجع (Refrence beam) استفاده می‌شود به این صورت که اشعه مرجع با اشعه شی که هر دو هم فاز هستند ترکیب شده و اشعه جدید با موج و دامنه بیشتر می‌سازند. این اشعه شامل یک سری از خطوط باریک و روشنی است که می‌تواند روی سطح حساس نگاشته شود.

روش مشاهده هولوگرام

برای مشاهده هولوگرام باید نور را تحت همان زاویه دسته پرتو اصلی که به هنگام عکسبرداری بر فیلم تابانده‌ایم، بر فیلم بتابانیم. در این صورت نمونه‌های تداخلی ضبط شده بر فیلم نور را پراش داده چنان منعکس می‌کنند که جهت و شدت امواج تابشی اصلی، که به هنگام عکسبرداری ایجاد شده است، مجددا بوجود آید. حال فرض کنید که صفحه ظاهر شده را دوباره به محلی که در معرض نور قرار داشت باز گردانیم و جسم تحت مطالعه را برداریم.

باریکه بازتابیده اکنون با فریزهای روی صفحه برهمکنش می‌کنند و دوباره در پشت صفحه یک باریکه پراشیده ایجاد می‌کند. بنابراین ناظری که به صفحه نگاه می‌کند جسم را در پشت صفحه می‌بیند، طوری که انگار هنوز هم جسم در آنجاست. هر یک از دو چشم، هر نقطه مفروض را بواسطه یک نمونه تداخلی جداگانه مشاهده می‌کند. بدین ترتیب برای هر نقطه از تصویر، ناظر یک تصویر مجازی سه بعدی را پشت صحفه هولوگرافی شناور است، می‌بیند. با تغییر شدت نور که در نتیجه تغییر زاویه مشاهده، ایجاد می‌شود، چنین می‌نماید که شی در پشت هولوگرام واقعا وجود دارد.

بیشتر بدانید: چگونگی ساخت هولوگرام در خانه

ابزار لازم برای ایجاد هولوگرام

برای ایجاد هولوگرام نیازی به ابزار زیاد نیست. براحتی می‌توانید یکی برای خودتان با ابزار زیر بسازید:

لیزر مورد نیاز برای ساخت

لیزرهای واقعی معمولا هلیم-نئون (HeNe) در هولوگرافی زیاد به کار می‌روند. بسیاری در منزل از لیزرهای به اصطلاح نشان‌گر (pointer) استفاده می‌کنند، ولی نور حاصل از آن‌ها کم‌تر همدوس وپایا باقی می‌ماند؛ در نتیجه تصویر به ندرت خوب از آب در می‌آید. برخی از انواع لیزر هستند که از لیزرهایی با رنگ‌های مختلف استفاده می‌کنند. بسته به نوع لیزری که استفاده می‌کنید نیاز به شاتر یا نوردهی معینی دارید (این اصطلاح در عکاسی و دوربین‌ها رایج است. یعنی زمان نوردهی هر تصویری که می‌خواهید بگیرید).

عدسی ‌ها در ایجاد هولوگرام

اغلب مردم تصور می‌کنند که هولوگرافی عکاسی بدون لنز است. در حالی که این‌جا هم به لنز نیاز هست. با این تفاوت که در دوربین‌ها عدسی یا لنز نور را کانونی می‌کند ولی در هولوگرافی لنزها باعث می‌شوند نور رسیده پخش شود.

آینه‌ ها در ایجاد هولوگرام

این باریکه‌های مستقیم نور برای تصحیح مکان به کار می‌روند. با استفاده از عدسی‌ها و باریکهٔ جداکننده، آینه‌ها باید کاملا تمیز باشند.

چگونگی ثبت نور برای ایجاد هولوگرام

فیلم هولوگرافی می‌تواند نور را با کیفیت بالا ثبت کند (ثبت نور برای ایجاد هولوگرام ضروری است). در واقع لایه‌ای است که سطح آن به نور حساس بوده و بر روی سطح شفافی مانند فلیم عکاسی قرار می‌گیرد. تفاوت بین فیلم هولوگرافی و عکاسی این است که فیلم هولوگرافی باید قادر باشد تا تغییرات خیلی کوچک را که در فاصله‌های میکروسکپی اتفاق می‌افتد، ثبت کند. به عبارت دیگر باید دانه بندی خیلی خوبی داشته باشد. در برخی حالت‌ها هولوگرام‌هایی که لیزر قرمز استفاده می‌کنند، براساس امولسیونی هستند که به نور قرمز بسیار حساس هستند.

ایجاد هولوگرام انعکاسی

برای ایجاد هولوگرام انعکاسی ، صفحه ی هولوگرافیک را بین نور لیزر و جسم قرار دهید. ترتیب آن از راست به چپ برابر است با : جسم، صفحه هولوگرافیک، لیزر.

جهت تابش در دو حالت:

• از بالا در زاویه ۴۵ درجه، با صفحه هولوگرافیک در بالای جسم صاف که در برای ما سکه می باشد.
• از کنار برای اجسام بزرگتر و حجیم تر مانند مهره شطرنج (شکل زیر)

تنها فرق بین هولوگرام های انعکاسی و انتقالی در محل جاگذاری وسایل بر روی میز کار برای نمایش می باشد. ساختن هولوگرام انتقالی بسیار شبیه به هولوگرام انعکاسی می باشد. با خصیصه های منحصر به فرد هولوگرام انتقالی، این هولوگرام های بهترین انتخاب برای نمایش در کلاس ها در مقابل با هولوگرام های انعکاسی می باشد.

طرز ساخت هولوگرام

برای این‌که از هولوگرام عبوری یک هولوگرام انعکاسی ساخته شود، نور لیزر را با عبور از مسیر اولیه به نام 1 H(که خاصیت عبوری داشته و تنها با نور لیزر قابل باز خوانی است) به سطح حساس دیگری می‌تابانند. این سطح حساس پس از ظهور و ثبوت تبدیل به هولوگرام انعکاسی می‌شود که 2H نامیده می‌شود. این هولوگرام قابل دیدن زیر نور سفید است. اگر سوژه‌ای که می‌خواهیم از آن هولوگرام تهیه شود به صورت فایل دیجیتال باشد، در این صورت بهتر است تصاویر در برنامه‌هایVector مانندIllustrator وCorel آماده شود. پس از این‌که تفکیک رنگی انجام گرفت، توسط ایمیج ستر از فایل، خروجی می‌گیرند که این فیلم‌ها به صورت شفاف است و به جای سوژه سه بعدی استفاده می‌شود. بسته به این‌که هر کدام از این فیلم‌ها باید چه عمقی در هولوگرام داشته باشند، به ترتیب و در فاصله‌های متفاوت در معرض نوردهی قرار می‌گیرند.

ساخت هولوگرام توسط نور سفید

این روش می تواند برای نسل جدید نمایشگرهای سه بعدی مورد استفاده قرار بگیرد. این روش بر مبنای تحریک پلاسمونهای سطحی فیلم نازک فلزی است. پلاسمونهای سطحی در فیلم فلزی توسط نور سفید که در یک بازه زاویه ای قرار داده شده اند تحریک می شوند. در ایجاد هولوگرام سه بعدی رنگی، از نور سفید معمولی بجای لیزر استفاده می شود. زاویه فرود مشخص می کند کدام پلاسمونها توسط هولوگرام تحریک شوند و امواج نوری که به چشم می رسند را بازسازی کنند.

تداخل اشعه مرجع و اشعه شی و ایجاد هولوگرام

اشعه مرجع و اشعه شی جایی در نزدیکی سطح حساس به نور با هم تداخل پیدا می‌کنند. اشعه‌های هم فاز روشنی‌ها وغیر هم فاز خطوط تیره را ایجاد می‌کنند که در نتیجه این خطوط باریک و روشن شبکه پراش (Diffraction grating) تولید می‌شود. این نور‌ پرانی مجموعه‌ای از خطوط موازی است که خطای دید ایجاد شده را روی فیلم شکل می‌دهد و به این ترتیب هولوگرام به وجود می‌آید. این خطوط باریک و روشن روی هولوگرام به طور مستقیم معرف نقاط به هم پیوسته در فضای یک منظره نیستند (قادر به نشان دادن تمام جزئیات منظره اصلی نیستند) بلکه تنها چیزی که هولوگرام نمایانگر آن می‌باشد پرسپکتیو نقاط است.

برای بازسازی موج‌های آن به یک نور هم فاز احتیاج داریم که این نور باید کاملا شبیه به نوری باشد که هولوگرام توسط آن به وجود آمده تا بتواند شرایط هنگام عکسبرداری را برای ما بازسازی کند. بهترین نور هم فازی که می‌تواند در هولوگرافی چه در مرحله عکسبرداری و چه در هنگام بازسازی مورد استفاده قرار گیرد، نور لیزر است.

نوردهی در تولید فیلم هولوگرامی

زاویه نوردهی این فیلم‌ها برای ایجاد رنگ‌های متفاوت فرق می‌کند. در اینجا هم اشعه مرجع و اشعه سوژه با هم تداخل پیدا کرده و طرح مورد نظر روی سطح حساس به نور، شکل می‌گیرد. ممکن است تصویر دارای برجستگی یا فرورفتگی‌هایی باشد. که در این موارد به صورت معکوس روی هولوگرام ثبت می‌شود. یعنی اگر تصویر دارای برجستگی باشد، در هولوگرام به صورت فرورفته منتقل می‌شود. برای حل این مشکل از آینه‌ها و عدسی‌های Optical Phase Conjugation استفاده می‌شود.

طرز ساخت هولوگرام به روش دیجیتال 

در اینجا تولید و طرز ساخت هولوگرام کاملا به صورت دیجیتال می‌باشد. تصویر به صورت دیجیتال برای ماشین دات ماتریکس تعریف شده و سطح حساس به نور با فرمان کامپیوتر توسط نور لیزر (که از نوع هلیوم کادمیوم است) نگاشته می‌شود. در این شیوه سطح هولوگرام به صورت نقاط فرورفته ظاهر می‌شود که این فرورفتگی‌ها در حد میکرون است و در زیر نور معمولی و با چشم غیر مسلح قابل دیدن نیست.

بسته به میزان عمق این نقاط، شکست نور متفاوت بوده و سطح هولوگرام به صورت رنگی دیده می‌شود. حال برای ایجاد عمق و شکست نور در سطح حساس، این سطح در راستای‌ X وYحرکت می‌کند و منبع تابش ثابت است یا زاویه تابش لیزر تغیر کرده و سطح حساس به نور ثابت می‌ماند. از خصوصیات هولوگرام این است که اگر دو هولوگرام یکسان در دو زمان متفاوت به وجود آید، با بررسی‌های جزیی معلوم خواهد شد که بین دو نسخه یکسان، تفاوت‌های دقیق و ماهرانه‌ای وجود دارد که همین ویژگی کپی برداری از هولوگرام را غیر ممکن می‌سازد.

نوع نوری که هولوگرام با آن دیده می‌شود نقش مهمی در پی بردن به کیفیت هولوگرام ایجاد می‌کند. برای دیدن هولوگرام یک لامپ ۱۲ ولت، ۷۵-۵۰ وات و یک لامپ هالوژن دارای خاصیت پیزو الکتریکی ۱۶MR- استفاده می‌شود. منبع نور باید بالا و در فاصله کمتر از ۱۰۰ سانتی‌متر نسبت به هولوگرام و در زاویه تقریبی ۴۵ درجه قرار گیرد.

طرز ساخت هولوگرام به صورت انبوه

تولید انبوه‌ و طرز ساخت هولوگرام اصلی به روش برجسته کاری تکثیر می‌شود. هولوگرام‌ها به صورت برجسته روی سطح فتورزیست یا فتوترموپلاستیک ثبت می‌شود. در اولین مرحله فرآیند برجسته‌کاری، تصویر هولوگرام به روی صفحه فلزی از جنس نیکل منتقل می‌شود. قبل از تهیه فرم نیکلی، توسط دستگاهی با عبور جریان برق و فشار تک‌ هولوگرام اصلی را در کنار هم قرار داده و بعد از روی آن فرم نیکلی تهیه می‌شود. انتقال تصویر به فرم نیکلی در حوضچه‌های محلول آبی صورت می‌گیرد به این ترتیب که ابتدا سطح فتورزیست به‌وسیله نقره هادی شده و سپس با استفاده از انتقال‌دهنده‌های شیمیایی ذرات اتم نیکل به سطح هولوگرام می‌چسبد و در فرورفتگی‌های هولوگرام می‌نشیند.

انواع روش های چسبدار کردن رول هولوگرام

چسبدار کردن‌ رول برجسته شده به طور پیوسته در دستگاه سلفون‌کشی حرکت می‌کند و پشت آن به چسب‌های پایه آبی یا پایه حلالی آغشته می‌شود و سپس یک کاغذ با پوشش سیلیکونی روی آن کشیده می‌شود. یکی دیگر از روش‌های چسبدار کردن هولوگرام، هات استمپ(Hot stamping) است.

در این روش تمام آب اضافه چسب پشت هولوگرام، تبخیرشده و حالت چسبناکی خود را از دست می‌دهد. سپس این نوع هولوگرام با استفاده از فشار، حرارت و قالب‌های انتقال روی سطح مورد نظر می‌نشیند و دیگر قابلیت کنده شدن وجابه‌جایی را ندارد و به طور دایم روی سطح باقی می‌ماند.

در هنگام انتقال فقط آلومینیوم بدون فیلم منتقل می‌شود. هولوگرام هات استمپ به عنوان یک وسیله فوق امنیتی به شمار می‌رود چرا که بعد از استفاده اولیه غیر قابل برداشت از روی سطح است.
‌خط وتیغ زنی‌ بعد از لمینیت کردن رول هولوگرام، در شکل و اندازه‌های مورد نیاز مشتری به صورت ورقی بریده شده و بسته‌بندی می‌شود. بر روی فرم نیکلی علایمی به عنوان رجیستر ثبت می‌شود که این رجیستر‌ها توسط چشم الکتریکی ماشین دایکات خوانده و سپس عملیات خط و برش انجام می‌شود.

روش های شماره گذاری هولوگرام ها

شماره گذاری‌ هولوگرام‌ها را می‌توان با استفاده از روش‌های متفاوت مانند: Inkjet/ UV کدگذاری کرد که این اعداد به صورت دایمی روی سطح هولوگرام باقی می‌ماند. مواد مصرفی برای نگاشت هولوگرام (سطح حساس به نور) این امکان وجود دارد که توری پرانی‌های سازنده یک هولوگرام، به صورت شبکه‌های فازی (Phase grating) یا دامنه‌ای (Amplitude grating) ذخیره شوند.

شبکه‌های دامنه‌ای در جذب طیف نور دچار نوسان شده و بهره‌وری کمتری نسبت به هولوگرام‌های فازی دارند. بنابراین به طور کمتری مورد استفاده قرار می‌گیرد. اکثر موادی که برای هولوگرام‌های فازی مورد استفاده قرار می‌گیرد، به یک تئوری بهره‌وری انکسار رسیده‌اند که برای هولوگرام‌های ضخیم، نوع Bragg این بهره‌وری ۱۰۰% است.

در نوعBragg بلورهایی به کار رفته که با برخورد اشعه‌های هم فاز به آنها بیشترین باز تابش را خواهیم داشت. در هولوگرام‌های نازک از نوع Nath-Ramman با بهره‌وری ۹/۳۳% است Nath-Ramman. فیلم‌های هولوگرامی هستند که معمولا ضخامت آنها به میلی میکرون می‌رسد.