Голография

Часть 1

Опыт создания установки для голографии. В первой части будет описан процесс создания и настройки лазерной установки и всего самого необходимого.

В данной статье будет минимум теории и максимум моей практики.

Данная статья для многих сможет послужить неким алгоритмом для создания собственной голографической установки на основе лазера из DVD привода.

По материалу из википедии:

Голография — набор технологий для точной записи, воспроизведения и переформирования волновых полей.

А если проще, то если через какую-то плоскость мы восстановим весь волновой фронт, то мы не сможем отличить оригинал от копии.

Если мы восстановим этот волновой фронт от какой-либо фигурки, то в идеальном случае мы сможем рассмотреть эту фигурку под всеми углами к плоскости.

Пожалуй на этом теория о голографии закончится, там очень много тонкостей и нюансов. Больше теории можно прочитать тут.

Для голографии нам понадобятся:

1. Лазерная установка, 650 нм.
2. Фотодиод с документацией и характеристиками.
3. Большая коробка из под обуви.
4. DVD болванка, любая.
5. Микроамперметр.
6. Много места в ванной.
7. Фотопластинки ПФГ-03.
8. Химия для проявки и закрепления.
9. Чёрная матовая краска, в балончике
10. Прямые руки.
11. Голова на плечах с мозгом на борту.

Фотопластинки и химию можно заказать, зарегистрировавшись и связавшись с Holos. Цены в этой теме.

Лазерная установка.

С чего всё началось? Началось всё с желания.

Нет, не с желания сделать голограмму, а с желания заполучить таки достаточно мощный видимый лазер (вероятно именно по этой причине Вы и оказались на этом сайте). Чтобы спички поджигал или обжигал кожу. В общем, опасную игрушку хотел. Но денег не было. И тут в руки мне попался неисправный DVD привод, когда-то пишущий.

В общем вытащил из него лазерный диод, к счастью моему он оказался в стандартном корпусе ТО-56.

Вдоволь наигравшись с указкой, решил сделать стационарную систему для голографии.

Итак, для экспериментов спаял питающую схему:

Эта схема хороша тем, что она не сильно привередлива к источнику питания. Можно использовать 8 банок аккумуляторов типа АА. Можно подключить к блоку питания на 9 или 12 вольт с максимальным током на выходе до 500 мА.

К тому же эта схема сгладит скачки напряжения при включении, длительность которых примерно равна C3*R2=200 Ом * 100 мкФ = 0.02 секунды

Максимальный ток ограничивает резистор R3. В данной схеме ток через лазерный диод можно изменять с помощью потенциометра R4 от 17 до 300 мА.

V1 - Любой источник от 9 до 12 вольт, максимальный ток на выходе до 500 мА.

D1 - Стабилитрон на 2.4 Вольта, 0.2 Вт мощность. Не путать со стабистором!

R1, R2 - маломощные, 0.025 Вт хватит.

R3, R4 - мощнее, 2.5 Вт или мощнее. Будет надёжнее, если найти 5 Вт. R4 нужно расположить так, чтобы иметь простой доступ до него. Им мы будем часто пользоваться непосредственно перед созданием голограммы. Подстроечный маленький резистор не годится, нужно нечто более долговечное и износостойкое, легко крутящееся :-)

На транзистор обязательно нужно повесить радиатор. На нём будет рассеиваться до 3 Вт.

Рекомендации относительно R3. Ниже приведены рекомендованные значения резистора R3, в зависимости от максимальной скорости записи DVD привода. С такими значениями Ваш лазерный диод никогда не сгорит от перегрузки по току, гонять можно часами.

В качестве корпуса использовал всё тот же многострадальный DVD привод.

Для диода выточил хороший алюминиевый радиатор. Радиатор для диода обязателен! Нужно обеспечить хороший теплоотвод. В своей установке я никаких элементов Пельтье не использовал.

ВНИМАНИЕ! Лазерный луч не нужно фокусировать!!! Никаких стёклышек или линз быть не должно! Если Лазерный диод с крышкой, нужно проверять чистоту излучения. От лазерного диода должно быть равномерное пятно, без кругов и чёрных точек. Белый лист бумаги должен быть равномерно освещён.

Если видны чёрные кольца или точки, то крышку у диода нужно спилить.

Лучше всего для голографии подходят диоды в корпусах типа Open-Can.

Включив диод Вы увидите, что по одной оси луч расходится больше, чем по другой, перпендикулярной оси.

Диод в радиаторе нужно закрепить так, чтобы ось, по которой расходимость больше, совпадала с линией горизонта. Это крайне важный момент, связанный с поляризацией луча лазера. Лазер должен быть поляризован по вертикальной оси. Опыт показал, что лазерные диоды нужно располагать именно так, как описано выше.

Далее необходимо сделать уголок, который бы отклонил нашу лазерную установку под углом Брюстера.

Теперь поняли, зачем нужно соблюсти нужную поляризацию и правильно расположить лазерный диод?

Нужно исключить отражение луча от поверхности стекла. И главное, мы таким образом исключаем отражения внутри стекла. Если этого не делать, то на нашей голограмме появятся чёрные интерференционные полоски.

Схематично всё, описанное выше,можно изобразить так:

Вот моя лазерная установка:

Уголок сделал из алюминия. Лучше даже будет сделать из толстого прочного пластика, т.к. он лучше глушит вибрации. А металл наоборот не приветствуется, т.к. он "звенит". Этой вибрации будет достаточно, чтобы голограмма вообще не получилась.

Лазерная установка должна стоять максимально устойчиво. Поэтому желательно сделать её на 3-х острых ножках.

Хорошо. Установка готова к использованию. О настройки его мощности будет описано во второй части.

Фотодиод. Время экспонирования.

Теперь нам понадобится фотодиод для измерения интенсивности лазерного излучения. Фотопластинки - они как фотоплёнка: если долго освещать - картинка станет слишком тёмной, ничего не будет видно. Если очень мало освещать - картинка будет слишком тусклой.

Для этих целей я купил фотодиод BPW20RF. К нему прилагалась и документация, по которой я смог оценивать интенсивность лазерного излучения. Из документации нам нужны следующие параметры:

1. Чувствительность фотодиода к световой волне 650 нм. Измеряется в Ампер/Ватт.
2. Площадь фотодиода, в метрах квадратных.

Так же нужно знать чувствительность фотопластинки к нашему лазеру. На коробке с фотопластинками указана "Голографическая чувствительность при максимальной Дэ, Дж/м²". Обычно там написана цифра 2. Реально же их светочувствительность получается порядка 5. Так же нужно не забывать, что чем старее фотопластинки, тем чувствительнее они становятся (время экспонирования становится меньше)

Ниже приведена формула, по которой легко оценить время экспонирования в зависимости от тока через фотодиод.

где
Pl - Голографическая чувствительность фотопластинки, указано на коробке с фотопластинками, измеряется в Дж/м²
S - Чувствительность фотодиода к световой волне 650 нм. Измеряется в Ампер/Ватт. Смотрим в документации.
A - Площадь фотодиода, в м². Смотрим в документации.
I - Ток, в Амперах. Смотрим на амперметре перед снятием голограммы.
t - Время экспонирования, в секундах.

Желательно перед снятием голограммы подготовится и сделать график, где очень быстро и без вычисления можно было бы посмотреть необходимое время экспонирования. На графике зависимость времени экспонирования от тока через фотодиод.

Для тех, у кого волшебным образом окажется фотодиод BPW20RF, всё уже заранее готово. Все графики и вычисления выполнены в MathCad тут и тут.

Вот так выглядит мой измеритель:

Фотопластинки.

Как и упоминалось раньше, чем они старше - тем чувствительнее. Но и это ещё не всё! Срок их хранения очень мал, около 3-х месяцев. Хранить нужно в холодильнике. Если не проявленная фотопластинка на обычном свету имеет серый цвет (кстати если Вы на неё так посмотрели, то она уже будет испорчена) , то она уже не пригодна для голографии.

Так же от времени они становятся всё более чувствительными.

По своей сути Фотопластинка мало чем отличается от обычной фотоплёнки... только "зерно" разное. У обычной фотоплёнки разрешающая способность ~200 линий на мм, а у голографической - 3000-5000 линий на мм.

На обычную фотоплёнку мы записываем информацию об амплитуде того или иного цвета.

На голографическую пластинку мы записываем интерференционную картинку. Картинка получается посредством сложения луча, который пришёл от лазера и луча, который отразился от предмета.

Химия.

Как разводить химию - будет написано на листочках, которые будут вложены в коробку с химией при покупке.

Желательно разлить всё в пластиковые бутылки, с ними будет проще работать.

Хранить необходимо так же в холодильнике.

При проявлении и закреплении температура жидкостей должна лежать в диапазоне от 15 до 20 градусов. Иначе ничего не получится.

Обстановка.

Фотопластинки не терпят света! Ни в коем случае не открывайте коробочку в комнате!!! сразу всё испортите...

Открывать коробку с фотопластинками можно только в темноте. Менее всего эти пластинки чувствительны к зелёному свету. Поэтому нужно сделать зелёный светлячок. Но и он должен быть как можно менее ярким.

Лучше всего голографией заниматься в ванной (если Вы делаете это дома). Там можно запереться и гробовая темнота будет вам обеспечена.

Вот мой светлячок. Зелёный светофильтр, рюмка, 2 батарейки, лампочка, магнитики из DVD:

И лучше снимать голограммы ночью. Дело в том, что не допустимы любые вибрации при экспонировании. Даже говорить нельзя...Я во время экспонирования даже не дышу! Мельчавшие вибрации всё вам испортят. Если кто-то идёт в соседней комнате или слушает музыку, даже разговаривает и Вы это слышите - вряд ли голограмма получится. Нужна гробовая тишина и покой!

Если после прочтения данной статьи не отпало желание заниматься голографией, то смело можете приступать к прочтению второй части, где будет описан и продемонстрирован сам процесс.

Источник: http://lasers.org.ru

Содержание

http://patlah.ru

© "Энциклопедия Технологий и Методик" Патлах В.В. 1993-2007 гг.