Японские ученые разработали способ создания полноцветной голограммы. Он основан на использовании плазмонов — квазичастиц, которые представляют собой коллективные колебания свободного электронного газа. С помощью этого метода возможно создание голографических мониторов — подобных тем, что использовали герои "Звездных войн", да еще и полноцветных.
Как мы помним, в основе записи голограммы лежит процесс интерференции двух световых волн с похожей частотой. В процессе возникает следующая ситуация — в определенной области пространства складывают две волны. Одна из них идет непосредственно от источника (опорная волна), а другая отражается от объекта записи (объектная волна). Если в этой самой интерференционной области поместить, например, фотопластинку, то на ней возникает сложная картина полос потемнения, которые соответствуют распределению электромагнитной энергии в этой области пространства.
После же данную пластинку нужно осветить волной, близкой к опорной. При этом пластинка преобразует ее в волну в волну, близкую к объектной. Таким образом, мы будем видеть (с той или иной степенью точности) такой же свет, какой отражался бы от объекта записи. То есть объемную картинку.
В современных условиях при создании для записи изображений на тонкую пленку из серебра используются два лазера. Они воздействуют на пластинку с обеих сторон. Неудивительно, что при такой технологии запечатленная в объеме картинка всегда будет того же цвета, что и отражающий лазер. И она всегда монохромная (чаще всего синяя или зеленая).
Однако недавно японские ученые из Лаборатории нанофотоники Института физико-химических исследований RIKEN смогли разработать метод создания полноцветных голограмм. Для этого они использовали совершенно другой тип пленки для записи картинки. Во-первых, она состоит из трех слоев. Во вторых, ее поверхность неровная, а волнообразная.
Для чего же нужны все эти хитрости? Три слоя — для того, чтобы при воспроизведении голограммы можно было отражать свет трех базовых цветов, то есть красного, зеленого и синего (RGB). Принцип достаточно прост — если проводить запись с помощью белого света, то он сможет разместить в каждом из этих трех слоев изображение, выполненное в одном из трех цветов. Соответственно, при наложении этих изображений получится нормальная многоцветная картинка.
Читайте также: Наш мир — всего лишь голограмма?
Несмотря на более сложную структуру, эта пленка является достаточно тонкой. Устроена она следующим образом: средний 55-нанометровый слой серебра накрыт с одной стороны тонкой светочувствительной пленкой, а с другой — слоем диоксида кремния. Общая толщина всей конструкции не превышает нескольких сот нанометров.
Ну, а почему поверхность не гладкая, а волнистая? Всего лишь потому, что для записи изображения исследователи решили использовать так называемые поверхностные плазмоны. Напомним: плазмонами называются гипотетические квазичастицы, которые представляют собой коллективные колебания свободного электронного газа.
Возникают плазмоны тогда, когда свет ударяет по поверхности металла. Данное столкновение порождает перемещающаяся волну,котораяобладаетэлектромагнитным полем и колебанием электрона. Правда, существует она не то, что бы очень долго — всего-то 10-100 фемтосекунд. После чего поверхностные плазмоны превращаются либо в световую волну, либо в колебание атома. Но для записи голограммы этого времени вполне достаточно.
Давно было установлено, что световая волна с более низкой частотой, нежели наблюдается у плазмона, отражается от его поверхности. Это происходит потому, что электроны в последнем экранируют подобные электромагнитные волны. И наоборот — свет с более высокой, чем у плазмона частотой колебания проходит через поверхность плазмона. В этом случае электроны просто не могут достаточно быстро отреагировать и остановить эту волну.
Однако, если световая волна, падающая на поверхностный плазмон, имеет частоту колебания, близкую к его собственной, то происходит следующее: плазмон вступает с ней в резонанс, и таким образом изображение "захватывается". То есть появляется объемная картинка. Однако добиться такого эффекта на ровной поверхности сложно. А вот на волнообразной (с шагом примерно в в 25 нм) этот эффект достигается достаточно легко.
Итак, новая технология японских исследователей позволит создавать многоцветные объемные изображения. Разработчики считают, что это открытие можно будет использовать для создания полноцветных голографических дисплеев. На которых (в отличие от нынешних) изображение будет действительно цветным и объемным. Более того, возможно даже создание приборов, аналогичных тем, что использовали персонажи известной киносаги "Звездные войны". Там, как мы помним, время от времени прямо в воздухе появлялись объемные голограммы героев, которые даже могли общаться с окружающими. И хотя голографические изображения, созданные при помощи плазмонов, разговаривать не смогут, однако воспроизвести картинку такого же качества в пространстве им будет вполне под силу.
Кроме того, изобретатели собираются создать прибор для "перевернутой голограммы". По их рассказам, это будет нанолинза, способная увеличить объекты чрезвычайно малой величины до трехмерных изображений, видимых глазом. Хотя для этого используются пучки металлических нитей с различными покрытиями, общие принципы работы данной нанолинзы сходны с вышеизложенной технологией. Здесь тоже будет использоваться резонанс с плазмоном. Отличия заключаются лишь в том, что "записываемый" в голограмму объект будет меньше своего изображения, а не наоборот.
Читайте также: Вышла газета с "живым" текстом
Ученые также говорят о том, что для этих нанолинз возможно использование волн из дальней часть ультрафиолетового спектра. Это приведет к тому, что на обычном световом микроскопе можно будет разглядеть самые крошечные объекты, например, молекулу ДНК. И не только разглядеть, но и записать ее объемное изображения.
Как видите, данная технология является весьма перспективной. Причем не только для развлечения, но и для прикладных исследований. Не исключено, что подобные цветные голограммы со временем станут обычным способом подачи демонстрационного материала на конференциях и защитах диссертаций, вытеснив привычные нам слайды и таблицы.
Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"