نگاه اجمالی

واژه holography ریشه یونانی دارد و در اصل به معنی"تصویر سراسری" است، که معادل فارسی آن را تمام نگاری گفته‌اند که نتیجه عمل تمام نگاشتها است. تمام نگاشتها انواع بسیار متفاوتی دارند، ولی جملگی در یک ویژگی شاخص مشترکند و آن این است، تصویرهای واقعی سه بعدی اجسام اصلی را باز آفرینی می‌کنند.

تاریخچه

مبحث تمام نگاری در سال 1947 با ابتکار عمل دیش گابور کشف شد. وی در سال 1971 جایزه نوبل در فزیک را دریافت کرد. در اوایل دهه 1960 امت لایث (Emet - Lais) و جوریس پویا تنیکس ( Joris -yopatniks) از ایلات متحده آمریکا و جود نیس یوک (u - penis - yok) از روسیه بطور مستقل از یکدیگر روشهای دیگر را برای بهره گیری از نور لیزر در ساختن تمام نگاشتها کشف کردند.

تمام نگاشت چیست؟

دو یا چند باریکه نور که از چشمه لیزر یکسانی سرچشمه می‌گیرند، تنشهایی تداخلی می‌سازند و تمام نگاشت محیطی حساس نسبت به نور ( قبل امولسیون عکاسی) است که این نقش را روی خودش ثبت می‌کنند. در طرح متداول ساخت تمام نگاشت، باریکه‌ای لیزری با استفاده از آینه نیم بازتابنده به دو باریکه تقسیم می‌شود. یکی از باریکه‌ها پس از گستره شدن بوسیله عدسی یا آینه خمیده ، یه سمت لایه امولسیون که روی یک سطح شیشه‌ای قرار دارد تابانده می‌شود. این باریکه مربع را (R) می‌گویند.

بقیه نور گسترده می‌شود تا به جسم سه بعدی که می‌خواهیم تصویر آنرا تشکیل دهیم، تابانده شود. نوری را که از جسم پراکنده می‌شود به سمت صفحه عکاسی می‌رود، باریکه جسم (O) می‌گویند. نظر به اینکه تمام پرتوهای نور از یک چشمه لیزر می‌آیند، دو باریکه نسبت به هم همدوس هستند و نقشهای تداخلی مشخصی را بوجود می‌آورند.

نحوه ایجاد تمام نگاشت

برای درک بهتر این فرآیند ، ابتدا ساده‌ترین جسم یعنی یک نقطه در فضا در نظر بگیرید که در فاصله زیادی از صفحه عکاسی قرار گرفته‌اند و تحت زاویه 90ْ نسبت به یکدیگر باهم تداخل می‌کنند. نقش تداخلی ایجاد شده ، دقیقا همانند نقش تداخلی حاصل از دو شکاف یانگ برای حالتی است که فاصله بین فریزها بسیار زیاد باشد. تمام نگاشتی که تحت تابش قرار گرفته و ظاهر شده است، توری پراشی است با d = λ (برابر با طول موج) که در آن d فاصله بین فریزها و λ طول موج نور است.

نور لیزر که از نقطه R می‌آید تمام نگاشت را روشن می‌کند. نور پراشیده بنابر معادله mλ = d SinΘ به ازای زاویه Θ = 90ْ بدست می‌دهد. پراش مرتبه‌های بالاتر ممکن نیست به این ترتیب تمام نور پراشیده شده تصویر مجازی از O بوجود می‌آورد. اگر پرتوها به سمت عقب و بسوی R جهت داده شوند (′R .(O نیز بسوی عقب بازسازی می‌شود، اگر پرده‌ای حل ′O قرار گیرد، تصویر حقیقی جسم را نشان خواهد داد.

تمام نگاشت تراگسیلی

اگر بجای نقطه O یک جسم سه بعدی که با نور لیزر روشن شده است قرار دهیم، باریکه جسم O در این حالت از مجموعه وسیعی از چشمه‌های نقطه‌ای تشکیل می‌شود که نشان دهنده نقاط پراکندگی جسم است. اکنون آنچه روی صفحه عکاسی ثبت می‌شود، برهمنهی از توریهای پراش خواهد بود. در صورتی که این صفحه را به کمک R یا ′R روشن کنیم به ترتیب ، تصویر مجازی یا حقیقی از جسم را می‌توان مشاهده کرد. حاصل ثبت تصویر به روش بالا را تمام نگاشت تراگسیلی می‌نامند.

این تمام نگاشت دارای این خاصیت که هر قسمت کوچکی از آن می‌تواند تصویر کامل جسم را بازسازی کنند. این موضوع را می‌توان با تشخیص این نکته که هر مساحت کوچکی از تمام نگاشت خود تمام نگاشت کوچکتری است درک کرد.

ساخت تمام نگاشتهای ساده

• نور لیزر هلیوم - نئونی با توان 1 تا 5 میلی وات به کمک آینه کاری ، که سطح جلوی آن نقره اندود شده پخش می‌شود. قسمتی از نور مستقیما به صفحه عکاسی می‌رسد باریکه مرجع را تشکیل می‌دهد. که در اینجا R همان کانون آینه است. قسمت دیگری از نور ، جسم مورد نظر را روشن می‌کند و پس از پراکندگی از آن به صفحه عکاسی می‌رسد و باریکه جسم را تشکیل می‌دهد. صفحه عکاسی و جسم را روی صفحه فولادی قرار داده که خود آن روی تیوب لاستیک باد شده‌ای مستقر شده است تا ارتعاشات مکانیکی را از زیر جذب کند.
  
  تمام اجزای این آزمایش ، به کمک آهنربا یا بوسیله چسب سر جای خود ثابت نگه داشته می‌شوند. این کار ضروری است زیرا در خلال نور دهی که ممکن است چندین ثانیه طول بکشد، هر حرکت نسبی جسم و صفحه عکاسی سبب محو شدن آن نقشهای تداخلی میکروسکوپیکی که در حال ثبت شدن است می‌شود و کار بی‌نتیجه می‌ماند. در حالت کلی برای روشن کردن صفحه‌های بزرگ به صورتی هنرمندانه یا مقیدتر ، به تجهیزات نوری بسیار مفصلتری نیاز است.
  
  
• با بهره گیری از لیزر یاقوتی ، که می‌تواند بیش از 1 ژول انرژی نوری را در زمانی کوتاهتر از 20 نانو ثانیه گسیل دارد. می‌توان تمام نگاشتی از توده‌ای از اجسام متحرک مانند اشخاص زنده ، را تهیه کرد. زمان نور دهی بسیار کوتاه ، امکام ثبت نقشهای تداخلی را بدون محو شدگی بدست می‌آورد. واضح است که در این موارد ، اقدامات احتیاطی لازم جهت محافظت از چشم اشخاص باید صورت بگیرد. توجه کنید که در اینجا جسم در تماس با صفحه عکاسی و در طرف مقابل نور مرجع R قرار دارد.
  
  نظر به اینکه تمام نگاشت ، تمام نگاشت حجمی است، فاصله میان صفحات براگ منجر به تعیین طول موج بازسازی شده می‌شود. اگر از انبساط و انقباض امولسیون در مراحل عملیاتی جلوگیری کنیم، تصویر بازسازی به کمک نور سفید ، به رنگ نور لیزری خواهد بود که هنگام ثبت مورد استفاده قرار گرفته است. با استفاده از امولسیونی که نسبت به طول موجهای سرخ ، سبز و آبی حساس شده باشد می‌توان به تصاویر تمام رنگی است را که بطور شگفت آوری واقعی هستند.

انواع تمام نگاشت

گونه‌های ترکیبی فراوانی از تمام نگاشتهای تراگسلی بازتابی وجود دارد. متداولترین نوع تمام نگاشت آنهایی هستند که برای مقاصد امنیتی ، مانند مورد کاستهای اعتباری ، بکار گرفته می‌شوند. اینگونه تمام نگشاتها در واقع نگاشتهای تراگسیلی هستند که روی سطحی بازتابان برجسته کاری شده‌اند و معمولا در این نوع تمام نگاشتها از اختلاف نظر قائم صرف نظر می‌شود.

• نوع دیگری از تمام نگاشتهای رایج ، تمام نگاشت انتگرالی است. این نوع تمام نگاشت با استفاده ا از ترکیب تعدادی تصویرهای دو بعدی (مانند عکس ، تصویرهای گرافیکی رایانه‌ای) بطور مصنوعی ساخته می‌شود.

کاربردها

علاوه بر موارد استفاده آشکار تمام نگاری در هنر و تولید تصویر در کنار استفاده فرعی آن در امور امنیتی ، سه زمینه اصلی کاربرد آن به شرح زیر است:

ذخیره اطلاعات

وقتی ′R به سوی 1mm² از تمام نگاشت تراگسیلی تابانده شود. تصویر حاوی هشت مگابیت اطلاعات با سرعت نور روی پرده تصویر (صفحه عکاسی) پدید می‌آید. در فاصله 30 سانتیمتری بین تمام نگاشت و پرده تصویر ، این مقدار اطلاعات در حکم تخلیه یک مگا بایت اطالاعات در هر نانو ثانیه است! به لحاظ نظری ، هر مکعبی به حجم λ³ می‌تواند مقدار یک اطلاعات تمام نگاشتی را در خود ذخیره کند.

به این ترتیب ، تمام نگاشتی با حجم 1Cm³ می‌تواند مقدار یک ترابایت (10¹² بایت) اطلاعات در خود ذخیره کند که بدون استفاده از سیم در فضا قابل انتقال است (اتصال در فضای تهی)، این توانایی امروزه در آزمایشگاه به نمایش گذاشته می‌شود. با بهره‌گیری از بلورهای مصنوعی خارق العاده ، این سیستم حافظه تمام نگاشتی می‌تواند بخواند و بنویسد. به این ترتیب ، تمام نگاشتها در رایانه‌های اپتیکی که در آینده نزدیک وارد عرصه فعالیت می‌شوند، نقش پیشگامانه بر عهده خواهند داشت.

عناصر اپتیکی تمام نگاشتی (HOE)

تمام نگاشتها را می‌توان چنان ساخت که مانند عدسی و یا اینکه عمل کنند. به علاوه اپتیک تمام نگاشتی را می‌توان بوسیله رایانه چنان طراحی کرد که انجام عملیاتی که در اپتیک استاندارد غیر ممکن است امکان پذیر شود. در حال حاضر تراشه‌های الکترواپتیکی که در آنها الکترونیک با لیزرهای میکروسکوبیکی و تارهای نوری و تمام نگاری طراحی شده با رایانه ترکیب شده است، فعالانه مورد مطالعه هستند.

توانمندی ذاتی اپتیک در پردازش موازی ، برای برطرف کردن مشکل تراکم ورودی - خروجی که هم اکنون در رایانه‌های الکترونیکی وجود دارد، کمک خواهد کرد. علاوه بر رایانه عناصر اپتیکی تمام نگاشتی بطور موفقیت آمیزی در روبش ، صفحه نمایش سر بالا (پنجره شفافی که از طریق آن یک راننده می‌تواند همینطور که سرش بالاست و به جلو نگاه می‌کند اطلاعات مورد نیازش را بخواند و در ابزارهای گوناگون پزشکی مورد استفاده قرار گرفته است.)

تداخل سنجی

درست به همان ترتیبی که آلبرت مایکسون با بهره گیری از تداخل سنجی قادر بود طول متر را با بیشترین دقت تعیین کند، تداخل سنجی تمام نگاشتی (تمام سنجی) را نیز می‌توان برای اندازه گیری سه بعدی با دقت بسیار زیاد مورد استفاده قرار داد. این به این صورت امکان پذیر است که از تمام نگاشت نگاه کنیم و بطور همزمان تصویر مجازی ذخیره شده و جسم حقیقی را مشاده کنیم. تصویر مجازی ، در زمان حقیقی با نور پراکنده شده از جسم حقیقی تداخل می‌کند و اختلاف دما را به کمک فریزهای زنده نشان می‌دهد.

مباحث مرتبط با عنوان

• آرایشهای لیزری
• اصول کار لیزر
• انواع لیزر
• تمام نگاری
• خواص نور لیزر
• فیزیک لیزر
• همدوسی
• ماهیت نور همدوس لیزر
• کاربرد لیزر در هولوگرافی