Kopírování hologramů

Transmisní hologram, který byl popsán v předcházející kapitole byl uspokojivě rekonstruovatelný pouze v laserovém světle, což zásadním způsobem ovlivňovalo jeho praktickou využitelnost. Jeho dalším zpracováním (kopírováním za speciálních podmínek) lze vytvořit hologramy rekonstruovatelné klasickým polychromatickým bodovým zdrojem.

Hologramy pro rekonstrukci v polychromatickém světle

Rekonstrukce výše zmíněného transmisního hologramu (záznam hologramu viz. obrázek 1a) vyžaduje osvětlení s dostatečnou časovou a prostorovou koherencí. Zatímco prostorovou koherenci je možné zajistit bodovostí zdroje světla, která zaručuje hladkost rekonstrukční vlny, časová koherence související s monochromatičností je u klasických zdrojů stěží dosažitelná. Při rekonstrukci klasického transmisního hologramu pomocí bodového zdroje bílého světla dochází k situaci podle obrázku 1b.

Každá vlnová délka obsažená v rekonstrukční vlně vytvoří obraz v dané barvě. Vzhledem k disperzi se ale obrazy v různých barvách prostorově nepřekrývají v důsledku čeho je rekonstrukce silně rozmazaná a má duhové barvy. Existují v podstatě dva základní přístupy korigující negativní dopad disperze umožňující rekonstrukci hologramu v bílém světle:

• reflexní hologramy - jsou založeny na přirozené spektrální selektivitě objemové mřížky, kde při dopadu polychromatické rekonstrukční vlny na takovou mřížku dochází k přirozené selekci vlnové délky - difrakční účinnost reflexního řádu je nezanedbatelná pouze pro úzké pásmo vlnových délek, ostatní vlnové délky procházejí hologramem bez difrakce a tvoří nultý řád
• duhové hologramy - jsou transmisní hologramy, které za cenu omezení jedné paralaxy (většinou verikální) dosahují prostorové separace obrazů pro různé vlnové délky - nedochází tedy k jejich překrytí a duhovému rozmazání

V obou uvedených případech je možné dále disperzi eliminovat fokusací obrazu do těsné blízkosti hologramu - míra duhového rozmazání při rekonstrukci je úměrná vzdálenosti obrazu od hologramu, pokud je tedy objekt umístěn do blízkosti finálního hologramu, je rozjetí jednotlivých barev malé.

Oba uvedené typy hologramů se většinou realizují kopírováním z transmisního masteru zhotoveného klasickým postupem.

Reflexní hologramy

Reflexním hologramem nazýváme difraktivní prvek, u kterého se rekonstruovaná signální vlna šíří ve stejném poloprostoru jako vlna rekonstrukční. Z teorie objemových mřížek (např. Kogelnikova teorie, atd.) lze ukázat, že reflexní objemová mřížka je velice citlivá na rozladění rekonstrukční vlnové délky (malá odchylka vlnové délky způsobuje výrazný pokles difrakční účinnosti). Tohoto efektu lze využít pro dosažení přirozené selekce vlnové délky při rekonstrukci hologramu v bílém světle (naproti tomu typická transmisní mřížka vykazuje pouze mírný pokles difrakční účinnosti při změně vlnové délky, ale významý pokles této účinnosti při malé změně úhlu dopadu rekonstrukční vlny). Reflexní hologram lze sestrojit buďto přímou cestou expozicí ve schématu s objektem, kde referenční vlna dopadá na záznamový materiál z opačné strany jako vlna signální, anebo kopírováním z transmisního masteru pomocí rekonstrukce masteru konjugovanou vlnou. První zmíněný postup má ale několik podstatných nevýhod, a sice:

• nelze zhotovit jednoduše větší počet kopií hologramu - realizace každého vyžaduje využití kompletního schématu s původním objektem
• energetická bilance je při primárním záznamu objektu většinou nevýhodná - reflektivita povrchu definuje energii signálního svazku, nelze jednoduše nastavit poměr energií svazků, dochází k depolarizaci v důsledku odrazu od objektu, expoziční časy jsou delší, což společně s vyššími nároky na stabilitu schematu (reflexní prvky mají vyšší hustotu modulace až lambda/2) komplikuje expoziční proces
• objekt nelze umístit do blízkosti finálního hologramu, což je často žádoucí z hlediska minimalizace negativního dopadu disperze, prostorové nekoherence a geometrické deformace obrazu

Existují ovšem speciální záznamové geometrie, kde dochází k přímému záznamu reflexního hologramu - např. Denisjukovo schema.  Tyto postupy sice trpí výše uvedenými nedostatky, na druhé straně ale mohou zjednodušovat celý proces expozice - v případě zmíněného Denisjukova schematu použitím jediné vlny, která vytváří současně referenční svazek i svazek signální (odrazem od objektu nasvíceného přes záznamový materiál).

Na obrázku 2a je naznačen proces vytvoření reflexního hologramu kopírováním z transmisního masteru.

Transmisní master je rekonstruován konjugovanou referenční vlnou (pro zjednodušení procesu konjugace volíme většinou při záznamu masteru rovinnou referenční vlnu, u které se konjugace redukuje na pouhou změnu směru šíření) a vytváří v prostoru reálný obraz původního objektu. Do blízkosti tohoto obrazu je potom umístěn nový záznamový materiál, který je současně osvětlen novou referenční vlnou dopadající na materiál z opačné strany než vlna signální. Finální rekonstrukce takového reflexního hologramu je znázorněna na obrázku 2b. Rekonstrukci provádíme opět vlnou konjugovanou k referenční vlně použité při kopírování. Vzhledem k tomu, že pro finální pozorování většinou používáme divergentní kulovou vlnu vytvořenou bodovým zdrojem (například bodovou halogenovou lampou), měla by být referenční vlna při kopírování konvergentní kulová. Realizovat takovou vlnu je ovšem obtížné, proto používáme pro kopírování i finální rekonstrukci referenční vlnu kulovou divergentní. Podmínka konjugace pak není splněna, což se projevuje deformací obrazu. Tyto nežádoucí efekty lze eliminovat zvětšením poloměru křivosti referenční/rekonstrukční vlny, proto se snažíme volit tyto parametry co největší.

Duhové hologramy

Duhový hologram je transmisní hologram rekonstruovatelný v bílém světle. Byl poprvé navržen a sestrojen T. Bentonem v roce 1969. Rozmazání obrazu v důsledku disperze je eliminováno prostorovou separací jednotlivých barevných obrazů za cenu omezení vertikální paralaxy. Duhový hologram lze sestrojit kopírováním z klasického transmisního masteru s použitím štěrbinové clony omezující využitou plochu masteru ve vertikálním směru. Schéma realizace duhového hologramu je naznačeno na obrázku 3a.

Celý proces se od kopírování na reflexní kopii liší jednak přítomností omezující štěrbiny a dále referenční vlnou dopadající na kopii ze stejné strany jako vlna signální (dochází k záznamu transmisního hologramu). Na obrázku 2b je znázorněn proces rekonstrukce duhového hologramu bílým světlem. Zatímco u klasického transmisního hologramu (obrázek 1a) resp. u transmisní kopie realizované bez použití stěrbiny docházelo při rekonstrukci bílým světlem k prostorovému překrytí obrazů v jednotlivých barvách, u duhového hologramu jsou tyto obrazy díky štěrbině prostorově separovány. Obraz si v horizontální rovině zachovává svůj trojdimenzionální charakter, zatímco v rovině vertikální pozorujeme změnu jeho barvy (při pohybu pozorovatele v horizontálním směru dochází k prostorovému vjemu, při verikálním pohybu vidíme objekt pořád “zepředu” pouze v jiných barvách - při pohledu seshora posunutý k červenému a při pohledu zdola k modrému okraji spektra). Vzhledem k tomu, že nakonec využíváme z transmisního masteru pouze malou část vymezenou štěrbinou, lze v případě, kdy tento master nebude jinak využíván, použít již pri jeho realizaci pouze proužek záznamového materiálu odpovídající rozměrům štěrbiny.