«Девочка с фотоаппаратом» - импульсная отражательная голограмма 30х40 см. 1994 год. Автор - Александр Акилов.

Давным-давно, в 1968 году, когда я еще учился в 10 классе, мне посчастливилось побывать в лаборатории голографического кино НИКФИ. Виктор Григорьевич Комар, возглавлявший тогда самое передовое направление в изобразительной голографии, показал мне крупноформатные голограммы, кадры из голографических кинороликов, лазеры и познакомил с коллективом своих талантливых сотрудников. Кроме сногсшибательных впечатлений я привез домой коробочку фотопластин  ПЭ-2 для регистрации отражательных голограмм.

Я долго искал, где можно раздобыть хоть какой-нибудь лазер, и, в конце концов, нашел его в политехническом институте. Выпросил прибор на пару дней и, не мешкая, приступил к созданию голограммы по схеме Юрия Денисюка. 

Притащил домой бордюрную плиту из бетона и заворотил ее на свою кровать (для гашения вибраций). Из тисочков, струбцин и линз от старого микроскопа соорудил схему записи. А в качестве первого объекта взял серебряную солонку, наполненную доверху солью. Проявитель составил по рецепту, записанному в НИКФИ, благо химикатов для фотографии дома было в достатке. Рассчитал экспозицию. Она составила около 5 минут.

Со второй попытки на фотопластинке будь-то из гиперпространства, появилась копия солонки. Вы не представляете,  я чувствовал себя в тот момент  Эйнштейном, Капицей, не меньше. В будущем эти юношеские впечатления определили многое в моей жизни.

Сейчас, спустя 35 лет с того знаменательного для меня вечера, я с сожалением отмечаю, что до сих пор любительской голографии днем с огнем не отыщешь. И дело здесь не в цене лазеров или сложности оборудования, отсутствия фотоматериалов в продаже. Просто для того, что бы в домашних условиях заниматься изготовлением голограмм, нужно не только физику хорошо знать, но и быть одержимым идеей писать пространство на плоскости.

Немного физики.

Принцип голографической записи изображений заключается в том, что картина интерференции стоячих световых волн высокой когерентности двух источников может быть записана на  фоточувствительной эмульсии. Дифракция световых волн одного из этих источников, на структуре, зафиксированной в проявленной эмульсии, восстанавливает волновой фронт второго источника. Другими словами дифракция и интерференция инвариантны.

Для тех, у кого нелады с физикой, постараюсь объяснить «на пальцах».

Представьте себе бассейн, наполненный водой. В бассейне с помощью широкой доски мы создаем волны. Хорошие волны, с очень равномерным шагом. Волны достигают противоположной стенки бассейна, отражаются и бегут обратно. В результате наложения двух потоков волн мы получим удивительную картину. Гребни будут подниматься и опускаться, но бега их мы не увидим.  И самое интересное, между гребнями окажутся точки, которые не будут ни подниматься, ни опускаться относительно уровня воды в спокойном бассейне. Это и есть стоячие волны. А эффект, вызвавший это явление, физики называют ИНТЕРФЕРЕНЦИЕЙ.

Свет – это тоже волна, только электромагнитная. И здесь будет аналогичная картина.

Допустим, что световая волна прошла сквозь прозрачную фотоэмульсию, затем отразилась от некоторой точки объекта и направилась обратно. Должна возникнуть та же картина, что и в бассейне. Там, где расположены неподвижные узлы возникшей стоячей волны, будет всегда темнота, а там, где «эфир» колеблется, будет свет. И самое главное, эта «зебра» остается неподвижной в пространстве.

Картину из света и темноты мы научились фиксировать фотографическими методами. В объеме фотоэмульсии можно записать картину стоячих световых волн. Это и будет голограмма. Но представьте себе, что фотопластинка или объект во время экспозиции немного двигались (на величину полуволны). Картина интерференции будет смазана, а это значит, что голограммы мы просто не получим.

Для экспозиций порядка минуты мы должны обеспечить высокую стабильность схемы. Это первейшее условие получения голограмм с помощью маломощных лазеров.

Второй не менее важный момент. Частота световой волны (как и волны в бассейне) должна оставаться постоянной, иначе мы получим не стоячие, а бегущие волны интерференции. Картинку в этом случае зафиксировать так же не удастся. Вот почему для записи голограмм нужны лазеры – источники излучения стабильной частоты. Физики называют их источниками высоко когерентного излучения.

Каждая точка фотоэмульсии будет фиксировать сложнейшую паутину интерференционной картины.  Если осветить проявленную эмульсию светом  того же источника, голограмма восстановит причудливую форму светового фронта, который при записи голограммы  отражался от реального объекта. Зрительное восприятие восстановленной световой волны неотличимо от наблюдения реального объекта.

Но самое удивительное, что голограммы, записанные по этой схеме можно восстанавливать источником белого света. Дело в том, что пространственные дифракционные структуры избирательны к спектру излучения. Картинка будет восстановлена только  теми частотами волн, которые использовались при записи, а остальные лучи  поглотятся голограммой.

Не так страшен черт, как его малюют.

Итак, мы выяснили, что для успешной записи отражательной голограммы по схеме Денисюка требуется лазер, например гелий неоновый мощностью от 10 до 25 миливат. Платформа, защищенная от вибраций, линза для расширения лазерного пучка, держатель фотопластины, зеркала с наружным отражающим покрытием (иначе отражение луча от двух отражающих поверхностей зркала  вызовет низкочастотную  интерференцию, которая будет выглядеть ввиде полос на голограмме). И конечно же нужны фотопластины для записи голограмм.

Обычные фотоматериалы для этого не годятся, т.к. частота интерференционной картины соизмерима с длиной световой волны, поэтому разрешающая способность фотоматериала должна быть не менее 6000 линий на милиметр  (фототехническая пленка «микрат» имеет разрешение не более 300 линий на миллиметр, а обычная фотопленка не более 75).

Сегодня Переславское объединение «СЛАВИЧ» выпускает фотопластины для голографии, чувствительные к излучению гелий-неонового лазера (623 нанометра) марки ПФГ-03М. Фотоматериалы поставляются вместе с набором химикатов для их обработки. Для любительской голографии лучше использовать небольшие форматы:
- 102х127 мм
- 127х127 мм
- 130х180 мм

Фотопластинку такого формата легко закрепить. Экспозиции при использовании маломощного лазера составят от 15 до 45 секунд. Чем короче экспозиция, тем меньше вероятность смещения интерференционной картины при записи голограммы, а вероятность успеха выше.

Опыт работы в области голографии доказал, что самое чувствительное к вибрациям звено включает в себя объект и фотопластину. Следовательно, крепление этих элементов друг относительно друга должно быть особенно надежным. Второе по чувствительности к смещениям звено – линза для расширения лазерного пучка, третье значительно менее чувствительное – сам лазер.

Исходя из этого будем строить оптическую схему. Самая простая и надежная схема - вертикальная, когда предмет и фотопластина фиксируются силой собственной тяжести, а их неподвижность во время съемки обеспечиваются хорошей виброизоляцией.

Установка будет состоять из жесткой платформы (1), опирающейся на пневматические опоры (2) для гашения внешних вибраций, регистрируемого предмета (6), держателя фотоплатины (4) в виде трех точек опоры (3), экрана (5) для защиты торца фотопластины от попадания на него лазерного излучения (свет, проникающий в торец фотопластины многократно переотражается и создает неприятные помехи), лазера, зеркала с наружным отражающим покрытием (7) и короткофокусной линзы (8) для формирования когерентного пучка света, освещающего сцену.

Несколько советов для любителей 
изобразительной голографии.

Как получить голограмму?

Во-первых, нужен лазер, а он, как мы знаем, стоит не дешево. См. ссылку:
http://foto-service.ru/advices/1808.php
Во-вторых, нужны специальные фотопластинки с очень высоким разрешением (от 1500 до 6000 линий на миллиметр).
В-третьих, чувствительность фото пластин для записи голограмм очень низкая (гораздо ниже самой низко чувствительной фотопленки для  обычной фотографии).
В-четвертых, запись голограммы – это регистрация интерференционной картины световой волны, где расстояния между соседними деталями изображения меньше длины волны практически в два раза, поэтому колебания элементов оптической схемы записи должны быть на порядок меньше.

Действительно, прежде чем сделать свою первую голограмму, придется пройти сквозь тернии и звезды физического эксперимента. Но можно сократить путь к успеху, для чего советую воспользоваться опытом первопроходцев и при этом не наступать на их грабли. См. ссылку:
http://foto-service.ru/advices/1793.php

Глубина сцены, которую можно записать на голограмме определяется так называемой длиной когерентности лазера. Обычно она составляет от сантиметра (для лазерных указок) до четверти метра (для гелий неоновых лазеров).

При записи голограммы с помощью непрерывного лазера малой мощности (а именно такие приборы по цене доступны для простого любителя) особое внимание следует уделять вопросам виброизоляции, ибо в масштабах интерференционной картины даже в спокойной квартире буквально штормит. Если профессионалы могут позволить себе голографические столы на пневматических опорах весом в несколько тонн,  то в обычной квартире без особого ущерба для остальных жильцов можно выделить для занятия голографией площадь не более письменного стола.

Рекомендую для создания скелета малогабаритной голографической установки использовать трубы из алюминия, заполненные вязким гудроном. Практически все детали установки следует проектировать в виде тел вращения, т.к. токарная обработка много дешевле фрезерной, а тем более - шлифовальной.

Подобная конструкция позволяет из одинаковых элементов, как из конструктора, собирать самые разнообразные конфигурации достаточной жесткости. Кстати, многие считают жесткость главным критерием работоспособности установки, но это не так. Даже чугунный стол будет вибрировать в резонанс слабым звуковым колебаниям благодаря высокой упругости материала. Другое дело, когда колебания будут быстро затухать. Благодаря вязкому наполнителю, резонансов не будет, а, следовательно, продолжительных  колебаний так же не возникнет.

Рама из труб жестко крепится к нижней платформе на шести мячах – виброизолирующих опорах. Конструкция основания установки выполнена в виде металлического полого короба, который в последствии заполняется сухим песком или гудроном. Верхняя часть каркаса стягивается металлической рамой, на которой размещаются лазер и часть оптических элементов. Расположение лазера сверху так же обоснованно. В этом случае исключены конвективные потоки от излучающих тепло элементов. Несложный полиэтиленовый чехол для устранения турбулентных потоков воздуха здесь будет не лишним. Крепить отдельные детали оптической схемы лучше клеем типа «холодная сварка».

Запись голограммы во встречных пучках более всего подходит для новичков. Фотопластинка крепится перед объектом и освещается расходящимся лучом лазера. Проще не придумаешь. Но обеспечить стабильность всех элементов простой, на первый взгляд, схемы не так-то просто.

Как объекты, так и фотопластинка при записи голограмм малого формата прекрасно фиксируются на трех точках опоры под собственной тяжестью (следует только помнить, что вектор силы тяжести должен проходить примерно через центр этого треугольника, иначе самая малая вибрация приведет к колебаниям этих элементов).

Для трубчатого каркаса держатель голографической фотопластинки будет выглядеть примерно так.

Важно не допускать попадания лазерного пучка в торец стекла фотопластинки, так как это приведет к переотражениям и испортит голограмму. Для этого фотопластинку следует утопить ниже поверхности металлического держателя на 1-2 миллиметра.

Конструкция установки для регистрации голограмм "во встречных пучках". См. ссылку:
http://foto-service.ru/advices/1796.php

Пинхол и держатели оптики с микро юстировкой советую проектировать из элементов, имеющих форму тел вращения (с целью экономии затрат, разумеется). См. ссылку:
http://foto-service.ru/advices/1798.php

Запись радужных голограмм - хорошее начало для будущих художников, желающих работать в технике голографии.

Тот, кто хоть раз в жизни самостоятельно записал голограмму, не забудет, как во время сушки из чернеющей плоскости мокрой фотопластинки рождается сверкающая бликами объемная сцена. Но фиксировать грудку монет, фотоаппарат, статуэтку, часы или свой мобильный телефон скоро надоест, и захочется сотворить что-то потрясающее воображение.

Схема Денисюка достаточна для записи множества интересных эффектов, например, различного рода интерферограмм, последовательной регистрации нескольких предметов с целью получения эффекта фантастического пересечения материальных объемов, создание локальной усадки эмульсии для псевдоокрашивания неглубоких сцен с черным фоном и ряд других эффектов. Но поистине фантастические возможности для создания выразительных художественных приемов, вплоть до  создания цветных композиций, дает техника радужной голограммы.

Схема записи мастер-голограммы

 
1 - лазер, 2 - цилиндрическая линза (стеклянная палочка), 3 и 5 - зеркала, 4 - светоделитель в виде дифракционной решетки, который можно синтезировать голографическим способом (при этом требуется максимально снизить шумы), 6 - диффузор в виде матового стекла, 7 - фотопластинка, 8 - регистрируемая сцена.

Сперва перечислю преимущества, которые дает приведенная схема записи исходной голограммы в виде узкой горизонтальной полосы:
- низкая частота интерференционной картинки позволяет использовать более высокочувствительные фотоматериалы и на порядки сократить время экспозиции;
- получать рассеянное освещение для более эффектной регистрации зеркальных и сильно бликующих поверхностей;
- записывать псевдоцветные композиции;
- значительно снизить контраст интерференционных полос при записи лазерными диодами (этому способствует протяженность освещающей поверхности диффузора);
- приведенная схема имеет меньшее количество элементов по сравнению с классической схемой записи по Бентону.

Схема записи радужной копии.

1 - лазер, 2 - цилиндрическая линза, 3 и 5 зеркала, 4 - дифракционная решетка, 6 - сферическая линза, 7 - мастер-голограмма, 8 - большая цилиндрическая линза с фокусом в плоскости мастер - голограммы, 9 - фотопластинка для записи радужной копии.

Создание радужной голограммы происходит в две ступени:
- запись мастер - голограммы;
- регистрация радужной копии (мастер при этом следует развернуть так, что бы получить действительное изображение в плоскости цилиндрической линзы)

Качественную радужную голограмму на толстой эмульсии (так называемую 3D голограмму) можно записать только с использованием большой цилиндрической линзы, которая позволяет восстанавливать действительное изображение апертуры одного цвета без неприятного изменения яркости изображения по всей апертуре (имеется в виду эффект Брегга в толстой эмульсии). Большую цилиндрическую линзу найти не просто, а заказать - дорого. Лучше ее сделать самому в виде жидкостной линзы, вроде той, что использовалась в первых телевизорах. Для этого можно изогнуть лист органического стекла, обрезать его так, что бы можно было вставить в прямоугольный черный каркас и загерметизировать. Переднюю плоскую поверхность линзы можно сделать из отмытой от эмульсии голографической пластины. Заливать в полученную из прозрачных стенок  оптическую емкость лучше дистиллированную воду. Крепить фотопластинку для регистрации радужной копии можно прямо к плоскому стеклу, смоченному прозрачной жидкостью. Капиллярный эффект сможет фиксировать фотоматериал лучше любой пружины.

Приведенная схема допускает использование самых простых оптических элементов, так как после отбеливания дифракционный шум от пылинок практически не виден, а яркость изображения будет отменной.

Запись одной радужной копии с двух  и более мастер - полосок, смещенных по вертикали (рассматриваем их положение в координатах схемы), создает эффект разноцветных элементов синтезированной сцены.

Восстанавливать такие радужные голограммы можно обычной лампой накаливания как отражательные, прижав сзади обычное зеркало.

Предлагаемая схема записи радужных голограмм прекрасно работает с твердотельным зеленым лазером с диодной накачкой (20 мВт при длине когерентности около 10 метров). Использование отечественных фотопластинок ВРП или ФПР  (чувствительность 0,5 Дж/м2) более чем достаточно для профессиональной работы художника-голографиста. Стоимость такого лазера будет порядка 1200$, но эти затраты окупаются высоким качеством изобразительных  голограмм.
http://www.laser-compact.ru/products/LCMS111.shtml

И если у Вас есть одновременно и дар художника, и увлеченность естественными науками - ничто не помешает Вам творить настоящие шедевры .