Најважније из лекције
Примена ласера: У науци (Брауново кретање, Мајклсон–Морлијев оглед), екологији (мерење загађења ваздуха апсорпцијом), ласерски даљиномери (мерење удаљености до Месеца: \(d = \frac{c\Delta t}{2}\)) и бар-код читачи.
Холографија: Поступак прављења и репродукције 3D слика заснован на кохерентности ласерске светлости.
Снимање (Интерференција): Сноп се дели на упоредни (иде директно на фотоплочу) и носећи (одбија се од објекта). Њиховим укрштањем на плочи настаје интерференциони узорак фазних разлика.
Реконструкција (Дифракција): Осветљавањем холограма упоредним зраком долази до дифракције и формирања имагинарног 3D лика на месту првобитног предмета.
Особине: Сваки део холограма чува слику целог објекта (отпорност на оштећења); могућност снимања више слика под различитим угловима; колор холографија захтева три ласера (црвени, плави, зелени); деле се на површинске и запреминске.
Холографија: Поступак прављења и репродукције 3D слика заснован на кохерентности ласерске светлости.
Снимање (Интерференција): Сноп се дели на упоредни (иде директно на фотоплочу) и носећи (одбија се од објекта). Њиховим укрштањем на плочи настаје интерференциони узорак фазних разлика.
Реконструкција (Дифракција): Осветљавањем холограма упоредним зраком долази до дифракције и формирања имагинарног 3D лика на месту првобитног предмета.
Особине: Сваки део холограма чува слику целог објекта (отпорност на оштећења); могућност снимања више слика под различитим угловима; колор холографија захтева три ласера (црвени, плави, зелени); деле се на површинске и запреминске.
Научна истраживања: Ласери се користе за проучавање Брауновог кретања честица, као и за проверу константности брзине светлости у свим правцима (Мајклсон–Морлијев експеримент).
Екологија: Мерење загађености ваздуха у атмосфери врши се на основу степена апсорпције ласерског снопа.
Ласерски даљиномер: Изузетно прецизно мерење великих и малих удаљености (нпр. растојања од Земље до Месеца помоћу ласерског снопа и рефлектујућих огледала постављених на Месецу током мисија „Аполо”).
\[ d = \frac{c \cdot \Delta t}{2} \]
\(d\) – удаљеност до објекта, \(c\) – брзина светлости, \(\Delta t\) – укупно време путовања ласерског импулса до огледала и назад.
Свакодневна примена: Очитавање бар-кодова са артикала у трговини помоћу ласерских читача.
Како се помоћу ласера мери загађеност ваздуха у атмосфери?
Мерење се заснива на апсорпцији ласерског снопа – прати се колико се светлости ласера апсорбује приликом проласка кроз слојеве атмосфере, што директно указује на концентрацију загађујућих честица.
Холографија је метода добијања тродимензионалних слика предмета (холограма) коришћењем кохерентне ласерске светлости и појаве интерференције.
Ласерски сноп се дели на два кохерентна зрака: упоредни (референтни) и носећи (предметни) зрак.
- Упоредни зрак: пада директно са извора на фотоплочу. Служи за формирање фазне разлике.
- Носећи зрак: прво се осветљава предмет, одбија се од њега и носи информације о рељефу и облику предмета до фотоплоче.
На фотоплочи долази до интерференције ова два таласа, при чему настаје систем тамних и светлих прстенова (негатив фазних разлика). Након процеса развијања и фиксирања плоче, добија се готов холограм.
Која је улога носећег, а која упоредног ласерског зрака приликом снимања холограма?
Носећи зрак се одбија од предмета и носи информације о његовој структури и облику, док упоредни зрак пада директно на фотоплочу и омогућава настанак фазне разлике и интерференционе слике.
Приликом реконструкције слике холограма доминантан је оптички процес дифракције (савијања светлости).
Када се на развијени холограм усмери исти ласерски талас којим је плоча снимана (упоредни талас), светлост се дифрактује на микроскопској интерференционој структури холограма.
Лик настао реконструкцијом је имагинаран (нестваран), тродимензионалан и налази се тачно на оном месту у простору где се предмет налазио током снимања.
Какав лик настаје при реконструкцији холограма и где се он налази?
Настаје имагинаран (нестваран), тродимензионалан лик који се налази на истом месту у простору на којем је био предмет приликом снимања.
Предности у односу на класичну фотографију:
- Расподела информације: На фотографији се свака тачка предмета пресликава у једну тачку слике. Код холограма, зраци са сваке тачке предмета стижу на сваку тачку холограма. Зато оштећење дела холограма не уништава слику – из било ког његовог преосталог дела може се реконструисати целокупна слика.
- Тродимензионалност: Предмет се може посматрати из свих углова и са свих страна (3D приказ).
- Вишеструко снимање: На истој фотоплочи може се снимити више различитих предмета коришћењем различитих упадних углова снопа.
Холограми у боји: Реализују се коришћењем три ласера основних боја – црвеног, плавог и зеленог (како за снимање, тако и за реконструкцију).
Подела према дебљини:
- Површински холограми: дебљина фотоосетљивог слоја је изузетно мала.
- Запремински холограми: материјал на који се снима има знатно већу дебљину.
Примена у пракси:
- Заштита од фалсификовања новчаница, докумената и платних картица.
- Декоративне апликације на амбалажи и предметима.
- Медицина – тродимензионална реконструкција органа и тела пацијента након снимања медицинским скенерима.
Задаци за вежбање
Лаки задатак: Које две основне физичке појаве таласне оптике чине основу холографије – једна за процес снимања, а друга за процес реконструкције слике?
За снимање холограма одговорна је појава интерференције (светлосних таласа носећег и упоредног снопа), док је за процес реконструкције слике одговорна појава дифракције светлости на холограму.
Средњи задатак: Ако се стаклена плоча са класичном фотографијом преломи напола, губи се половина приказане слике. Шта се дешава ако се поломи или оштети холограмска плоча и зашто?
Са преосталог дела холограма и даље се може реконструисати целокупна слика предмета.
Код класичне фотографије светлост са једне тачке предмета пада само на једну тачку фото-папира. Код холограма, зраци са сваке појединачне тачке предмета стижу до свих тачака на фотоплочи, што значи да сваки делић површине холограма садржи информацију о читавом предмету.
Код класичне фотографије светлост са једне тачке предмета пада само на једну тачку фото-папира. Код холограма, зраци са сваке појединачне тачке предмета стижу до свих тачака на фотоплочи, што значи да сваки делић површине холограма садржи информацију о читавом предмету.
Средњи задатак: На који начин се добијају и реконструишу холограми који приказују предмете у природним бојама?
Холограми у боји се добијају тако што се предмет снима истовремено помоћу три ласера различитих основних боја: црвеног, зеленог и плавог. За успешну реконструкцију лика у боји неопходно је холограм поново осветлити помоћу сва три наведена ласера.
Тешки задатак: Ласерски импулс послат са Земље ка огледалу на Месецу вратио се на полазну тачку након \(\Delta t = 2{,}56\text{ s}\). Ако се светлост кроз вакуум и атмосферу простире брзином \(c \approx 3 \cdot 10^8\text{ m/s}\), израчунајте тренутну удаљеност између Земље и Месеца.
Ласерски зрак прелази пут од Земље до Месеца и назад, што је укупно растојање \(2d\).
Формула за растојање: \[ d = \frac{c \cdot \Delta t}{2} \] Заменом вредности: \[ d = \frac{3 \cdot 10^8\text{ m/s} \cdot 2{,}56\text{ s}}{2} = \frac{7{,}68 \cdot 10^8\text{ m}}{2} = 3{,}84 \cdot 10^8\text{ m} = 384\,000\text{ km} \] Одговор: Удаљеност између Земље и Месеца износи \(384\,000\text{ km}\).
Формула за растојање: \[ d = \frac{c \cdot \Delta t}{2} \] Заменом вредности: \[ d = \frac{3 \cdot 10^8\text{ m/s} \cdot 2{,}56\text{ s}}{2} = \frac{7{,}68 \cdot 10^8\text{ m}}{2} = 3{,}84 \cdot 10^8\text{ m} = 384\,000\text{ km} \] Одговор: Удаљеност између Земље и Месеца износи \(384\,000\text{ km}\).
