Datorgenererade hologram (CGH)har revolutionerat holografiområdet genom att möjliggöra digitalt skapande och visning av tredimensionella bilder utan behov av traditionellt holografiskt inspelningsmaterial. Dessa hologram utnyttjar beräkningsalgoritmer för att simulera interferensmönster som skulle skapas av ett verkligt objekt, vilket möjliggör generering av holografiska bilder som kan visas med en mängd olika tekniker. I den här artikeln kommer vi att utforska de grundläggande stegen som är involverade i att skapa ett datorgenererat hologram, med fokus på Fourier-baserade hologram, som representerar en viktig klass av CGH.
Steg 1: Förstå principerna för holografi
Innan du dyker in i detaljerna för att skapa ett datorgenererat hologram är det viktigt att ha en grundläggande förståelse för holografi. I sin kärna är holografi en teknik för att registrera och rekonstruera den tredimensionella strukturen hos ett objekt genom att fånga interferensmönstren mellan ljusvågorna som reflekteras eller emitteras av objektet och en referensstråle. Dessa interferensmönster kan, när de belyses med lämplig ljuskälla, rekonstruera en tredimensionell bild av det ursprungliga objektet.
Steg 2: Förbereda objektets data
Det första steget i att skapa ett datorgenererat hologram är att förvärva eller generera data som representerar objektet du vill visa holografiskt. Dessa data kan komma från en mängd olika källor, inklusive 3D-skanningar, datormodeller eller till och med bilder av verkliga objekt. När du har dessa data måste du konvertera dem till ett format som kan användas av CGH-algoritmen. Detta involverar vanligtvis att representera objektet som en serie punkter eller polygoner, tillsammans med deras tillhörande färg- och materialegenskaper.
Steg 3: Beräkna ljusfältet
Med objektets data i handen är nästa steg att beräkna ljusfältet som skulle observeras av en observatör som tittar på objektet från en specifik position och orientering. Detta ljusfält innehåller information om amplituden och fasen för ljusvågorna som emanerar från objektet, såväl som deras riktning. I samband med Fourier-baserade hologram beräknas detta ljusfält typiskt i det avlägsna observatörsplanet, som representerar ett hypotetiskt plan som är beläget ett betydande avstånd från objektet.
Steg 4: Fouriertransformation till linsplanet
När väl ljusfältet i det avlägsna observatörsplanet har beräknats är nästa steg att använda en Fouriertransform för att omvandla detta fält tillbaka till linsplanet. Fouriertransformen är en matematisk operation som bryter ner en funktion i dess frekvenskomponenter, som i detta fall representerar de olika vinklarna och våglängderna av ljus som kommer från objektet. Genom att applicera en Fouriertransform på ljusfältet i det avlägsna observatörsplanet kan vi få ett holografiskt mönster som, när det belyses med en koherent ljuskälla och ses genom en lämplig lins, kommer att rekonstruera den ursprungliga tredimensionella bilden.
Steg 5: VisaDatorgenererat hologram
Slutligen, när det holografiska mönstret har beräknats, kan det visas med en mängd olika tekniker. För Fourier-baserade hologram innebär detta vanligtvis användning av en rumslig ljusmodulator (SLM), såsom en LCD- eller LED-skärm, för att modulera amplituden och fasen för en koherent ljuskälla (t.ex. en laser) i enlighet med det beräknade holografiska mönstret . De resulterande ljusvågorna interfererar sedan med varandra för att bilda den rekonstruerade tredimensionella bilden, som kan ses av en observatör placerad på lämpligt avstånd och vinkel.
Skapa ett cdatorgenererat holograminvolverar flera nyckelsteg, inklusive att förbereda objektets data, beräkna ljusfältet, tillämpa en Fouriertransform och slutligen visa det holografiska mönstret. Även om Fourier-baserade hologram bara representerar en metod för CGH, har de visat sig vara ett kraftfullt verktyg för att generera och visa tredimensionella bilder. När tekniken fortsätter att utvecklas kan vi förvänta oss att se ännu mer sofistikerade och mångsidiga metoder för att skapa och visa datorgenererade hologram under de kommande åren.
