Computergegenereerde hologrammen (CGH's)hebben een revolutie teweeggebracht op het gebied van de holografie door de digitale creatie en weergave van driedimensionale beelden mogelijk te maken zonder de noodzaak van traditioneel holografisch opnamemateriaal. Deze hologrammen maken gebruik van computeralgoritmen om de interferentiepatronen te simuleren die door een echt object zouden worden gecreëerd, waardoor holografische beelden kunnen worden gegenereerd die kunnen worden weergegeven met behulp van een verscheidenheid aan technieken. In dit artikel zullen we de basisstappen onderzoeken die betrokken zijn bij het maken van een door de computer gegenereerd hologram, met een focus op op Fourier gebaseerde hologrammen, die een belangrijke klasse CGH's vertegenwoordigen.
Stap 1: De principes van holografie begrijpen
Voordat we dieper ingaan op de details van het maken van een computergegenereerd hologram, is het essentieel om een fundamenteel begrip van holografie te hebben. In de kern is holografie een techniek voor het vastleggen en reconstrueren van de driedimensionale structuur van een object door de interferentiepatronen vast te leggen tussen de lichtgolven die door het object worden gereflecteerd of uitgezonden en een referentiebundel. Deze interferentiepatronen kunnen, wanneer ze worden belicht met de juiste lichtbron, een driedimensionaal beeld van het oorspronkelijke object reconstrueren.
Stap 2: De objectgegevens voorbereiden
De eerste stap bij het maken van een computergegenereerd hologram is het verwerven of genereren van de gegevens die het object representeren dat u holografisch wilt weergeven. Deze gegevens kunnen afkomstig zijn uit verschillende bronnen, waaronder 3D-scans, computermodellen of zelfs afbeeldingen van objecten uit de echte wereld. Zodra u over deze gegevens beschikt, moet u deze converteren naar een indeling die door het CGH-algoritme kan worden gebruikt. Dit houdt doorgaans in dat het object wordt weergegeven als een reeks punten of polygonen, samen met de bijbehorende kleur- en materiaaleigenschappen.
Stap 3: Het lichtveld berekenen
Met de gegevens van het object in de hand is de volgende stap het berekenen van het lichtveld dat zou worden waargenomen door een waarnemer die het object vanuit een specifieke positie en oriëntatie bekijkt. Dit lichtveld bevat informatie over de amplitude en fase van de lichtgolven die uit het object komen, evenals hun richting. In de context van op Fourier gebaseerde hologrammen wordt dit lichtveld doorgaans berekend in het verre waarnemersvlak, dat een hypothetisch vlak vertegenwoordigt dat zich op aanzienlijke afstand van het object bevindt.
Stap 4: Fourier-transformatie naar het lensvlak
Zodra het lichtveld in het verre waarnemervlak is berekend, is de volgende stap het gebruik van een Fourier-transformatie om dit veld terug naar het lensvlak te converteren. De Fourier-transformatie is een wiskundige bewerking die een functie ontleedt in zijn frequentiecomponenten, die in dit geval de verschillende hoeken en golflengten vertegenwoordigen van het licht dat uit het object komt. Door een Fourier-transformatie toe te passen op het lichtveld in het verre waarnemersvlak, kunnen we een holografisch patroon verkrijgen dat, wanneer belicht met een coherente lichtbron en bekeken door een geschikte lens, het oorspronkelijke driedimensionale beeld zal reconstrueren.
Stap 5: Het weergeven van deComputergegenereerd hologram
Ten slotte kan het holografische patroon, zodra het is berekend, worden weergegeven met behulp van een verscheidenheid aan technieken. Voor op Fourier gebaseerde hologrammen houdt dit doorgaans het gebruik in van een ruimtelijke lichtmodulator (SLM), zoals een LCD- of LED-display, om de amplitude en fase van een coherente lichtbron (bijvoorbeeld een laser) te moduleren in overeenstemming met het berekende holografische patroon. . De resulterende lichtgolven interfereren vervolgens met elkaar om het gereconstrueerde driedimensionale beeld te vormen, dat kan worden bekeken door een waarnemer die op de juiste afstand en hoek is geplaatst.
Het creëren van een cdoor een computer gegenereerd hologramomvat verschillende belangrijke stappen, waaronder het voorbereiden van de objectgegevens, het berekenen van het lichtveld, het toepassen van een Fourier-transformatie en uiteindelijk het weergeven van het holografische patroon. Hoewel op Fourier gebaseerde hologrammen slechts één benadering van CGH vertegenwoordigen, hebben ze bewezen een krachtig hulpmiddel te zijn voor het genereren en weergeven van driedimensionale beelden. Naarmate de technologie zich blijft ontwikkelen, kunnen we de komende jaren nog geavanceerdere en veelzijdigere methoden verwachten voor het maken en weergeven van door computers gegenereerde hologrammen.
