Лекция_1С_2025

1. ПРИКЛАДНАЯ ГОЛОГРАФИЯ

лектор:
Ольга Владимировна
Андреева
olga_andreeva@mail.ru

2. Голография

Голография:
• Область научно-технической деятельности мирового
сообщества.
Раздел науки и техники, изучающий процессы регистрации,
обработки и воспроизведения информации, содержащейся в
параметрах физически реализуемых или математически
описываемых волн, с использованием явлений интерференции
и дифракции опорной и объектной волн, а также возможности
практического применения этих процессов (ГОСТ 2021).
• Раздел физики, изучающий процессы преобразования волн
(волновых полей) интерференционными структурами,
формируемыми когерентными волнами при их взаимодействии
в веществе.

3. Голография (Holography)

Раздел
физики,
изучающий
процессы
преобразования волн (волновых полей)
интерференционными
структурами,
формируемыми когерентными волнами при
их взаимодействии в веществе.
Область научно-технической деятельности,
связанная с использованием голограмм и
методов голографии

4. Голография (Holography)

Научно-техническое
направление
с
установившимся рынком, большим объемом
научно-технической продукции (более 20
млр долларов в год) представляющее в
настоящее
время
мировому
научнотехническому
прогрессу
наиболее
наукоемкие технологии.

5. Классификация голографии

• По способу реализации выделяют:
• Аналоговая голография:
Физический эксперимент
• Цифровая голография:
Массив чисел
Компьютерная обработка

6. Главная особенность

• Голографический метод позволяет записывать
(регистрировать) и восстанавливать (воспроизводить)
информацию, которую использует человек для
взаимодействия с окружающим миром.
• Оптическая голография – спектральный диапазон реализации –
оптический. Солнечное излучение, отражаясь от предметов
(объектов), попадает в наш зрительный аппарат, который его
анализирует.
• Запись – интерференции + взаимодействие излучения с веществом
• Восстановление – дифракция + прием излучения оптической системой
Объектная волна
Ключевой элемент взаимодействия волн.
В голографии - оптическая волна, несущая
предназначенную для сохранения информацию о
реальном или виртуальном объекте

7. Объектная волна

• Зрительный аппарат формирует из объектной волны
изображения объектов и мозг анализирует их для
принятия решений.
Важно!!!
• Голограмма восстанавливает записанную объектную
волну. Чтобы получить изображение объекта надо
использовать оптическую систему (например, глаз)
• Данный курс основан на оптической голографии и
использует аналоговый формат представления
процессов и явлений как наиболее демонстративный и
доступный для понимания.

8. Основные термины голографии

голограмма: Дифракционная структура или ее математическая модель,
зарегистрированная с применением голографических методов
аналоговая голограмма (физическая голограмма): Голограмма,
записанная на материальном носителе, предназначенном для
восстановления объектной волны.
материальный носитель (голография): Объект с регистрирующей средой,
в объеме или на поверхности которого формируется и хранится
дифракционная структура.
объектная волна: Оптическая волна, несущая предназначенную для
сохранения информацию о реальном или виртуальном объекте
опорная волна: Оптическая волна, предназначенная для интерференции с
когерентной объектной волной и имеющая, как правило, плоский или
сферический фронт.
дифракционная структура: Пространственное распределение физических
характеристик материального носителя, функционально связанное с
интерференционным или дифракционным полем в области их регистрации
или синтеза
элементарная голограмма: Аналоговая голограмма, дифракционная
структура которой образована объектной и опорной волнами с плоскими
волновыми фронтами.

9. Прикладная голография

• Рассмотрение основных принципов голографии
проводится на основе взаимодействия двух волн –
объектная (О) и опорная (референтная, Р)
• Аналоговая голография – волны О и Р получены в
физическом эксперименте
• Элементарная голограмма: Аналоговая голограмма,
дифракционная структура которой образована объектной
и опорной волнами с плоскими волновыми фронтами.
• Голография - изобразительная технология, которая
воспроизводит параметры световой волны, идущей от
объекта во время съемки и позволяет получить
оптическую копию объекта

10. Особенность голографии по сравнению с другими научными направлениями

• Наука ХХ-го века
Два основоположника:
• Д.Габор – изобретатель голографии - впервые
сформулировал данное понятие, ввел термин
«голография» (1947-1948г.).
• Ю.Н.Денисюк – основоположник голографии в
трехмерных средах (1959-1962 г.)

11. Д.Габор – изобретатель голографии

Тем не менее, говорил я себе, если исходить из
принципа Гюйгенса, пучок должен содержать
всю необходимую информацию. Что мешает нам
ее «расшифровать»? Очевидно то, что мы
регистрируем на пластинке только половину
информации: мы пренебрегаем фазой волны.
Нельзя ли выявить ее с помощью интерференции,
налагая «когерентный фон»? Немного
математики и несколько опытов позволили
быстро проверить идею о «восстановлении
волн». Достаточно было осуществить
суперпозицию комплексной волны, приходящей от
объекта, с простой волной (плоской или
сферической), сделать фотографию, затем,
осветив ее простой волной, восстановить
исходную волну. Возникающее при этом
изображение объекта было трехмерным..

12. Ю.Н.Денисюк

Показал возможность восстановления голограммой, зарегистрированной в трехмерной
среде, не только амплитуды и
фазы волны, но также и ее
спектрального состава. Эти
работы стали фундаментом
трехмерной
голографии
(голографии
в
объемных
средах) и ее приложений.

13. Применения голографии

Область применения голографии и использования
голографических методов непрерывно расширяется и
углубляется и включает такие направления как, например:
Структура световых пучков и их взаимодействие между
собой
Взаимодействие излучения с веществом
Источники когерентного излучения
Лазерные системы и их использование
Запись и кодирование информации с помощью излучения

14. Тематика конференции «Голоэкспо-2004 - Наука и практика»

Секция 1. Научно-технические разработки в области
защитной голографии
Секция 2. Научно-технические применения голографии
Секция 3. Изобразительная голография и отображение
трехмерных объектов на основе голографических
методов
Секция 4. Голограммные и дифракционные оптические
элементы
Секция 5. Голографическая интерферометрия и её
применение
Секция 6. Регистрирующие среды и материалы для
голографии

15. Тематика конференции «Голоэкспо-2015 - Наука и практика»

1.Разработки и технологии в области защитных олограмм
2. Формирование изображений и отображение информации с
помощью голограммной оптики.
3.Изобразительная 3D голография и фоточувствительные
материалы для голографии
4. Голограммные и дифракционные оптические элементы, методы
компьютерного синтеза, технология их изготовления и
применение
5. Голографическая интерферометрия, голографическая память,
оптико-голографическая обработка информации
6. Лазерные оптико-электронные системы и приборы

16. Современная тематика, представленная на конференции «Голоэкспо-2024 - Наука и практика»

1.Дифракционные и градиентные оптические элементы и системы
2.Оптика лазерных пучков и структурированного света
3.Системы визуализации и отображения информации для AR/VR
4.Оптические защитные технологии
5.Интегральная фотоника и оптические коммуникации
6.Интерферометрия и оптическая метрология
7.Квантовые оптические технологии
8.Технологии микро и наноструктурирования
9.Цифровая голография и методы визуализации
10.Современные функциональные оптические материалы
11.Биофотоника
12.Новые прикладные оптические технологии
13.Оптико-цифровые информационные системы и оптические
коммуникации

17.

Развитие защитной голографии
1980/1983 – появление голографической защиты от подделок.
1983 – первая кредитная карта с голографической защитой.
1988 – появление технологии DotMatrix для печати
защитных голограмм.

18. IHMA – международная ассоциация производителей голограмм Ежегодные премии в разных номинациях https://ihma.org/all-awards/

НПО «Криптен» Дубна, Россия
Патч безопасности 3D-GRAM® CONTRUST –
Защитная накладка 3D-GRAM® CONTRUST
2021г. Победитель в номинации:
«Инновации в голографических технологиях»
Голографический патч можно наносить как на бумажные, так и на
полимерные банкноты, а также на удостоверения личности для
обеспечения повышенной безопасности.

19. IHMA – международная ассоциация производителей голограмм

• IHMA состоит из более чем 80 ведущих мировых
компаний по производству голограмм, которые
активно сотрудничают, чтобы поддерживать самые
высокие профессиональные стандарты, стандарты
безопасности и качества для поддержки своих
клиентов.
• IHMA была основана в 1993 году для представления
интересов производителей голограмм и индустрии
голограмм по всему миру и посвящена продвижению
интересов индустрии голограмм во всем мире и
оказанию помощи пользователям в достижении их
целей посредством эффективного использования
голографии.

20.

Голографический кинематограф и
голографические дисплеи
Одним из наиболее интересных
направлений
является
голографический кинематограф, разработки
систем которого ведутся с середины
70-х годов.
В 1976 году после напряжённых
исследований группой проф. Комара
был снят первый голографический
кинофильм

21.

Голографическая интерферометрия
и голографический неразрушающий контроль
Преимущества голографической интерферометрии:
1.
Голографические интерферометры почти универсальны - одна и та же схема
может использоваться для работы с абсолютно разными объектами
2.
Возможность изучать диффузно отражающие объекты

22. Безлинзовый цифровой голографический микроскоп Numerical Vision LDHM-4

Радужная голограмма,
исследуемая микроскопом LDHM-4
Распределение интенсивности
в наблюдаемом участке
Преимущества LDHM-4 перед классическими
оптическими микроскопами
В отличии от классического оптического микроскопа,
цифровой голографический микроскоп LDHM-4 не
содержит объективов, имеет возможность
дополнительно получать распределение фазы волны в
плоскости объекта и реконструировать по полученной
фазе распределение высоты. Настройка на резкость
осуществляется специализированным программным
обеспечением неограниченное число раз после
получения снимка цифровой голограммы.
Распределение фазы волны в
плоскости наблюдения
Распределение высоты в
наблюдаемом участке
Цифровая голографическая микроскопия

23.

Голограммы имитаторы в оптике
Ввиду широкого использования асферических линз (мобильные
телефоны, CD – DVD проигрыватели, камеры) и других асферических
поверхностей возникла проблема их контроля, которая успешно
решается с помощью голограмм-имитаторов.
При использовании линзового корректора всегда может возникнуть ситуация,
когда корректор рассчитан или изготовлен с ошибкой. В этом случае форма
поверхности будет искажена. Классический пример – зеркало космического
телескопа Хаббла , ошибка в форме которого, из-за неправильно собранного
корректора, была обнаружена на орбите, а не в оптической мастерской.
Изображение с телескопа Хабл, до и после ремонта на орбите.

24.

IA&E SB RAS
Контроль с помощью
комбинированной СГ
Исследован метод комбинирования двух фазовых функций пропускания в одном ДОЭ с целью
формирования сферического и асферического волновых фронтов. Комбинирование осуществлялось
делением апертуры ДОЭ на элементарные ячейки и заполнением их поочередно дифракционными
структурами, соответствующих сферическому и асферическому волновым фронтам.
Микрофотографии
поверхности
изготовленных
комбинированных ДОЭ в виде (а) концентрических
колец, (б) периодических полос, (в)
кольцевых
секторов и карты ошибок волнового фронта
Interferograms of wavefronts shaped
by CGHs: Z1=70 mm with l/4 conical
wavefront (a) and Z2=100 mm

25.

IA&E SB RAS
Контроль с помощью
отдельной, вспомогательной СГ
Purpose: verification of test CGH.
a). Wavefront measurement in the best fit position.
b). Measurement of FZP focus distance (f=300mm).
Cat eye position
Interferometer
TS
f/0.75
Fizeau
190mm reference CGH
(FZP, F=300 mm)
Laser
interferometer
Should be 300 mm
Measured 300,02 mm
Pattern at cat eye position
Main CGH
Голограмма для контроля
главного зеркала VISTA
(f/1, D=4.1-м)
Best fit position
Measuring system consists of two interferometers. CGH can move along axis. Cube-corner reflector is
fixed to the CGH. So we can measure CGH displacement with high accuracy.
Focus error was 20 μm. The reason was a small difference between FZP design wavelength and
wavelength used for test (laser of Fizeau interferometer).

26.

Проблемы с юстировкой
IA&E SB RAS
Необходима точная юстировка интерферометра, голограммы и поверхности.
Пример:
Y Tilt 5’
Rc (mm)
-71.9
K
1.67
A2
-2.22526569e-004
A4
34.4642971e-007
A6
-1.060e-010
A8
-2.4900e-014
Z displacement 100 μm
X Displacement 10 μm
X Displacement 10 μm compensated
with Y tilt and Z displacement

27.

Интерферометр Физо с осевой
комбинированной СГ
IA&E SB RAS
Combined Null CGH:
DFNL
Fizeau interferometer
CCD
camera
Spatial
filter BS
0.05
Test beam
Reference beam
0.04
Illumination Reference
sphere
lens
1
4
0.03
Si or Ge
0.02
2 SiO2
Imaging
lens
S
0.01
Laser
light
0
Place of division of the
reference and test beams
ZrO2
3
0
0.1
0.2
0.3
0.4
Duty-cycle of linear grating D
0.5

28.

Цветные изобразительные голограммы –
игра
бликов, эффект оглядывания, передача цвета

29.

Примеры изобразительных голограмм

30. One of our best Denisyuk color hologram made on Ultimate 04

31. Прикладная голография

УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС

32. Прикладная голография

• Занятия по учебному плану
• Отчетность
• Формы контроля
Базовые пособия:
Андреева О.В. Прикладная голография. Учебное пособие, СПб: СПбГУИТМО, 2008. – 186 с.
Андреева О.В., Парамонов А.А., Андреева Н.В. Прикладная
голография. Методич. материалы к экспериментальному
практикуму, – СПб: СПбГУИТМО, 2008. – 150 с.
Денисюк Ю.Н. Принципы голографии (Лекции). Ленинград,
ГОИ, 1978 - 125 с.
ГОСТ Р 59321.2–2021 «Оптика и фотоника. Голография Часть 2
Голография аналоговая. Термины и определения»
Сайт, посвященный Ю.Н.Денисюку http://3d-holography.ru/
Материалы ежегодной конференции Холоэкспо (Holoexpo)

33. Голоэкспо – ежегодная конференция Информация на сайте «HOLOEXPO»

HOLOEXPO
Международная конференция по
голографии и прикладным оптическим
технологиям – сайт конференции
Журнал «Holography News»
https://holography-news.com/

34. ГОСТ Р 59321.1–2021 Оптика и фотоника. Голография.

Часть 1. Основные термины и определения.
Классификация
Часть 2. Голография аналоговая. Термины и
определения
Часть 3. Голография цифровая и компьютерная.
Термины и определения
Стандарт вступил в силу 1 марта 2022 г.

35. Отчетность и формы контроля

• Лабораторные работы – 4 шт. (по расписанию)
Баллы:16 - 40
• Контрольные работы – 6 шт. (на занятиях или д./зад)
Баллы:12 - 30
• Коллоквиум: (занятие в Музее Оптики - представить отчет)
Баллы: 6 - 10
• Экзамен:
Баллы:12 – 20
• Курсовая работа: (разработка выбранной темы)
Баллы: 60 – 100 (отдельная ведомость)
• Практические занятия – Музей оптики; решение задач

36. Практика. Музей оптики: занятие 11.30-13.00

• 18.09: v3302/1; 25.09: v3402
• 02.10: v3302/2 ; 16.10: v3403
Коллоквиум – отчет по занятию:
• Отчет должен содержать ваши впечатления от увиденного,
а также в нем важно отметить:
• на что вы впервые обратили внимание
• полезность мероприятия лично для вас
• помогло ли занятие понять специфику голографического
метода в сравнении с другими изобразительными технологиями
Отчет необходимо выслать на адрес olga_andreeva@mail.ru
после посещения занятия. Не забывайте указывать автора.

37. Лабораторные работы

• №1
«Основные характеристики голограмм»
• №2 «Получение изобразительных голограмм по
методу Ю.Н. Денисюка»
• №3 «Получение объемных голограмм на образцах
полимерного материала»
• №4 «Элементы оптической памяти на основе
мультиплексных голограмм»

38. Курсовая работа

Этапы выполнения
• Выбор темы – до 01.10. (Список 30 тем, можно
предложить свою)
• Согласовать содержание – до 30.10
• Представить на проверку текст КР, оформленный по
требованиям – до 28.11
• Представить полностью оформленную КР – до 25.12
Оценка (60-100 баллов) учитывает:
• Выполнение этапов в указанные сроки
• Полноту представления темы, а также
• приложение творческих усилий при её раскрытии

39. Требования к оформлению курсовой работы

1.Объем - не менее 35 страниц, титульный лист (образец будет
предоставлен), содержание с названиями разделов.
Текст выровнен по ширине, без лишних пробелов
(При использовании шрифта 14п. межстрочный интервал делать не
более 1,3, поля – не более 2,5).
2.Должны быть рисунки-схемы - не менее 5 шт.: все приводимые
рисунки, в том числе и картинки, должны быть пронумерованы,
иметь подписи, упоминание в тексте и ссылку на источник - может
быть «авторский рисунок» или ссылка, например, [7].
3.Список литературы должен содержать ссылки на печатные издания
(не менее 15) и на интернет-публикации (не менее 15), порядок
ссылок должен быть сквозным и соответствовать упоминанию в
тексте, в котором должно быть обозначение, например, [1-3]. При
использовании интернет-публикаций обязательно указывать
автора текста.

40.

Основоположники
голографии

41. Д.Габор – изобретатель голографии

Тем не менее, говорил я себе, если исходить из
принципа Гюйгенса, пучок должен содержать
всю необходимую информацию. Что мешает нам
ее «расшифровать»? Очевидно то, что мы
регистрируем на пластинке только половину
информации: мы пренебрегаем фазой волны.
Нельзя ли выявить ее с помощью интерференции,
налагая «когерентный фон»? Немного
математики и несколько опытов позволили
быстро проверить идею о «восстановлении
волн». Достаточно было осуществить
суперпозицию комплексной волны, приходящей от
объекта, с простой волной (плоской или
сферической), сделать фотографию, затем,
осветив ее простой волной, восстановить
исходную волну. Возникающее при этом
изображение объекта было трехмерным..

42. Д.Габор

• изобретатель голографии,
• впервые сформулировал данное
понятие,
• ввел термин «голография» (1948г.).

43. Ю.Н.Денисюк

Показал возможность восстановления голограммой, зарегистрированной в трехмерной
среде, не только амплитуды и
фазы волны, но также и ее
спектрального состава. Эти
работы стали фундаментом
трехмерной
голографии
(голографии
в
объемных
средах) и ее приложений.

44. Формула открытия Ю.Н. Денисюка №88 с приоритетом от 1 февраля 1962 года

«Установлено ранее неизвестное явление
возникновения пространственного
неискаженного цветного изображения
объекта при отражении излучения от
трехмерного элемента прозрачной
материальной среды, в которой
распределение плотности вещества
соответствует распределению интенсивности
поля стоячих волн, образующихся вокруг
объекта при рассеянии на нем излучения»

45. Ю.Н.Денисюк

• первооткрыватель и основатель
голографии в трехмерных средах,
• открытие «трехмерная голограмма»
перевело голографический метод из
области инструментальной оптики в
область фундаментальной физики
(1962г.).

46. Юрий Николаевич Денисюк – основоположник трехмерной голографии

47.

48.

49. Ю.Н. Денисюк – основоположник трехмерной голографии

27 июля
1927 г.
- 14 мая
2006 г.

50. Ю.Н.Денисюк о голографии

В основе голографии лежит определенное
явление, а именно способность
материальной модели волны интенсивности
воспроизводить волновое поле со всеми его
параметрами – амплитудой, фазой,
спектральным составом, состоянием
поляризации и даже с изменениями этих
параметров во времени. Изучение этого
явления в настоящее время представляет
собой главную научную цель голографии.

51. Голографический принцип - от сферического зеркала до черных дыр

Голографический принцип от сферического зеркала до черных дыр
• Открытое Ю.Н. "явление отображения оптических свойств
объекта трехмерной моделью окружающей этот объект картины
стоячих" было им математически обосновано для оптического
диапазона электромагнитного излучения.
• Нет сомнений, что "голографический принцип", лежащий в основе
современных методов исследования черных дыр нашей
Вселенной, терминологически связан именно с тем явлением,
которое сформулировал Ю.Н. для оптического диапазона и
которое лежит в основе трехмерной голографии.
51

52.

We Thank You All
ISDH2015 - an unforgettable event.
200 participants from 16 countries, 80 presentations, 5 full
days (and nights) of holographic fun.
At the Russian Academy of Sciences during the famous
St. Petersburg White Nights.
In memoriam of Yuri Denisyk and in honour of late ISDH
founder T. Jeong
10th International Symposium on
Display Holography – ISDH-2015
in memoriam of Yu.N. Denisyuk