Hologram – co to jest i jak powstaje?

Hologram to trójwymiarowy zapis informacji o obiekcie, powstający dzięki interferencji dwóch wiązek światła, w tym spójnego światła lasera. Odpowiednio oświetlony nośnik odtwarza przestrzenny obraz, a jego wersja zabezpieczająca może ujawniać ruch, zmiany barw, mikrotekst lub ślad po odklejeniu. Sprawdź, jak przebiega ten proces i gdzie stosuje się hologramy.

Co to jest hologram?

Hologram jest zapisem interferencji fal świetlnych na materiale światłoczułym, na przykład na kliszy fotograficznej lub specjalnej folii. W przeciwieństwie do zwykłej fotografii nie rejestruje wyłącznie natężenia światła. Zawiera także informacje o fazie fali, czyli o jej przesunięciach w czasie i przestrzeni.

Podczas odczytu taki zapis działa jak siatka dyfrakcyjna. Oświetlony właściwym światłem kieruje promienie tak, aby odtworzyć układ przypominający światło odbite od pierwotnego obiektu. Obserwator widzi wtedy obraz przestrzenny, którego wygląd zmienia się wraz z kątem patrzenia.

Hologram nie jest zwykłym zdjęciem przedmiotu. To informacja o sposobie rozchodzenia się światła odbitego od tego przedmiotu.

Jak powstaje hologram?

Do zapisu potrzebny jest laser, obiekt, element rozdzielający wiązkę oraz stabilny nośnik światłoczuły. Laser wynaleziono w 1960 roku, dlatego dopiero wtedy można było szerzej rozwijać techniki holograficzne. Wcześniejsze źródła światła nie zapewniały jednocześnie dostatecznej spójności, natężenia i stałej długości fali.

Wiązka laserowa zostaje podzielona na dwie części. Pierwsza, nazywana wiązką przedmiotową, oświetla badany obiekt. Światło rozproszone na jego powierzchni trafia następnie na kliszę. Druga część, czyli wiązka odniesienia, dociera do tego samego miejsca bezpośrednio albo po odbiciu od płaskiego zwierciadła.

Obie fale spotykają się na nośniku. Tworzą na nim stabilne prążki interferencyjne, które trzeba utrzymać przez cały czas ekspozycji – nawet niewielkie drgania mogą pogorszyć zapis. Gotowa klisza nie przypomina obrazu przedmiotu. Pod mikroskopem widać układ jasnych i ciemnych punktów.

Odtwarzanie obrazu przestrzennego

Aby zobaczyć obraz 3D, hologram oświetla się światłem o właściwych parametrach. W klasycznym układzie wykorzystuje się ponownie spójną wiązkę laserową. Odbudowana fala świetlna tworzy pozorny obraz obiektu, który może wydawać się zawieszony przed płytą lub znajdować za nią.

Niektóre hologramy grubowarstwowe mają wiele warstw prążków dyfrakcyjnych. Dzięki temu mogą być oglądane w świetle niespójnym, na przykład białym świetle dziennym. Tak działają popularne, wielobarwne naklejki zabezpieczające.

Jakie są rodzaje hologramów?

Klasyfikacja zależy od sposobu zapisu, budowy warstwy światłoczułej, rodzaju wiązki odniesienia oraz liczby ekspozycji. W optyce spotyka się między innymi hologramy Fresnela, Fraunhofera i Fouriera. Te nazwy opisują warunki, w jakich rejestrowano pole falowe.

Ze względu na geometrię układu wyróżnia się hologram Gabora, hologram Leitha-Upatnieksa oraz hologram Denisiuka. W pierwszym wiązka przedmiotowa i odniesienia biegną współosiowo. Drugi wykorzystuje boczną wiązkę odniesienia, a w trzecim obie fale docierają do materiału z przeciwnych stron.

Hologram może powstać po jednej ekspozycji albo po kilku naświetleniach. Wyróżnia się zapisy jednoekspozycyjne, dwuekspozycyjne i wieloekspozycyjne. Stosuje się je w zależności od tego, czy potrzebny jest pojedynczy obraz, zapis zmian, czy kilka informacji umieszczonych w jednym nośniku.

Kto opracował podstawy holografii?

Mieczysław Wolfke już w 1920 roku rozważał zapis informacji za pomocą interferencji. Polski fizyk opisał proces tworzenia obrazu w dwóch etapach: najpierw zapis fali, a następnie jej odtworzenie. Jego prace stworzyły teoretyczne podstawy późniejszej holografii.

W 1947 roku pierwsze próby zapisywania i odtwarzania obrazów prowadził Dennis Gabor. Rok później opisał ideę fotografii trójwymiarowej i nadał jej nazwę holografia. Za rozwój tej dziedziny otrzymał Nagrodę Nobla z fizyki w 1971 roku.

W 1962 roku Juris Upatnieks i Emmett Leith wykonali holografię optyczną z użyciem lasera. Kilka lat później, w 1969 roku, Byron B. Brenden i Gary Langlois opracowali podstawy holografii akustycznej, w której obraz zapisuje się i odtwarza za pomocą fal dźwiękowych.

Do czego wykorzystuje się hologramy?

Hologramy służą nie tylko do prezentowania obrazów przestrzennych. Wykorzystuje się je w metrologii, interferometrii, rozpoznawaniu kształtów, filtrach częstotliwości przestrzennych oraz zapisie dużej ilości informacji. Pozwalają też tworzyć powiększone obrazy 3D drobnych cząstek i wykonywać bardzo szybkie zdjęcia.

Najbardziej widoczne zastosowanie dotyczy ochrony produktów i dokumentów. Hologram umieszczony na banknocie, certyfikacie, opakowaniu lub legitymacji utrudnia wykonanie wiernej kopii. Zmiana kąta obserwacji może ujawnić ruchomy wzór, przejście kolorów, mikrotekst albo ukryty symbol – czasem potrzebne jest szkło powiększające, laser lub mikroskop.

Hologram jako zabezpieczenie produktu

Samoprzylepne naklejki i folie metalizowane nanosi się między innymi metodą hot-stampingu lub cold-stampingu. Indywidualny wzór może zawierać logo, numer seryjny, datę, kod kreskowy, kod QR albo dane identyfikacyjne. Taki zapis pomaga połączyć konkretny produkt z dokumentacją i wykryć próbę podmiany.

Ważną cechą jest destrukcja przy próbie odklejenia. Hologram może rozwarstwić się, pozostawić wzór na opakowaniu albo ujawnić napis ostrzegawczy. Nie każdy kolorowy efekt zapewnia jednak taką ochronę. Tania naklejka bez indywidualnego projektu może być jedynie dekoracją.

Plomby VOID

Plomby VOID zabezpieczają opakowania, urządzenia, kartony i powierzchnie płaskie lub lekko zakrzywione. Po odklejeniu ujawniają trwały napis VOID, więc próba otwarcia pozostaje widoczna bez użycia specjalnego sprzętu. Pełną przyczepność klej osiąga po 24 godzinach od aplikacji.

Na plombie można umieścić numerację, logo, datownik, kod kreskowy lub oznaczenie serwisowe. Rozwiązanie stosuje się jako plombę gwarancyjną, serwisową i inwentaryzacyjną. Chroni przed nieautoryzowanym otwarciem, lecz nie zastępuje kontroli jakości samego produktu.

Dokumenty publiczne

Holograficzne zabezpieczenia występują na banknotach, świadectwach, certyfikatach, papierach wartościowych i legitymacjach. Legitymacja służbowa nauczyciela należy do dokumentów publicznych kategorii trzeciej, a jej wzór i tryb wystawiania określa Rozporządzenie Ministra Edukacji z 11 kwietnia 2024 roku, Dz. U. z 2024 r. poz. 565.

Taki dokument potwierdza zatrudnienie nauczyciela i uprawnia do ulgi 33% w publicznym transporcie zbiorowym na zasadach określonych w przepisach. Hologram na legitymacji nie jest ozdobą. Stanowi jeden z elementów, które pomagają ocenić autentyczność dokumentu i wykryć ingerencję w jego powierzchnię.