Everything should be made as simple as possible, but not simpler
Albert Einstein
«В 1976 году мне по счастливой случайности удалось побывать в лаборатории голографического кино НИКФИ. Виктор Григорьевич Комар, возглавлявший тогда самое передовое направление в изобразительной голографии, показал мне крупноформатные голограммы, кадры из голографических кинолент, лазеры и познакомил с коллективом своих талантливых сотрудников. Кроме сногсшибательных впечатлений, я привез домой коробочку фотопластинок ПЭ-2 для регистрации отражательных голограмм. Вернувшись из Москвы, я долго искал, где бы раздобыть хоть какой-нибудь лазер, и в конце концов нашел его в политехническом институте. Выпросил на пару дней слабенький гелий-неоновый прибор и с нескрываемым волнением приступил к созданию голограммы по схеме Юрия Денисюка.
Я притащил домой бесхозную бордюрную плиту из бетона и уложил ее на свою кровать. Таким образом, у меня появился голографический стол с пружинным матрацем для гашения вибраций. Из тисочков, струбцин и линз от микроскопа я соорудил схему записи первой в своей жизни голограммы. А в качестве объекта использовал серебряную солонку, наполненную доверху солью. Проявитель составил по рецепту, записанному у Лины Григорьевны Дударевой. Химикатов для фотографии дома было в достатке, поэтому проблем с фотохимической обработкой голограмм не возникло. Рассчитал экспозицию. Она составила для формата 9х12 целых 2 минуты! Со второй попытки на фотопластинке будь-то из гиперпространства, появилась копия солонки. Затем был увековечен будильник. При этом меня поразило то обстоятельство, что минутная стрелка на голограмме куда-то исчезла. Вы не представляете, что я чувствовал в тот момент! Это был настоящий восторг! Правда, мой боевой пыл в тот же день остудили родители, приказав немедленно отнести плиту туда, где она лежала.
Сейчас, спустя 40 лет с того знаменательного для меня вечера я не без улыбки сознаю всю наивность технического решения поставленной для себя задачи. Тем не менее, огромное желание записать трехмерное пространство на плоскости позволило интуитивно добиться положительного результата. Впоследствии я набил немало шишек, пролил соленые лужи пота, прежде чем смог вернуться в лабораторию Комара с результатами собственных разработок».
Из воспоминаний Александра Акилова
Оборудование для голографических экспериментов
Познакомившись с принципами голографии в начале публикаций, вы, дорогие читатели, возможно, захотите сами изготавливать голограммы. Голография – занятие не только увлекательное, но вполне доступное даже школьнику немного знакомому с радиоэлектроникой, аналоговой фотографией, паяльником, дрелью и отверткой. Уверяем вас, «не боги горшки обжигают». У себя дома вы сможете соорудить небольшую, но вполне профессиональную голографическую лабораторию, которая уместится на небольшом письменном столе.
Повторять подвиги с бетонной плитой на кровати при изготовлении первой голограммы, пожалуй, не стоит. Оказывается, есть множество более простых и даже элегантных способов устроить голографическую лабораторию у себя дома.
Оборудование и устройства для голографической студии
В большинстве работ, выполненных в голографической технике, авторы используют уникальные свойства голографического изображения и разнообразные схемы записи, сочетающие порой самые удивительные технические приемы. Возникает закономерный вопрос, - как мастера находят необычные решения для реализации своих художественных идей? Живописцы могут поменять краски и кисти, скульпторы использовать новый материал, графики - способы нанесения изображения на плоскость. Голографистам же приходится долго трудиться и экспериментировать, прежде чем удастся изобрести что-то новое, отвечающее их творческим замыслам. Для новичков лучший способ включиться в работу над голографическими проектами – это повторить чей-то успешный опыт, и только потом начинать изобретать свои уникальные схемы.
В качестве голографической установки для своих экспериментов мы будем использовать «песочницу». Не смотря на простоту конструкции, в ней можно успешно реализовать самые разнообразные схемы для записи голограмм. Конструкции оснастки для использования в подобной установке, мы рассматривали в предыдущих главах. Теперь только перечислим, что необходимо приготовить перед началом работы.
Зеркала с наружным отражающим покрытием
Обычные зеркала для использования в голографии не годятся. Когерентное излучение будет интерферировать при одновременном отражении от внешней поверхности стекла и отражающего покрытия, нанесенного на подложку. В результате мы получим ненужные полосы на изображении. Заказать зеркала с наружным зеркальным покрытием можно на фабрике, где их изготавливают. Нужно только попросить мастера не покрывать посеребренную поверхность стекла защитным слоем краски. Большой зеркальный лист необходимо порезать на небольшие форматы. При резке не допускайте царапин. Для этого в качестве подложки используйте лист фильтровальной бумаги. Порезанные зеркала аккуратно заверните в бумажные полотенца и аккуратно доставьте их в свою голографическую лабораторию.
Крепление оптики
Для крепления стеклянных поверхностей зеркал к держателям из алюминиевой трубы или деревянных брусочков лучше воспользоваться эпоксидным клеем типа «холодная сварка». Этот клей достаточно прочен, содержит пластификаторы и не создает напряжений в местах соединения деталей из разнородных материалов.
Линзы и микрообъективы лучше приклеивать к держателям силиконовым герметиком. Соединение получается надежным, но впоследствии детали можно без ущерба разъединить. Остатки клея после разборки легко удаляются с поверхностей деталей, не оставляя следов.
Лазеры.
Для записи голограмм необходимо приобрести или арендовать одночастотный зеленый DPSSлазер с длиной волны 520 нм. Почему не красный или синий? Дело в том, что эти лазеры самые дешевые на рынке. Одночастотный зеленый лазер с длиной когерентности не менее 1 метра и мощностью излучения 50 мВт. обойдется примерно в $1000. Столько же стоит качественная цифровая фотокамера. Кроме того, используя зеленое излучение, вы сможете записывать голограммы не только на галогенидосеребряных фотоматериалах, но и на бихромированной желатине, чувствительной к синему и зеленому излучению. Бихромированная желатина – это беззернистый фоточувствительный материал, позволяющий записывать исключительно яркие голограммы.
И самое главное, эмульсию бихромированной желатины вы можете синтезировать в домашних условиях и сэкономить на приобретении весьма дорогих фотоматериалов для голографии.
Можно в качестве когерентного источника излучения использовать недорогие лазерные диоды, однако, в этом случае стабильность получаемых результатов будет низкой, и вы можете потерять больше драгоценного времени и денег по причине большого количества брака весьма дорогих фотоматериалов.
Микрообъективы и цилиндрические линзы.
Для расширения лазерного луча до нужных размеров вам понадобятся объективы от микроскопа 10х и 40х. Если у вас нет пространственного фильтра с «пинхолом» для удаления интерференционных шумов, то внешние поверхности линз можно аккуратно почистить от пыли химически чистым изопропиловым спиртом. В работе могут понадобиться цилиндрические линзы. Их можно самим изготовить из тонких стеклянных пробирок, заполненных глицерином. Глицерин можно приобрести в любой аптеке.
Фотоматериалы
Приобретайте фотоматериалы, чувствительные к длине волны вашего лазера. Для голограмм Лейта и радужных голограмм лучше использовать фотопластинки с разрешением от 1000 до 3000 линий на миллиметр. Они обладают на порядок более высокой чувствительностью, чем эмульсии с разрешением от 6000 до 10000 линий на миллиметр, необходимые для записи отражательных голограмм Денисюка.
Фотохимикаты
Фотохимикаты для приготовления обрабатывающих растворов желательно заказывать вместе с фотоматериалами. Для составления растворов рекомендуется использовать дистиллированную воду, которую можно приобрести в аптеках или автомагазинах. В крайнем случае, можно вместо дистиллированной, использовать кипяченую профильтрованную воду.
Неактиничное освещение лаборатории
Для удобной работы в темной лаборатории используются фонари с красными или зелеными фильтрами. Красные фонари применяются при работе с фотоматериалами, чувствительными к зеленому свету, а зеленые – к красному. Если вы работе с фотоматериалами, чувствительными ко всему видимому спектру, то можно использовать неяркое зеленое освещение и во время проявления голограмм закрывать ванночки непрозрачными экранами.
Если профессионалы могут позволить себе дорогие и громоздкие «сотовые» голографические столы на пневматических опорах весом в несколько сотен килограммов, то любителю без особого ущерба для окружающих можно выкроить для занятия голографией площадь не более письменного стола.
Если вы мечтаете самостоятельно изготовить несколько голограмм, ощутить магию физического эксперимента, а затем, скорее всего, направиться в новую область творчества, то предлагаемая здесь конструкция песочницы будет самой подходящей.
Обратите внимание на разницу путей интерферирующих в плоскости фотопластинки опорного и объектного лучей. Она не должна превышать длину когерентности вашего лазера.
Советуем начать эксперименты со схемы Лейта – Упатниекса. В этом случае можно сразу изготовить яркую голограмму. Для получения качественной отражательной голограммы придется повозиться с режимами химической обработки фотопластинок. К тому же, условия неподвижности элементов установки в процессе записи отражательных голограмм Денисюка гораздо выше.
Полупроводниковый лазер (лазерный диод) с радиатором (1) можно закрепить на перевернутом вверх дном стеклянном или пластиковом стакане. Это позволит легко изменять высоту и наклон источника излучения относительно горизонта. Зеркало с наружным отражающим покрытием (4) и голографическая фотопластинка (3) размером 102х127 мм устанавливаются относительно друг друга таким образом, чтобы часть когерентного светового потока, отражаясь от зеркала, падала на фотопластинку под углом 45 градусов, а другая освещала объект (2). Если в композиции необходим фон, его можно изготовить из куска фанеры, выкрашенного серебряной краской, и установить за объектом, зафиксировав его в слое песка.
В качестве затвора, перекрывающего излучение лазера, можно использовать лист картона, согнутого под углом 90о. Картонку кладут на песок перед выходным окном лазера и очень осторожно убирают на время экспозиции голограммы.
Ящик с песком необходимо уложить на слабо надутую автомобильную камеру, которая выполнит роль заградительного фильтра, предохраняя элементы оптической схемы от распространяющихся по зданию вибраций.
Но в этом случае не стоит забывать, что древесина гигроскопична и при изменении влажности деформируется. Если обеспечить во время съемки голограммы постоянную влажность в помещении, то можно рассчитывать на успех при использовании даже деревянных конструкций.
Во время эксплуатации голографическую систему лучше располагать как можно дальше от сквозняков и отопительных батарей. В зоне проведения экспериментов можно соорудить полиэтиленовый тент. Он прекрасно защитит установку от конвективных потоков воздуха, влияния пыли и звуковых колебаний.
Конструкция голографической «песочницы», несмотря на всю простоту, позволит провести множество интересных экспериментов. А качество получаемых голограмм будет зависеть только от Вашего усердия, аккуратности, терпения и конечно же от когерентных свойств используемого лазера.
Несколько полезных советов
Для создания «скелета» любительской голографической установки можно использовать трубы из алюминия, заполненные вязким материалом (гудроном, парафином, строительной пеной). Большинство деталей установки желательно проектировать в виде тел вращения, т. к. токарная обработка обходится намного дешевле фрезерной и плоскошлифовальной. В этом случае можно изготавливать детали из стандартного алюминиевого проката.
Некоторые считают жесткость главным критерием работоспособности установки, но это не всегда справедливо. Даже очень прочная и жесткая чугунная плита будет заметно вибрировать в резонансе со слабыми звуковыми колебаниями благодаря высокой упругости ее материала. Другое дело, когда энергия колебаний конструкции будет поглощаться вязким наполнителем. Благодаря трению в вязком материале, резонансов конструкции не возникнет, а случайные колебания будут быстро затухать.
Для того, что бы металлическая труба (1) перестала звенеть, внутрь ее необходимо залить битумную смесь (2). Слив излишки битумной смеси, получим полость (3), которую заливаем жидким алебастром. Затем устанавливаем на торцах трубы заглушки (5). После такой обработки труба становится совершенно глухой и не звенит. Из подобных элементов можно собирать конструкцию голографической установки с помощью элементов JOKER. Внутренний наполнитель трубы будет надежно гасить все внешние колебания. Конструкция несущей рамы получается достаточно жесткой и легкой.
Как регистрируемые объекты, так и фотопластинку при записи голограмм малого формата можно прекрасно зафиксировать на трех точках силой собственной тяжести. Следует только помнить, что вектор силы тяжести должен проходить примерно через центр опорного треугольника, иначе самая малая вибрация может привести к недопустимым колебаниям фотопластинки или объекта.
Не допускайте попадания лазерного света в торец стекла, так как многократные переотражения испортят голограмму. Для этого фотопластинку требуется утопить ниже поверхности рамки держателя на 1 – 2 миллиметра.
Выходное окно газового лазера, желательно располагать по возможности дальше от линзы расширителя. В дальней области распределение излучения лазера стремится к закону Гаусса, что позволяет получить ровное световое пятно после расширителя. Жесткость крепления лазера при этом должна обеспечивать только стабильность положения светового пятна.
Для того, что бы пятно лазерного излучения после расширения узкого луча короткофокусной линзой было ровным и не содержало контрастной интерференционной картины, которая возникает при рассеянии когерентного излучения на микроскопических дефектах стекла и пылинках, луч фокусируют в маленькое отверстие, называемое «пинхолом».
Нужно отметить тот факт, что луч лазера почти всегда линейно поляризован. При монтаже установки очень важно сориентировать плоскость поляризации света перпендикулярно плоскости фотопластинки.
Проверить ориентацию плоскости поляризации можно с помощью поляризационного фильтра, которые используются в фотографии, или с помощью чистой стеклянной пластинки, наблюдая эффект Брюстера при отражении луча. Если плоскость поляризации луча перпендикулярна плоскости раздела сред с различными коэффициентами преломления (ngl), то при углах падения луча (Фbr) относительно нормали к стеклу около 58о , луч практически не будет отражаться. Используя это явление, можно полностью исключить многократные переотражения в толщине стеклянной подложки и связанные с этим процессом дефекты изображения в виде контрастных интерференционных полос.
Для отработки экспозиции профессионалами используются довольно сложные электромеханические затворы. В малых установках в качестве затвора с успехом можно использовать кусок черной бумаги, согнутый под углом 90о. Им надо просто перекрыть выходное окно лазера.
Все детали установки должны быть выкрашены черной матовой краской, а бликующие детали закрыты черными экранами. Любой яркий блик, падающий на голограмму при записи – это дополнительный опорный источник, который только добавляет шум и создает раздвоения изображений при их восстановлении.
В первых экспериментах вместо сложных держателей с тонкой юстировкой можно воспользоваться палочками и твердыми сортами пластилина для крепления линз и зеркал. Но взамен экономии затрат на строительство, вы должны вооружиться временем и терпением. Юстировка оптической схемы установки – ответственная и трудоемкая задача.
Есть проверенный способ защитить вашу установку от внешних вибраций - подвесить её к потолку на упругих тросиках. И места практически не занимает такая подвеска, и прекрасно фильтрует вибрации, всегда распространяющиеся по зданию.
Дорогие друзья, если вы захотели заняться голографией в домашних условиях, пишите и задавайте вопросы. Мы готовы помочь вам незамедлительно!
