by Danh từ khoa học holography ghép từ hai từ Hy Lạp holos nghĩa là toàn thể và grate nghĩa là ghi, vẽ. Tiếng Việt Nam có khi dịch là phép toàn ảnh hay là toàn ký nhưng cách dịch này còn chưa phổ biến chính thức dễ bị hiểu sai nên người ta vẫn quen dùng trực tiếp tiếng Anh holography.
Holography do nhà vật lý người Anh (gốc Hung) Dennis Gabor sáng tạo ra vào năm 1947 nhưng mãi đến năm 1978 với sự ra đời của nguồn sáng laser rất mạnh holography mới có điều kiện đưa ra ứng dụng rộng rãi ở nhiều lĩnh vực như trưng bày mỹ thuật, bảo tàng, chống làm giả, lưu trú thông tin hiện đại v.v...
Theo định nghĩa thì holography nghĩa là kỹ thuật cho phép ghi lại được ánh sáng tán xạ từ một vật rồi từ ảnh ghi lại gọi là hologram đó, có thể chiếu ánh sáng vào để tái tạo lại toàn bộ ánh sáng y như từ vật tán xạ ra.
Ta thấy được một vật với đầy đủ ba chiếu là vì ánh sáng từ vật tán xạ ra đến được cả hai mắt, tạo ảnh trên võng mạc. Như vậy với cách ghi rồi tái tạo lại ánh sáng tán xạ của vật theo kiểu của holography ta có thể thấy lại được hình ảnh của vật với đầy đủ ba chiều trong không gian. Điều này khác hẳn với phép chụp ảnh thông thường, ở đấy ánh sáng tán xạ từ vật đi qua thấu kính máy ảnh tạo ra ảnh hai chiều của vật và phim chỉ ghi lại được ảnh hai chiều đó. Nói cách khác ảnh ghi được trên phim bằng máy ảnh luôn luôn bị mất đi một chiều (chiều sâu) chỉ còn lại hai chiều.
Holography- Ảnh toàn ký trên đồng 50 Euro.
Ở holography, người ta ghi lại ánh sáng tán xạ từ vật theo một cách hoàn toàn khác với cách chụp ảnh. Để hiểu được holography trước hết ta tìm hiểu hiện tượng giao thoa sóng ánh sáng xảy ra khi dùng một chùm ánh sáng đơn sắc chiếu vào một vật. Ta biết rằng ánh sáng đơn sắc là sóng điện từ có bước sóng nhất định. Người ta hay biểu diễn sóng ánh sáng đơn sắc theo hình sin. Hình sin đó là hình ảnh của mút vecto điện trường (hay vecto từ trường) lan truyền trong không gian ở một thời điểm nhất định. Nếu cùng vẽ sóng ánh sáng đó nhưng ở thời điểm khác, ta vẫn có hình sin tương tự nhưng vị tri các chỗ lồi, chỗ lõm bị dịch chuyển là vì sóng điện từ truyền đi chứ không phải đứng yên trong không gian. Nói cách khác sóng điện từ đơn sắc biểu diễn ra hình sin có ba đặc trưng chính: biên độ sóng ở hình vẽ thể hiện độ cao thấp ở các chỗ lồi lõm trên hình sin, pha của sóng thể hiện ở vị trí các chỗ lồi lõm (thay đổi theo thời gian) ở hình sin và bước sóng của sóng thể hiện ở khoảng cách giữa hai đỉnh của chỗ lồi (hoặc chỗ lõm) kề nhau ở hình sin. Với những ý nghĩa của cách biểu diễn sóng ánh sáng đơn sắc đó ta dễ dàng thấy hai trường hợp cực đại và cực tiểu giao thoa đối với hai sóng đơn sắc có bước sóng như nhau và biên độ như nhau (Hình 1):
Hai sóng cùng pha tổng hợp lại cho sóng có biên độ cực đại (hình trên)
Hai sóng ngược pha tổng hợp lại cho biên độ cực tiểu (hình dưới)
- Khi có hai sóng ngược pha với nhau (chỗ lồi của sóng này tương ứng với chỗ lõm của sóng kia) chống chất lên nhau, sóng tổng cộng có biên độ bằng không, cường độ sáng bằng không, tức là tối đen. Hai sóng chồng lên nhau gọi là giao thoa với nhau. Vậy khi hai sóng đơn sắc giao thoa với nhau có thể có những vị trí mà hai sóng đó cùng pha, cường độ sóng tổng hợp ở đó cực đại, vị trí đó rất sáng. Ngược lại có thể có những vị trí mà hai sóng đó ngược pha với nhau cường độ sáng ở đó cực tiểu bằng không, tức là chỗ đó tối đen.
Nếu đặt một tấm phim hay một màn hình để hứng ánh sáng giao thoa nói trên ta có thể ghi hoặc thấy được những đường sáng, đường tối ứng với dãy các vị trí mà hai sóng cùng pha ngược pha nói trên, người ta gọi đó là các vân giao thoa.
Trên cơ sở sơ lược về hiện tượng giao thoa của sóng như vậy, ta có thể hiểu được cách bố trí để ghi được hologram ở phương pháp holography qua một thí dụ cụ thể như sau (Hình 2).
Người ta dùng một nguồn laser để có được chùm ánh sáng đơn sắc đồng bộ cực mạnh cho đi qua một tấm kính tách tia để tách chùm tia laser ra thành hai tia. Một tia đi thẳng xuyên qua gặp tấm kính phản xạ, đi qua thấu kính phân kỳ, rồi đến trước tấm phim. Trong danh từ chuyên môn người ta gọi đây là chùm tia quy chiếu. Từ nguồn laser đến tấm kinh tách tia một phần khác của chùm tia laser bị phản xạ, đi qua thấu kính phân kỳ và đến gương phản xạ để chiếu vào vật (ở đây là ngôi sao năm cánh). Ánh sáng tán xạ từ vật đi ra cũng đến trước tấm phim ảnh và gặp ánh sáng của chùm tia quy chiếu, chúng giao thoa với nhau và phim ảnh đặt ở đấy ghi lại được các vân giao thoa. Đó là hologram của vật.
Như vậy hologram của vật ghi lại được ảnh giao thoa của chùm tia quy chiếu và các tia tán xạ từ vật, các chùm tia này đều xuất phát từ một nguồn sáng laser nhưng đi theo hai đường khác nhau. Đặc biệt là khi tán xạ bởi vật giữa hai tia có sự lệch pha với nhau và chúng gặp lại nhau ở chỗ phim ảnh. Hình ảnh ghi được ở phim chỉ là các vân giao thoa có được do sự lệch pha giữa các tia. Nếu lấy hologram đã ghi được đó và chiếu vào đấy một chùm tia đơn sắc y như là chùm tia quy chiếu chiếu vào tấm phim khi ghi hologram (Hình 3) thì nhìn qua hologram mắt ta sẽ nhận được ánh sáng như là tán xạ từ vật, tức là ta có được ảnh của vật. Đây là ảnh có ba chiều thực sự, thấy ảnh như là khi trực tiếp nhìn thấy vật.
Quá trình từ hologram chụp được của một vật, chiếu ánh sáng vào để hiện lên ảnh ba chiều của vật gọi là quá trình tái tạo ảnh từ hologram, ánh sáng chiếu vào được gọi lá ánh sáng tái tạo.
Như vậy với phương pháp holography ta có thể tái tạo ảnh ba chiều đầy đủ của vật. Cách ghi hologram rất khác với cách chụp ảnh do đó nói holography là cách chụp ảnh ba chiều không thật là đúng. Tuy nhiên nhờ holography ta có được ảnh thực sự ba chiều của vật vì nhờ phương pháp này qua hologram ta có được ánh sáng tán xạ từ vật ra không khác gì là từ vật thực. Thực tế cách tạo ra ảnh ba chiều theo phương pháp holography được Gabor đề ra từ giữa thế kỷ trước (năm 1947) và năm 1971, Gabor được giải Nobel về Vật lý. Nhưng thời đó khó tìm được một nguồn sáng mạnh kết hợp để ghi được hologram rồi từ hologram tái tạo ra ảnh ba chiều nhìn thấy được dễ dàng. Đến khi có laser, nguồn sáng laser cực mạnh vì gồm toàn là những sóng ánh sáng đồng pha kết hợp, ảnh tạo ra nhìn thấy rất rõ nên phương pháp holography mới phổ biến rộng rãi.
Ứng dụng phổ biến nhất, rõ ràng nhất là ở trưng bày bảo tàng mỹ thuật. Một bức tượng đầu người Hy Lạp bằng đá cách đây hàng nghìn năm rất qúy hiếm, đưa ra trưng bày rộng rãi rất khó khăn cho công tác bảo vệ. Nhưng nếu trưng bày bằng ảnh chụp thì chỉ còn lại hình ảnh hai chiều ít hấp dẫn. Các bảo tàng lớn đã tạo ra hologram của những tượng như vậy để gửi đi các nơi. chiếu sáng và tái tạo lại hình ảnh ba chiều như thật, khách tham quan có thể nhìn truớc mặt, nhìn hai bên. nhìn phía trước, sau v.v... để ngắm nghía, nhiều khi tưởng đó là tượng thật. Nhiều tác phẩm nghệ thuật qúy hiện nay cũng được trưng bày theo cách holography.
Một ứng dụng rất đơn giản nhưng rất phổ biến của holography là để chống làm giả. Thí dụ các tem dán để bảo đảm là hộ chiếu thật, hàng thật rất dễ bị làm giả theo các phương pháp sao chụp quang học thông thường. Nhưng khi chế tạo hologram của một vật phức tạp nào đó dùng làm tem bảo đảm thi rất khó bắt chước để làm cho giống hệt vi rất dễ dùng ánh sáng chiếu vào để kiểm tra có tái tạo được ảnh ba chiều của vật phức tạp đó hay không?
Quan trọng đặc biệt của holography là ghi nhận, lưu trữ thông tin.
Các vân giao thoa trên hologram thực tế là ghi trên hai chiều nhưng lại chưa được rất nhiều thông tin của vật ba chiều. Do đó dùng phương pháp của holography để ghi thông tin, để lưu trữ thông tin, thể tích để ghi thông tin có thể rất nhỏ so với lượng thông tin ghi được nếu so sánh với các cách ghi thông tin phổ biến hiện nay. Ghi thông tin theo phương pháp holography là một hướng đi đang phát triển của công nghệ thông tin hiện đại.
Tác giả: Nguyễn Xuân Chánh
0 comments: