Цивилизация
Новосибирские ученые придумали, как можно улучшить компьютерно-синтезированные голограммы, необходимые для проверки качества зеркал телескопов и космической оптики. Для этого авторы решили нанести дополнительный решетчатый узор на пластину, где записана голограмма. При просвечивании получается картина из пучков света, и если запись неидеальна, то это можно увидеть по искажениям получающегося изображения. Такой подход в перспективе позволит улучшить или даже автоматизировать процесс создания голограмм. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Sensors.
Компьютерно-синтезированные голограммы, то есть изображения, записанные лазерным лучом на прозрачной пластинке, используются в самых разных областях: для защиты документов, создания объемных изображений на выставках, записи информации и многом другом. Еще одно применение — проверка качества оптики, в особенности космической. Для этого на основе компьютерных расчетов на кварцевой пластинке делают узор. Он определенным образом преломляет свет, что можно зафиксировать при помощи интерферометра — он способен определить расхождение направления лучей света от заданной формы с точностью до нанометра. То, как преломляется свет, считают за эталон и сравнивают с преломлением света от проверяемого компонента оптического прибора. Если показатели прибора совпадут, то можно считать, что оптика качественная и подходит для дальнейшего использования работе. Если нет — дефекты дорабатываются с помощью полировки. Однако понятно, что рисунок на кварцевой пластинке обязан быть максимально точным. Причиной самых серьезных ошибок становится отклонение лазерного луча от заданной траектории в процессе записи. При отклонении даже на 5–10 нанометров (сопоставимо с размером вируса), полученная голограмма будет преобразовывать свет некорректно.
Ученые из Института автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук нашли способ проверить качество записи голограмм. Исследователи предложили записывать в голограмму специальные метки — микрорешетки из точек, расставленных в шахматном порядке. Эти структуры с помощью лазерного излучения наносят в заданных местах на пластинку перед гравировкой голограммы и в процессе. При пропускании света микрорешетки должны выдать сложный «узор» из лучиков; если хоть один из них сместится, то картина получится неточной, а значит, и голограмма не может быть эталоном. Если же обходилось без сдвигов, голограмма считалась пригодной в качестве инструмента для проверки оптики.
«Предложенный нами метод может определить погрешности в изображении масштабом до десяти нанометров, что позволяет гарантировать точность голограмм, рассказывает Руслан Шиманский, научный сотрудник Института автоматики и электрометрии СО РАН. — Это очень важно, когда их применяют для проверки качества зеркал телескопов».
Так, сотрудники ИАиЭ СО РАН изготовили голограммы, которые использовались как эталоны при шлифовке поверхности самого большого в России зеркала — диаметром шесть метров — Большого телескопа азимутального (БТА). Кроме того, в лаборатория института были созданы голограммы для подобной проверки зеркал Космического телескопа имени Джеймса Уэбба, орбитальной обсерватории, которую планируется запустить в конце 2021 года.
«Перспективы предложенного в этой работе метода очень широкие, поскольку для многих задач требуется создание уникальных голограмм, к каждой из которых необходимо подобрать собственный «ключик» — метод изготовления и проверки характеристик», — заключает Шиманский.