Hologramlar; bilim kurgu alanında temel bir unsurdur. Ancak gerçek dünyada ciddi uygulamalara sahip olacak kadar ayrıntılı şekilde yaratmanın zor olduğu kanıtlanmıştır. Bu yüzden bilim insanları holografik projeksiyon alanını yavaşça ileriye doğru iterken, karşılıklı konuşma denilen bir sorunun üstesinden gelemediler.
Nature’da yayınlanan bir makalede, bunun üstesinden gelmek için ışığın şeklini değiştirebildiler. Böylece daha büyük, daha net ve daha ayrıntılı olan 3D hologramları üretebildiler.
Hologramlar Nedir?
Basit hologramlar; içinden ışık geçirildiğinde 3D nesnenin yanılsamasını üreten, 2D yüzeylerdir.
Bunlar; bir lazeri iki ışına bölerek; biri bir nesneden, diğeri ise bir aynadan sıçrayarak ve onları özel bir fotografik plaka üzerinde yeniden birleştirerek, yaratılır.
Lazerler tutarlı ışıktır, yani tüm ışık dalgalarının birlikte hareket ettiği belirli bir frekanstan oluşur. İki uyumlu ışık dalgası birleştirildiğinde; interferans* olarak bilinen bir işlem; düzenli ve öngörülebilir bir model üretilir. Zirveler diğer zirveleri yükseltir, oluklar diğer oluğu yükseltir. Zirveler ve oluklar birbirini iptal eder, böylece alternatif ışık ve karanlık bantları üretilir.
Bununla birlikte, ışık bir nesneden yansıdığında, artık tutarlı değildir ve lazer ışınının tutarlı ışığı ile yeniden birleştirildiğinde, nesneye özgü bir girişim paterni yaratılır.
Fotoğraf plakası tam olarak ışığın yeniden birleştirildiği yere yerleştirilir. Böylece perspektif ve paralaksın** derin ipuçlarını ve (nesnenin görünen konumundaki fark da dahil olmak üzere) nesnenin 3D görüntüsünü yeniden üretmek için gereken tüm bilgileri tutan, benzersiz interferans desenini yakalar. Nesnenin görüntüsünü yeniden üretmek için, referans ışının; plakanın arkasından parlatılması gerekir. Bu nedenle girişim paternine çarparak (yeni çıkmış gibi) nesne ışınını üretmesi gerekir.
Başka bir ifadeyle, denklemle anlatılırsa;
Referans Işını + Nesne Işını = Plakadaki Girişim Deseni ve
Referans Işını başka bir yönden parlatmak, bu denklemi yeniden düzenlemeye benzer;
Plakadaki İnterferans Deseni – Referans Işını = Nesne Işını,
görüntünün görünmesini sağlar.
3D Holografik Projeksiyon ile İlgili Sorunlar
Bu denklem; üretilen görüntülerin kalitesinin düşük olduğu anlamına gelen, sınırlı miktarda bilgi içeren sadece bir plaka oluşturmak için kullanılır. Anlamlı uygulamalarda kullanılabilen görüntüler oluşturmak için; daha fazla bilgi tutabileceklerinden daha fazla plakanın birlikte istiflenmesi gerekir. Görüntü kalitesini koruma sınırı üç ila dört plakadır.
Bunun nedeni; her bir plakanın oluşturduğu resimlerin birbiriyle etkileşime girmesi, dolayısıyla genel görüntünün bozulmasına yol açmasıdır. Işık plakaların içinden geçirilir ve görüntüler oluşturulurken, arkadaki görüntülerden gelen ışık, ışığın senkronize hareketini değiştirerek öndekilerden geçmelidir. Bu da Fresnel Kırınımı*** olarak bilinen ışık dalgasının geri kalanını değiştirir. Işık dalgaları senkronize olmadığından görüntüleri bulanıklaşır.
Rasgele Faz Yaklaşımı
Fresnel Kırınım sorununu aşmak; şimdiye dek daha iyi ekipman tasarlamayı içeriyordu. Ancak yeni çalışmanın yazarları fenomeni tamamen engellemek için temel matematik teorileri arasında bir bağlantı buldu.
Fresnel Kırınım Denklemleri; karmaşık bir hologram yaratmada kullanılan çoklu plakalar gibi engellemeler nedeniyle faz dışı olan belirli ışık durumlarını tanımlar. Fikir; bunları Fourier Holografisi Denklemleri tarafından tanımlanan ideal dalga formlarına dönüştürmektir.
O zaman soru, Fresnel Kırınım Denklemlerini, Fourier Holografisinde kullanılanlara dönüştürerek, düzensiz ışığın düzenli ışığa nasıl dönüştürüleceğidir. Cevap Rasgele Faz Yaklaşımı’dır (RPA) ve bu, bir avuç temel fikir üzerine kuruludur.
Birincisi; tepeleri ve olukları sıraya girdiğinde dalgalar “faz” olarak kabul edilir. Fazda olmayan dalgalar birbirleriyle etkileşime girerek görüntüyü bozar.
İkincisi; bir sistemin her bir parçası kendi frekansında salınır, ancak bu frekansların hepsi bir sistem çapında frekans oluşturarak ortalanır.
Üçüncüsü; iki sistemin sistem genelinde sıklığı rasgele olduğunda, ortogonal olma ihtimalleri çok yüksektir, bu da birbirleriyle aynı aşamada olmaları anlamına gelir.
Araştırmacılar; her bir plakanın fazlarını yeterince rasgele seçerek, aralarındaki herhangi bir çapraz konuşmayı engellediler. Bu nedenle, bir plakadan yayılan ışık; diğer plakalardan gelen ışığa müdahale etmedi ve net, ayrıntılı bir 3D görüntü oluşturdu.
Araştırmacılar, aynı anda hiç konuşma yapmadan tam derinlik kontrolü ile eksende şekillenen ve aynı anda 1.000 görüntü düzlemi ile büyük hacimli, yüksek yoğunluklu, dinamik 3D projeksiyonlar üreten Fresnel hologramlarını gösterdiklerini belirtiyor.
Bu tür ayrıntılı 3D hologramlar; hemen hemen her alanda kullanılabilir. Ancak araştırmacılar en acil kullanım alanlarının; tıp ve havacılıkta olacağına inanmaktadır. Örneğin; MRG’ler, BT taramaları ve diğer tıbbi görüntüleme teknikleriyle oluşturulan 2D görüntüler yerine, doktorlar ve hemşireler bir hastanın vücudunun hassas 3D gösterimlerini oluşturabilecek. Böylece sorunları analiz etmeyi ve teşhis etmeyi kolaylaştıracaklardır. Mühendisler uçakları tasarlamak ve onarmak için ayrıntılı hologramları kullanabileceklerdir.
Hala birkaç yıl uzakta olsa da, bu çığır açan teknik; ticari olarak kullanılabilir hale geldiğinde, x-ışınlarının tıbbı; kesinlikle bir dönüm noktası olacak.
* İnterferans: Bir analitin, ölçüm yapılan örnekteki konsantrasyon veya aktivitesini değiştiren maddelerin (interferan) etkileri interferans olarak tanımlanır.
** Paralaks, Iraklık Açısı ya da Kaçkınlık: Bir kimsenin gözünden çıkan, biri yer kürenin merkezinde öbürü yeryüzünde bulunan iki doğrunun, bir gökcisminin merkezinde birleşerek oluşturdukları açı. Yıldızların, yerküreye olan uzaklıklarını hesaplamada kullanılan bir yöntemdir.
*** Fresnel Kırınımı ya da Yakın-Alan Kırınımı: Dalganın yarıktan geçerken, yarık ve projeksiyon arasındaki uzaklığa bağlı olarak büyüklüğünde ve şeklinde değişkenlik gösteren kırınım desenlerine sahip olacak şekilde yakın alanda oluşan kırınım sürecidir.
