Holographic optical element
होलोग्राफिक ऑप्टिकल तत्व (एच. ओ. ई.) एक ऑप्टिकल घटक (दर्पण, लेंस, दिशात्मक विसारक, आदि) है। जो विवर्तन के सिद्धांतों का उपयोग करके होलोग्राफिक छवियों का उत्पादन करता है। एच. ओ. ई. का उपयोग आमतौर पर पारदर्शी प्रदर्शन, 3डी इमेजिंग और कुछ स्कैनिंग तकनीकों में किया जाता है। एच. ओ. ई. का आकार और संरचना उस हार्डवेयर के टुकड़े पर निर्भर करती है जिसके लिए इसकी आवश्यकता होती है, और युग्मित तरंग सिद्धांत एक सामान्य उपकरण है जिसका उपयोग विवर्तन दक्षता या ग्रेटिंग वॉल्यूम की गणना करने के लिए किया जाता है जो एक एच. ओ. ई. के डिजाइन में मदद करता है। होलोग्राफिक ऑप्टिकल तत्व की प्रारंभिक अवधारणाओं का पता 1900 के दशक के मध्य में लगाया जा सकता है, जो डेनिस गैबर द्वारा गढ़ा गया होलोग्राफी की शुरुआत के साथ निकटता से मेल खाता है। 3डी विज़ुअलाइज़ेशन और डिस्प्ले का अनुप्रयोग अंततः एचओई का अंतिम लक्ष्य है; हालाँकि, उपकरण की लागत और जटिलता ने पूर्ण 3डी विज़ुअलाइज़ेशन की ओर तेजी से विकास में बाधा उत्पन्न की है। एच. ओ. ई. का उपयोग गूगल जैसी कंपनियों द्वारा गूगल ग्लास के साथ या शोध विश्वविद्यालयों में संवर्धित वास्तविकता (ए. आर.) के विकास में भी किया जाता है जो एच. ओ. ई. का उपयोग आंखों के पहनने या सिर पहनने के उपयोग के बिना 3डी इमेजिंग बनाने के लिए करते हैं। इसके अलावा, पारदर्शी प्रदर्शन की अनुमति देने की एच. ओ. ई. की क्षमता ने बेहतर हेड-अप डिस्प्ले (एच. यू. डी.) के विकास में अमेरिकी सेना का ध्यान आकर्षित किया है जिसका उपयोग विमान पायलटों के लिए महत्वपूर्ण जानकारी प्रदर्शित करने के लिए किया जाता है। एच. ओ. ई. का प्रारंभिक विकास होलोग्राफिक ऑप्टिकल तत्व होलोग्राफी (होलोग्राम बनाने का विज्ञान) से निकटता से जुड़ा हुआ है, जो 1948 में डेनिस गैबर द्वारा प्रस्तावित एक शब्द है। जब से होलोग्राफी का विचार आया है, अगले कुछ दशकों में होलोग्राम बनाने के लिए बहुत कुछ किया गया है। 1960 के दशक के आसपास, लेनिनग्राद के एक स्नातक छात्र, यूरी निकोलेविच डेनिसियुक ने माना कि शायद प्रकाश के तरंग के सामने को एक फोटोग्राफिक पायस (प्रकाश क्रिस्टल) में एक स्थिर तरंग के रूप में दर्ज किया जा सकता है, जो एकवर्णी प्रकाश का उपयोग करके तरंग के सामने को पुनः उत्पन्न करने के लिए प्रकाश को वापस प्रतिबिंबित कर सकता है। यह अनिवार्य रूप से एक होलोग्राफिक दर्पण (बनाए गए पहले एच. ओ. ई. में से एक) का वर्णन करता है और अतिव्यापी छवियों की समस्या को ठीक करता है। हालाँकि, डेंसियुक के प्रस्ताव का बहुत कम व्यावहारिक उपयोग हुआ और उनके सहयोगियों ने उनके परिणामों को खारिज कर दिया। 1960 के दशक के मध्य तक डेन्सियुक के प्रस्ताव एम्मेट लीथ और ज्यूरिस उपात्निक्स के कुछ विकास के बाद फिर से सामने आए। इन दोनों सहयोगियों ने फोटोग्राफिक पारदर्शिता पर दो चरणीय होलोग्राम प्रक्रिया के साथ छवियों को कूटबद्ध और पुनर्निर्मित किया। 1970 के दशक में लॉयड क्रॉस द्वारा विकसित होलोग्राफिक स्टीरियोग्राम जैसे होलोग्राफिक उपकरणों के लिए और अधिक प्रयोगों ने लीथ और अप्टेनिक्स द्वारा विकसित इमेजिंग प्रक्रिया को लिया और उन्हें ऊर्ध्वाधर पट्टियों में व्यवस्थित किया जो एक सिलेंडर में घुमावदार थे। ये पट्टियाँ एक छिद्र के रूप में कार्य करती हैं जिससे प्रकाश गुजरता है, इसलिए जब कोई दर्शक उन्हें देखता है, तो एक 3डी छवि देखी जा सकती है। यह विवर्तन अवधारणाओं के एक बहुत ही सरल संस्करण को प्रदर्शित करता है जो अभी भी एचओई के उत्पादन में उपयोग किए जाते हैं और 3डी चश्मे के लिए एक प्रोटोटाइप है। वर्गीकरण आयतन और पतले एच. ओ. ई. के एच. ओ. ई. अन्य ऑप्टिकल उपकरणों से भिन्न होते हैं क्योंकि वे वक्रता और आकार के साथ प्रकाश को मोड़ते नहीं हैं। इसके बजाय, वे एक संबंधित सामग्री प्रोफ़ाइल का उपयोग करके एक नए तरंगमुख का पुनर्निर्माण करके प्रकाश तरंगों को विक्षेपित करने के लिए विवर्तन सिद्धांतों (एक छिद्र से गुजरते हुए प्रकाश का वितरण) का उपयोग करते हैं, जिससे एच. ओ. ई. एक प्रकार का विवर्तन ऑप्टिकल तत्व (डी. ओ. ई.) बन जाता है। दो सामान्य प्रकार के एच. ओ. ई. मौजूद हैं आयतन एच. ओ. ई. और पतले एच. ओ. ई. जो निर्भर हैं। एक पतली एच. ओ. ई. (जिसमें होलोग्राफिक ग्रेटिंग की एक पतली परत होती है) में विवर्तन दक्षता कम होती है, जिससे प्रकाश किरणें विभिन्न दिशाओं में विक्षेपित होती हैं। इसके विपरीत, आयतन एच. ओ. ई. प्रकार (जिनमें होलोग्राफिक ग्रेटिंग की कई परतें होती हैं) अधिक कुशल होते हैं क्योंकि उच्च विवर्तनशील दक्षता के कारण प्रकाश की दिशा पर अधिक नियंत्रण होता है। एच. ओ. ई. बनाने के लिए की जाने वाली अधिकांश गणनाएँ आमतौर पर आयतन प्रकार एच. ओ. ई. होती हैं। परावर्तन-प्रकार और संचरण-प्रकार एच. ओ. ई. एक पतले या आयतन एच. ओ. ई. होने के अलावा, एक एच. ओ. ई. स्थिति से भी प्रभावित हो सकता है, जो यह निर्धारित करता है कि यह एक संचरण प्रकार है या परावर्तन प्रकार। इस प्रकार के एच. ओ. ई. उन किरणों की रिकॉर्डिंग सामग्री के संबंध में ऑब्जेक्ट बीम और संदर्भ बीम की स्थिति से निर्धारित होते हैंः एक ही तरफ होना एक संचरण एच. ओ. ई. और अन्यथा एक परावर्तन एच. ओ. ई. को इंगित करता है। एच. ओ. ई. के निर्माण में सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली कुछ सामग्रियों में सिल्वर हैलाइड पायस और डाइक्रोमेट जिलेटिन शामिल हैं। अनुप्रयोग एयरोस्पेस उद्योग 2000 के दशक की शुरुआत में नासा ने होलोग्राफिक एयरबोर्न रोटेटिंग लिडार इंस्ट्रूमेंट एक्सपेरिमेंट (हार्ली) के रूप में जाना जाने वाला एक परीक्षण किया जिसमें फ्लोट ग्लास के बीच सैंडविच किए गए डाइक्रोमेट जिलेटिन-आधारित मात्रा एचओई का उपयोग किया गया था। परीक्षण का उद्देश्य सतह और वायुमंडलीय मापदंडों को मापने की एक नई विधि खोजना था जो अंतरिक्ष में चलने वाली लिडार प्रणालियों के आकार, द्रव्यमान और कोणीय गति को कम कर सके। एच. ओ. ई. को घुमावदार या मोड़ने योग्य बनाने की क्षमता इसे हेड अप डिस्प्ले (एच. यू. डी.) या हेड माउंट डिस्प्ले (एच. एम. डी.) के निर्माण में उपयोग करने की अनुमति देती है। इसके अतिरिक्त, आयतन ग्रेटिंग की चयनात्मकता के कारण पारदर्शिता प्राप्त की जा सकती है जिसका उपयोग एक विशिष्ट आपतित कोण या तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश को विक्षेपित करने के लिए किया जाता है। यह पारदर्शी हेड-अप डिस्प्ले के विकास की अनुमति देता है जो विमान पायलटों को जानकारी देता है और कॉकपिट स्थान को संरक्षित करता है। अमेरिकी सेना वर्तमान में इन नए विमान प्रदर्शनों पर परीक्षण कर रही है। नेक्स्ट-लेवल ऑगमेंटेड रियलिटी एक होलोग्राफिक ऑप्टिकल तत्व का उपयोग ऑप्टिकल हेड-माउंटेड डिस्प्ले के लिए थिन-प्रोफाइल कंबाइनर लेंस में किया जाता है। एक परावर्तक आयतन होलोग्राम का उपयोग उत्तरोत्तर एक संयोजित छवि को निकालने के लिए किया जाता है जिसे एक ऑप्टिकल वेवगाइड में कुल आंतरिक परावर्तन के माध्यम से निर्देशित किया गया था। परावर्तक आयतन होलोग्राम की वर्णक्रमीय और कोणीय ब्रैग चयनशीलता इसे आर. जी. बी. एल. ई. डी. जैसे प्रकाश स्रोतों का उपयोग करने वाले संयोजक के लिए विशेष रूप से उपयुक्त बनाती है, जो अच्छी देखने की गुणवत्ता और अनुमानित छवि की अच्छी गुणवत्ता दोनों प्रदान करता है। कोनिका मिनोल्टा और सोनी द्वारा स्मार्ट चश्मे में इस उपयोग को लागू किया गया है। एच. ओ. ई. के डिजाइन में लक्ष्यों में से एक 3डी विज़ुअलाइज़ेशन का प्रयास करना और बनाना है और उसके सबसे करीब चीज़ संवर्धित वास्तविकता है। संवर्धित वास्तविकता के सबसे आम प्रकार हेड माउंट डिस्प्ले या चश्मे के प्रकार के डिस्प्ले से आते हैं, जिन्हें पहले प्रकार के 3डी डिस्प्ले माना जा सकता है। इस प्रकार के प्रदर्शन के कुछ उदाहरणों में माइक्रोसॉफ्ट का होलोलेंस I, II, गूगल ग्लास और मैजिक लीप शामिल हैं। एच. ओ. ई. के उत्पादन के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्री की उच्च लागत के कारण इस तरह की वस्तुएं अक्सर बहुत महंगी होती हैं। एक दूसरे प्रकार की 3डी विज़ुअलाइज़ेशन विधि भी है जो प्रकाश क्षेत्रों के निर्माण के माध्यम से 3डी वस्तुओं को दोहराती है। इस प्रकार का दृश्य विज्ञान कथा फिल्मों या वीडियो गेम में देखे जाने वाले दृश्यों के करीब है। सैद्धांतिक तरीके जिनसे एच. ओ. ई. का उपयोग दूसरे प्रकार को सफल बनाने के लिए किया जा सकता है, प्रस्तावित किए गए हैं। 2019 में बेइहांग विश्वविद्यालय और सिचुआन विश्वविद्यालय के सहयोगियों के एक प्रस्ताव से पता चलता है कि प्रदर्शन पैनल के साथ माइक्रो लेंस सरणी (एम. एल. ए.) एच. ओ. ई. का उपयोग 3डी छवि बना सकता है। प्रस्तावित तकनीक एम. एल. ए. प्रकार के एच. ओ. ई. को सरणी की एक गोलाकार लहर बनाकर काम करती है। प्रकाश को फिर एक 3डी छवि बनाने के लिए इस गोलाकार सरणी में वितरित किया जाता है। अपनी वर्तमान स्थिति में, प्रदर्शन का नकारात्मक पक्ष इसकी कम रिज़ॉल्यूशन गुणवत्ता है। एच. ओ. ई. निर्माण युग्मित-तरंग सिद्धांत के लिए प्रासंगिक गणितीय सिद्धांत युग्मित-तरंग सिद्धांत आयतन एच. ओ. ई. के डिजाइन का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है। इसे पहली बार 1969 में हर्विग कोल्जेनिक द्वारा लिखा गया था और इसमें गणितीय मॉडल शामिल हैं जो कुछ सामग्रियों की तरंग दैर्ध्य और कोणीय चयनात्मकता (ये कारक निर्धारित करते हैं कि कोई चीज एक निश्चित कोण या तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश को कितनी कुशलता से समायोजित और संचारित करने में सक्षम हो सकती है) को निर्धारित करते हैं। इस सिद्धांत द्वारा कई परिसर दिए गए हैंः यह बड़ी विवर्तन क्षमताओं के लिए मान्य है (यह मापता है कि किसी दिए गए स्थान पर कितनी ऑप्टिकल शक्ति विक्षेपित होती है) और इसकी व्युत्पत्ति इस आधार पर की जाती है कि एकवर्णी प्रकाश घटना ब्रैग कोण (एक प्रकाश किरण और क्रिस्टल के तल के बीच एक छोटा कोण) के पास होती है और आपतन तल के लंबवत होती है (एक तल जिसमें प्रकाश की किरण और एक सतह दोनों होती है जो आमतौर पर एक निश्चित बिंदु पर दर्पण के रूप में कार्य करती है)। चूँकि एच. ओ. ई. नई तरंगों का निर्माण करके प्रकाश को विक्षेपित करके काम करता है, इसलिए ब्रैग कोण के पास प्रकाश को विक्षेपित करने के लिए मोटी एच. ओ. ई. सामग्री प्राप्त करने की कोशिश करने से अधिक कुशल तरंगमुख निर्माण होगा। इन समीकरणों का उपयोग होलोग्राम ग्रेटिंग आयतन को समायोजित करने और उत्पादन के दौरान एच. ओ. ई. की विवर्तन दक्षता बढ़ाने के लिए किया जाता है और इन्हें संचरण प्रकार एच. ओ. ई. या प्रतिबिंब प्रकार एच. ओ. ई. दोनों पर लागू किया जा सकता है। शास्त्रीय ग्रेटिंग समीकरण आपतित कोण, विवर्तन कोण, सतह ग्रेटिंग, मुक्त स्थान में तरंग दैर्ध्य और विवर्तन के पूर्णांक क्रम के लिए जिम्मेदार हैः समतल संचरण के लिए ब्रैग समीकरण के रूप में और अपवर्तन के सूचकांक के रूप में जिम्मेदार हैः वर्णक्रमीय बैंडविड्थ और ग्रेटिंग मोटाई के लिए वर्णक्रमीय बैंडविड्थ सन्निकटन खातेः कोणीय बैंडविड्थ सन्निकटन एफडब्ल्यूएचएम पर कोणीय बैंडविड्थ के रूप में जिम्मेदार है (अधिकतम आधे पर पूर्ण चौड़ाई): विवर्तन दक्षता समीकरण ग्रेटिंग मॉड्यूलेशन की तीव्रता के रूप में जिम्मेदार है, क्योंकि टीएम मोड के लिए विवर्तन दक्षता (आपतन के तल के समानांतर ध्रुवीकरण), और कम प्रभावी युग्मन स्थिरांक के रूप मेंः तरंग प्रसार क्षैतिज दिशा गणनाः धब्बे की क्षैतिज स्थिति है, धब्बे (ऊंचाई) की क्षैतिज स्थिति के लंबवत मध्य मुखौटा छिद्र (लेंस छिद्र के पास रखा गया मुखौटा) के पैरामीटर हैं, तरंग दैर्ध्य है, और काम करने वाली केंद्र दूरी है, ऊर्ध्वाधर दिशा गणनाः धब्बे की ऊर्ध्वाधर स्थिति है, मध्य मुखौटा छिद्र (लेंस छिद्र के पास रखा गया मुखौटा) धब्बे (चौड़ाई) की ऊर्ध्वाधर स्थिति के लंबवत है, तरंग दैर्ध्य है, और काम करने वाली केंद्र दूरी है, उच्च कुशल रोशनी के लिए संदर्भ बाहरी लिंक HOE ट्यूटोरियल होलोग्राफिक ऑप्टिकल तत्व होलोग्राफिक फ्लोरोसेंस इमेजिंग होलोग्राम कैसे काम करता है, इस पर अधिक स्पष्टीकरण