Holographic optical element
ہولوگرافک آپٹیکل عنصر (HOE) ایک آپٹیکل جزو (آئینہ، لینس، ڈائرکشنل ڈفیوزر وغیرہ) ہے۔ جو تفریق کے اصولوں کا استعمال کرتے ہوئے ہولوگرافک تصاویر تیار کرتا ہے۔ HOE عام طور پر شفاف ڈسپلے، 3D امیجنگ، اور بعض اسکیننگ ٹیکنالوجیز میں استعمال ہوتا ہے۔ HOE کی شکل اور ساخت اس ہارڈ ویئر کے ٹکڑے پر منحصر ہے جس کے لیے اس کی ضرورت ہوتی ہے، اور جوڑی ہوئی لہر کا نظریہ ایک عام ٹول ہے جو ڈفریکشن کی کارکردگی یا گریٹنگ حجم کا حساب لگانے کے لیے استعمال ہوتا ہے جو HOE کے ڈیزائن میں مدد کرتا ہے۔ ہولوگرافک نظری عنصر کے ابتدائی تصورات کا سراغ 1900 کی دہائی کے وسط میں لگایا جا سکتا ہے، جو ڈینس گابر کے وضع کردہ ہولوگرافی کے آغاز کے قریب ہے۔ تھری ڈی ویژوئلائزیشن اور ڈسپلے کا اطلاق بالآخر ایچ او ای کا آخری مقصد ہے ؛ تاہم، ڈیوائس کی لاگت اور پیچیدگی نے مکمل تھری ڈی ویژوئلائزیشن کی طرف تیزی سے ترقی میں رکاوٹ پیدا کی ہے۔ ایچ او ای کا استعمال گوگل جیسی کمپنیوں کے ذریعے گوگل گلاس کے ساتھ یا تحقیقی یونیورسٹیوں کے ذریعے آگمینٹڈ رئیلٹی (اے آر) کی ترقی میں بھی کیا جاتا ہے جو آنکھوں کے لباس یا سر کے لباس کے استعمال کے بغیر تھری ڈی امیجنگ بنانے کے لیے ایچ او ای کا استعمال کرتی ہیں۔ مزید برآں، شفاف ڈسپلے کی اجازت دینے کی ایچ او ای کی صلاحیت نے بہتر ہیڈ اپ ڈسپلے (ایچ یو ڈی) کی ترقی میں امریکی فوج کی توجہ مبذول کروائی ہے جو ہوائی جہاز کے پائلٹوں کے لیے اہم معلومات کو ظاہر کرنے کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ ہولوگرافک نظری عنصر کا ہولوگرافی (ہولوگرام بنانے کی سائنس) سے گہرا تعلق ہے، یہ اصطلاح ڈینس گابر نے 1948 میں تجویز کی تھی۔ جب سے ہولوگرافی کا خیال آیا ہے، اگلی چند دہائیوں میں ہولوگرام بنانے کے لیے بہت کچھ کیا گیا ہے۔ 1960 کی دہائی کے آس پاس، لینن گراڈ کے ایک گریجویٹ طالب علم، یوری نیکولیویچ ڈینیسیک نے تسلیم کیا کہ شاید روشنی کے لہر کے سامنے کو فوٹو گرافی کے ایملشن (ہلکے کرسٹل) میں یک رنگ روشنی کا استعمال کرکے کھڑے لہر کے طور پر ریکارڈ کیا جاسکتا ہے جو پھر لہر کے سامنے کو دوبارہ پیش کرنے کے لیے روشنی کی عکاسی کر سکتا ہے۔ یہ بنیادی طور پر ہولوگرافک آئینے کی وضاحت کرتا ہے (پہلے HOEs میں سے ایک بنایا گیا) اور اوور لیپنگ امیجز کے مسئلے کو حل کرتا ہے۔ تاہم، ڈینسییوک کی تجویز کا بہت کم عملی استعمال ہوا اور اس کے ساتھیوں نے اس کے نتائج کو مسترد کر دیا۔ یہ 1960 کی دہائی کے وسط تک نہیں تھا کہ ڈینسیوک کی تجاویز ایمیٹ لیتھ اور جورس اپاٹنیکس کی کچھ ترقی کے بعد دوبارہ سامنے آئیں۔ ان دونوں ساتھیوں نے فوٹو گرافی کی شفافیت پر دو مراحل والے ہولوگرام عمل کے ساتھ تصاویر کو انکوڈ اور دوبارہ تعمیر کیا۔ ہولوگرافک آلات کے لیے مزید تجربات جیسے کہ 1970 کی دہائی میں لائیڈ کراس کے تیار کردہ ہولوگرافک سٹیریوگرام نے لیتھ اور اپٹانیکس کے تیار کردہ امیجنگ کے عمل کو لیا اور انہیں عمودی سٹرپس میں ترتیب دیا جو سلنڈر میں مڑے ہوئے تھے۔ یہ سٹرپس ایک یپرچر کے طور پر کام کرتی ہیں جس سے روشنی گزرتی ہے، لہذا جب کوئی ناظرین ان کے ذریعے دیکھتا ہے تو ایک تھری ڈی تصویر دیکھی جا سکتی ہے۔ یہ ڈفریکشن تصورات کے ایک بہت ہی آسان ورژن کو ظاہر کرتا ہے جو اب بھی HOEs کی تیاری میں استعمال ہوتے ہیں اور 3D شیشوں کے لیے ایک پروٹو ٹائپ۔ درجہ بندی حجم اور پتلی HOEs HOEs دیگر نظری آلات سے مختلف ہیں کیونکہ وہ روشنی کو منحنی اور شکل کے ساتھ نہیں موڑتے ہیں۔ اس کے بجائے، وہ ایک متعلقہ مادی پروفائل کا استعمال کرتے ہوئے ایک نئی لہر کے سامنے کی تعمیر نو کرکے روشنی کی لہروں کو منتشر کرنے کے لیے ڈفریکشن اصولوں (روشنی کی تقسیم جیسے ہی یہ ایک یپرچر سے گزرتی ہے) کا استعمال کرتے ہیں، جس سے ایچ او ای ایک قسم کا ڈفریکشن آپٹیکل عنصر (ڈی او ای) بن جاتا ہے۔ HOE کی دو عام اقسام جو موجود ہیں وہ حجم HOE اور پتلی HOE ہیں جو منحصر ہیں۔ ایک پتلی HOE (جس میں ہولوگرافک گریٹنگ کی پتلی پرت ہوتی ہے) میں ڈفریکشن کی کارکردگی کم ہوتی ہے، جس کی وجہ سے روشنی کی بیم مختلف سمتوں میں پھیل جاتی ہے۔ اس کے برعکس، حجم HOE کی اقسام (جن میں ہولوگرافک گریٹنگ کی متعدد پرتیں ہوتی ہیں) زیادہ موثر ہوتی ہیں کیونکہ روشنی کی سمت پر زیادہ ڈفریکٹیو کارکردگی کی وجہ سے زیادہ کنٹرول ہوتا ہے۔ ایچ او ای بنانے کے لیے کیے جانے والے زیادہ تر حساب عام طور پر حجم کی قسم کے ایچ او ای ہوتے ہیں۔ عکاسی کی قسم اور ترسیل کی قسم HOEs ایک پتلی یا حجم HOE ہونے کے علاوہ، ایک HOE پوزیشننگ سے بھی متاثر ہو سکتا ہے، جو اس بات کا تعین کرتا ہے کہ آیا یہ ترسیل کی قسم ہے یا عکاسی کی قسم۔ اس قسم کے HOE کا تعین ان بیموں کے ریکارڈنگ مواد کے سلسلے میں آبجیکٹ بیم اور ریفرنس بیم کی پوزیشن سے ہوتا ہے: ایک ہی طرف ہونا ٹرانسمیشن HOE اور بصورت دیگر عکاسی HOE کی نشاندہی کرتا ہے۔ کچھ مواد جو HOEs کی تیاری میں سب سے زیادہ استعمال ہوتے ہیں ان میں سلور ہالائڈ ایملشن اور ڈائکرومیٹ جلیٹن شامل ہیں۔ ایپلی کیشنز ایرو اسپیس انڈسٹری 2000 کی دہائی کے اوائل میں ناسا نے ہولوگرافک ایئر بورن روٹیٹنگ لیڈر انسٹرومنٹ ایکسپیرمنٹ (ہارلی) کے نام سے جانا جانے والا ایک تجربہ کیا جس میں فلوٹ گلاس کے درمیان ڈائکرومیٹ جیلیٹن پر مبنی حجم HOE کا استعمال کیا گیا۔ اس تجربے کا مقصد سطح اور ماحولیاتی پیرامیٹرز کی پیمائش کا ایک نیا طریقہ تلاش کرنا تھا جو خلائی سطح کے لیڈار نظام کے سائز، کمیت اور کونیی رفتار کو کم کر سکتا ہے۔ HOE کی منحنی یا موڑنے کے قابل بنانے کی صلاحیت اسے ہیڈ اپ ڈسپلے (HUD) یا ہیڈ ماؤنٹ ڈسپلے (HMD) کی تعمیر میں استعمال کرنے کی اجازت دیتی ہے۔ مزید برآں، والیوم گریٹنگ کی سلیکٹیویٹی کی وجہ سے شفافیت حاصل کی جا سکتی ہے جو کہ ایک مخصوص واقعے کے زاویے یا طول موج پر روشنی کو پھیلانے کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ یہ شفاف ہیڈ اپ ڈسپلے کی ترقی کی اجازت دیتا ہے جو ہوائی جہاز کے پائلٹوں کو معلومات پہنچاتا ہے اور کاک پٹ کی جگہ کو محفوظ رکھتا ہے۔ امریکی فوج فی الحال ان نئے طیاروں کی نمائش پر تجربات کر رہی ہے۔ اگلی سطح کی آگمینٹڈ رئیلٹی ہولوگرافک آپٹیکل عنصر کا ایک استعمال آپٹیکل ہیڈ ماونٹڈ ڈسپلے کے لیے پتلی پروفائل کمبینر لینس میں ہوتا ہے۔ ایک عکاس حجم ہولوگرام کا استعمال ایک مربوط تصویر کو بتدریج نکالنے کے لیے کیا جاتا ہے جسے آپٹیکل ویو گائیڈ میں کل اندرونی عکاسی کے ذریعے ہدایت کی گئی تھی۔ عکاس حجم ہولوگرام کی سپیکٹرم اور کونیی بریگ کی انتخابیت اسے آر جی بی ایل ای ڈی جیسے روشنی کے ذرائع کا استعمال کرتے ہوئے کمبینر کے لیے خاص طور پر موزوں بناتی ہے، جو دیکھنے کے اچھے معیار اور متوقع تصویر کے اچھے معیار دونوں فراہم کرتی ہے۔ یہ استعمال کونکا منولٹا اور سونی کے ذریعے سمارٹ شیشوں میں نافذ کیا گیا ہے۔ HOE کے ڈیزائن میں اہداف میں سے ایک تھری ڈی ویژوئلائزیشن کی کوشش کرنا اور تخلیق کرنا ہے اور اس کی قریب ترین چیز آگمینٹڈ ریئلٹی ہے۔ آگمینٹڈ رئیلٹی کی سب سے عام اقسام ہیڈ ماؤنٹ ڈسپلے یا شیشے کی قسم کے ڈسپلے سے آتی ہیں، جنہیں تھری ڈی ڈسپلے کی پہلی قسم سمجھا جا سکتا ہے۔ اس قسم کے ڈسپلے کی کچھ مثالوں میں مائیکروسافٹ کا ہولو لینس I، II، گوگل گلاس، اور میجک لیپ شامل ہیں۔ HOEs تیار کرنے کے لیے استعمال ہونے والے مواد کی زیادہ قیمت کی وجہ سے اس طرح کی اشیاء اکثر بہت مہنگی ہوتی ہیں۔ ایک دوسری قسم کا تھری ڈی ویژوئلائزیشن طریقہ بھی ہے جو روشنی کے میدانوں کی تخلیق کے ذریعے تھری ڈی اشیاء کی نقل تیار کرتا نظر آتا ہے۔ اس قسم کا تصور سائنس فکشن فلموں یا ویڈیو گیمز میں نظر آنے والے تصورات کے قریب ہے۔ نظریاتی طریقے تجویز کیے گئے ہیں جن میں ایچ او ای کو دوسری قسم کو پھلنے پھولنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ 2019 میں بیہانگ یونیورسٹی اور سیچوان یونیورسٹی سے وابستہ اداروں کی ایک تجویز سے پتہ چلتا ہے کہ ڈسپلے پینل کے ساتھ مائیکرو لینس ایرے (ایم ایل اے) ایچ او ای کا استعمال تھری ڈی امیج بنا سکتا ہے۔ مجوزہ ٹیکنالوجی ایم ایل اے قسم کے ایچ او ای کو صفوں کی ایک کروی لہر بنا کر کام کرتی ہے۔ اس کے بعد روشنی کو اس کروی صف میں تقسیم کر کے تھری ڈی امیج بنایا جاتا ہے۔ اس کی موجودہ حالت میں، ڈسپلے کا منفی پہلو اس کا کم ریزولوشن والا معیار ہے۔ HOE کنسٹرکشن کے لیے متعلقہ ریاضیاتی نظریات جوڑی لہر کا نظریہ جوڑی لہر کا نظریہ حجم HOEs کے ڈیزائن کا ایک اہم حصہ ہے۔ اس کے بارے میں سب سے پہلے 1969 میں ہرویگ کولجینک نے لکھا تھا اور اس میں ریاضیاتی نمونے شامل ہیں جو بعض مادوں کی طول موج اور کونیی انتخاب کا تعین کرتے ہیں (یہ عوامل اس بات کا تعین کرتے ہیں کہ کوئی چیز کسی خاص زاویے یا طول موج پر روشنی کو کس حد تک مؤثر طریقے سے ایڈجسٹ اور منتقل کر سکتی ہے)۔ نظریہ کے ذریعہ کئی احاطے دیئے گئے ہیں: یہ بڑی تفریق کی استعداد کے لیے درست ہے (یہ پیمائش کرتا ہے کہ کسی دی گئی جگہ پر کتنی نظری طاقت انحراف ہوتی ہے) اور اس کی مشتق اس بنیاد پر کی جاتی ہے کہ یک رنگ روشنی کا واقعہ بریگ زاویہ (روشنی کے بیم اور کرسٹل کے جہاز کے درمیان ایک چھوٹا سا زاویہ) کے قریب ہوتا ہے اور واقعہ کے جہاز کے لیے عمودی ہوتا ہے (ایک طیارہ جس میں روشنی کی کرن اور سطح دونوں ہوتے ہیں جو عام طور پر ایک خاص مقام پر آئینے کے طور پر کام کرتے ہیں)۔ چونکہ ایچ او ای نئی لہروں کی تعمیر کے ذریعے روشنی کو الگ کرکے کام کرتا ہے، اس لیے موٹے ایچ او ای مواد کو بریگ اینگل کے قریب روشنی کو الگ کرنے کی کوشش کرنے سے لہر کے سامنے کی زیادہ موثر تعمیر ہوگی۔ یہ مساوات ہولوگرام گریٹنگ کے حجم کو ایڈجسٹ کرنے اور پیداوار کے دوران HOE کی تفریق کی کارکردگی کو بڑھانے کے لیے استعمال کی جاتی ہیں اور ٹرانسمیشن کی قسم HOE یا عکاسی کی قسم HOE دونوں پر لاگو کی جا سکتی ہیں۔ کلاسیکی گریٹنگ مساوات انسیٹنٹ اینگل، ڈفریکشن اینگل، سرفیس گریٹنگ، فری اسپیس میں ویو لینتھ، اور ڈفریکشن کی انٹیجر آرڈر کا محاسبہ کرتی ہے: طیارہ ٹرانسمیشن کے لیے بریگ مساوات جیسا کہ اور ریفریکشن کے انڈیکس کا محاسبہ کرتی ہے: سپیکٹرم بینڈوتھ کا تخمینہ سپیکٹرم بینڈوتھ اور گریٹنگ موٹائی کا محاسبہ کرتا ہے: اینگولر بینڈوتھ کا تخمینہ ایف ڈبلیو ایچ ایم پر اینگولر بینڈوتھ کے طور پر ہوتا ہے (مکمل چوڑائی زیادہ سے زیادہ نصف): ڈفریکشن ایفیشنسی مساوات گریٹنگ ماڈیولیشن کی شدت کے طور پر، ٹی ایم موڈ کے لیے ڈفریکشن ایفیشنسی کے طور پر، اور کم موثر جوڑی مستقل لہر کے پھیلاؤ کے طور پر۔ افقی سمت کا حساب: دھبے کی افقی پوزیشن ہے، درمیانی ماسک یپرچر کے پیرامیٹرز ہیں (ماسک لینس یپرچر کے قریب رکھا گیا ہے) دھبے کی افقی پوزیشن پر عمودی (اونچائی)، طول موج ہے، اور کام کرنے والا فوکل فاصلہ ہے، عمودی سمت کا حساب: دھبے کی عمودی پوزیشن ہے، درمیانی ماسک یپرچر کے پیرامیٹرز ہیں (ماسک لینس یپرچر کے قریب رکھا گیا ہے) دھبے کی عمودی پوزیشن پر عمودی (چوڑائی)، طول موج ہے، اور کام کرنے والا فوکل فاصلہ ہے، حوالہ جات بیرونی روابط اعلی موثر روشنی کے لیے HOE ٹیوٹوریل ہولوگرافک نظری عنصر ہولوگرام کیسے کام کرتا ہے اس کی مزید وضاحتیں