Není hologram jako hologram

Po lednovém článku, kde jsme se zabývali prognózou vývoje hologramů, jak ji formulovali experti společnosti Optaglio (zde) a kde jsme se uvedli, že pod pojmem hologramy se fakticky skrývá několik druhů technologií, se vzápětí vyskytly dotazy požadující upřesnění. A skutečně, neexistuje běžně dostupný text v češtině, který by problematiku rozumně vysvětloval.  Články, na které můžeme narazit, zpravidla zavádí různá třídění podle vizuálních efektů, ale hlouběji nejdou.  Využíváme tedy příležitosti, abychom mezeru doplnili. Budeme se nadále držet pojmu „hologram“, i když se můžeme setkat s názory, že třeba elektronová litografie (viz dále) už fakticky není holografickou technologií, ale že by jí lépe slušelo označení „počítačově syntetizované nanoptické elementy.“

Společným principem je to, že obrázky vyvolávající optickou iluzi trojrozměrnosti vznikají otištěním raznice (master hologram) do nějakého materiálu, nejčastěji plastové fólie.  Tak třeba společnost Optaglio má patentovány technologie pro vytlačování hologramů do polykarbonátu a do kovů a další špičkoví hráči mají zase své produkty. V každém případě ale platí, že se jedná o technologii velmi vhodnou pro masovou výrobu a že rozhodující je způsob, jakým je ale vytvářena raznice.

Klasika Dot Matrix

Některým se možná ještě vybaví původní princip holografie, který je založen na prostorové interferenci dvou monochromatických (laserových) optických vln, z nichž jedna se šíří rovnoběžně a druhá se rozptyluje odrazem od zobrazovaného předmětu. Díky tomu vzniknou v prostoru stojaté vlny daného monochromatického světla a odpovídající paprsky dopadají na desku  s nanesenou světlo citlivou vrstvou fotorezistu. Citlivá vrstva je tak na různých místech narušena, a tudíž citlivější vůči působení vývojky. Následuje vyvolávání podobné tomu, jaké známe z klasické fotografie. Hotový hologram obsahuje jemné difrakční mřížky, které si můžeme představit jako řadu rovnoběžných rýh, přičemž šíře rýh i vzdálenosti mezi nimi jsou blízké vlnové délce světla. Proto se na nich světlo láme a vytváří požadovaný optický efekt.

Výrazem dot matrix je označován hologram, který vznikl touto tradiční cestou nebo její simulací, ovšem s tím, že plocha hologramu je rozdělena na body (pixely) a každý pixel má svou mřížku. Hologram je dán pouze dvěma parametry – periodou mřížky a její orientací. Zpravidla se pracuje s rozlišením 1000 DPI (velikost pixelu 25 x 25 mikronů), ti nejlepší dosahují až 10 000 DPI. Pak už výrobce hologramu naráží na fyzikální meze technologie, protože jemnost rozlišení (a tím i velikost pixelů) je dána mimo jiné vlnovou délkou použitého světla. Další omezení spočívá v tom, že je možné používat pouze rovné rýhy a že není možné je dále ovlivňovat (např. “ohýbat”, modulovat apod.). Není ani možné vytvářet víceúrovňové struktury (difrakční mřížka je pouze dvouúrovňová periodická struktura). Vzhledem k tomu, že s technologií dot matrix se pracuje již řádově 20 let, existuje s ní dostatek zkušeností a je možné i v jejím rámci vytvářet slušně pokročilé vizuální efekty. Jak ovšem připomíná manažer výzkumu ve společnosti Optaglio Čestmír Hradečný,  fyzikální limity obelstít nelze.

Jeho kolega ze společnosti Optaglio Luboš Malák k upozorňuje, že z uvedeného vyplývá nižší úroveň bezpečnosti. Detailním prohlížením pod mikroskopem lze totiž vidět, jak je hologram sestaven ze základních prvků, a na základě toho vytvořit odpovídající hologram. Vzhledem k tomu, že základní stavební kameny jsou známé a relativně jednoduché, nemusí to pro zkušeného padělatele představovat významný problém. U levnějšího spotřebního zboží to nemusí vadit, třeba u bankovek nebo cestovních pasů to ale je zásadní překážkou nasazení.

Bezpečná a pokročilá elektronová litografie

Elektronová litografie je technologie spočívající v tom, že citlivá vrstva není bombardována světelným paprskem, nýbrž fokusovaným paprskem elektronů – s mnohem nižší vlnovou délkou než světlo. Ti nejlepší pracují s přesností jednotek nanometrů. Již zmíněné Optaglio (světová jednička) dosahuje přes 2,5 milionu DPI. Navíc je možné mřížku modulovat, deformovat či jinak upravovat její geometrii a nasazovat také víceúrovňová řešení.  Je tak možné vytvořit obecně jakoukoliv strukturu, možnosti jsou neomezené. Společnost Optaglio dokáže touto metodou vytvářet i nanotexty a nanografiky v řádu jednotek mikrometrů.

Hologram nevzniká osvěcováním zobrazovaného předmětu, ale čistě počítačově, mohli bychom říct fantazijně. Grafik nefotografuje, grafik vymýšlí. Větší jemnost a jiný princip zápisu struktur pak umožňují úplně jiný typ vizuálních efektů – plynulejší pohyby, animace, plastické reliéfy atd.

Z hlediska bezpečnosti je ale rozhodující, že hologram vzniklý s využitím plných možností elektronové litografie nelze okopírovat, zdůrazňuje technolog společnosti Optaglio Luboš Malák. Metoda dot matrix je zcela mimo hru, protože pracuje pouze s rovnými rýhami, navíc s řádově horším rozlišením. Ale ani jiné elektronové litografy nemusí stačit, protože difrakční mřížky jsou vytvářeny pomocí řádově složitějších vzorců, které nelze odvodit zpětně. Ani detailním prohlížením tudíž nezjistíte, jak byl hologram vytvořen.

Právě pohled mikroskopem s dobrým rozlišením ukazuje hodně. Hologram dot matrix je spořádaný jako vojsko na cvičišti. Hologram vytvořený elektronovou litografií působí spíš jako změť, aplikované předpisy jsou řádově komplexnější.

Otevřená budoucnost

Nevýhodou elektronové litografie je nízká dostupnost zařízení. Potřebné přístroje a laboratovní prostředí vyjdou na miliony Eur, a jak se v literatuře často uvádí, technologie je „knowledge-intensive“, to znamená, že i se špičkovým vybavením potřebujete velmi rozsáhlé a velmi specializované znalosti. Hodně je vidět z toho, že těch několik málo firem, co to umí slušně, přichází téměř každoročně s nějakou výraznou inovací. „I naše zkušenost jako firmy Optaglio je taková. Po letech práce pořád objevujeme nové možnosti a ani zdaleka se neblížíme limitům technologie,“ konstatuje Čestmír Hradečný.

A mezitím se už objevuje další pojem, a další technologie. Volume holograms, česky někdy jako hloubkové hologramy. Pracují se světelným laserovým paprskem, ovšem tentokrát je použito paprsků několik, takže dopadají na citlivou vrstvu fotorezistu z různých stran. Princip je znám víc než 10 let, zájmu přibývá, a i když zatím ještě není možné hovořit o standardních komerčních produktech, v budoucnu lze očekávat rozvoj tímto směrem. Technologie volume hologramů zcela jistě otevírá úplně jiné grafické možnosti. A pracovní tým z kanadské University of Waterloo oznámil vytvoření prvního neutronového hologramu, byť zatím jen v laboratorních podmínkách. Budoucnost je tedy otevřená.

Publikováno na www.sciencemag.cz

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s