إن أحد أهم الفروع التي جاء الليزر ليطورها هو التصوير المجسم، الذي ما كان ليكون إلا بوجود الليزر. و في التصوير المجسم بحر واسع من الفوائد ، و هو كالليزر إذ ظن بعض الناس أنه مجرد ترف، إلا أنه أثبت نفسه في ميادين عديدة، صناعية و تجارية، بل وطبية. وفي هذا المقال سوف نتحدث بشكل ميسر عن فكرة عمل التصوير المجسم، و دور الليزر في إنجازه، ثم نعرض بعض خصائص التصوير المجسم، و نختم بذكر بعض تطبيقاته. التصوير ثلاثي الأبعاد (الهلوجرافي)holography هو تصوير مجسم يختلف عن التصوير العادي الذي تعتمد عليه عملية التصوير على تكوين الصورة في بعدين باستخدام عدسات ضوئية وظيفتها تجميع الأشعة المرئية المنعكسة من الجسم المراد تصويره وتسجيلها على شريحة تعرف باسم الفيلم والذي يتم عليه تسجيل للعلاقة بين شدة الإضاءة المنعكسة عن الجسم وموضعها على الفيلم. أما في التصوير الهلوجرافي فتختلف تماماً حيث تعتمد عملية التصوير الهلوجرافي على شعاع الليزر وتتلخص فكرة التصوير الهلوجرافي على تسجيل لنماذج التداخل بين أشعة الليزر المنعكسة مع الجسم مع شعاع يسقط مباشرة على الفيلم الذي يسمى هنا هلوجرام hologram وبالتالي فإن ما يسجل على الفيلم هو نمط التداخل بين الشعاعين. كذلك تختلف فكرة عرض اظهار الصورة المأخوذة بالكاميرا العادية عن عملية عرض الصورة ثلاثية الأبعاد ففي الطريقة الأولي يتم تحميض الفيلم بطريقة كيميائية لنحصل على نجاتيف يظهر توزيع الكثافة الضوئية على الفيلم ليتم طباعته من خلال تمرير الضوء خلال النيحاتيف ليطبع على ورق خاص. أما في التصوير الهلوجرافي فالأمر مختلف حيث يتم تسليط شعاع ليزري على الهلوجرام وينتج عنه تشتت للضوء الليزر في الفراغ معطياً لشكل الجسم الذي انتجه. أي ان الصورة في حالة التصوير العادي تستقبل على حائل بينما تتكون الصورة في الهلوجرافي في الفراغ مما يمكنك من الدوران حول الصورة في الفراغ لرؤية صورة مجسمة (ثلاثية الأبعاد) ولمزيد من التوضيح دعنا نقوم بالتجربة التالية: و القينا حجرًا في بركة ماء ساكن فإنه ستتولد موجات منتظمة، تنتشر على شكل دوائر متحدة المركز. ولو القينا حجرين متماثلين تمامًا في نقطتين مختلفتين فإن الموجات التي تنتج عنهما يتجه بعضُها نحو بعض. فإذا التقت قمة موجة مع قمة موجة أخرى فإنهما تحدث تراكب بناء تنتج عنه سعة موجة أكبر من مرتين من كلّ منهما؛ وإذا التقت قمة موجة مع قاع موجة أخرى يحدث تراكب هدام بحيث يتلاثى بعضهما البعض وتنعدم الموجتان ويتولد عنهما منطقة سكون في الماء. وهكذا يمكن لنا أن نتصور كلَّ حالات التداخل البينيَّة بين الموجات. والنتيجة النهائية هي نظام معقد للغاية يسمَّى نموذج التداخل وبالمثل تسلك الموجات الضوئية نفس سلوك الموجات المائية. ولكن مع الفرق أن الضوء ينتشر في الفراغ ولا يحتاج إلى وسط مادي لينتقل فيه مثل موجات الماء أو الموجات الصوتية. ولكن هناك شرط رئيس يجب توافره في الضوء المستخدم للتصوير الهلوجرافي وهو أن يكون الضوء أحادي التردد (فلايمكن استخدام الضوء الأبيض العادي لانه يحتوي على نطاق واسع من الترددات) وكذلك يجب أن يكون الضوء ذا طور واحد وهذا ما يوصف أن الضوء مترابط والضوء العادي لا يكون هناك ثبات في الطور. هذان الشرطن الأساسيان لا يتوفرا إلا في شعاع الليزر وهذا ما أخر إنتاج صور مجسمة إلا بعد الحصول على شعاع ليزر في عام 1960 بالرغم من أن فكرة التصوير الهلوجرافي النظرية كانت مكتشفة قبل ذلك بأعوام وبالتحديد في 1948م. ويُعَدُّ الليزر أنقى ضوء امتلكه الإنسان؛ فلكلِّ موجات الليزر المنبعثة نفس التواتر (الطور). وهكذا فعندما يلتقي شعاعا ليزر، يولِدان شبكة تداخُل معقدة؛ ويمكن تسجيل هذه الشبكة على لوحة التصوير الهلوجرام. ولو جعلنا أحد الشعاعين يصطدم بالجسم المراد تصويره وينعكس عنه قبل تداخُله مع الشعاع الآخر، فإن شبكة التداخُل ستكون أعقد، ويمكن تسجيلُها على لوحة التصوير الحساسة؛ وهذا التسجيل هو ما يسمى بالهولوغرام. ولكي نرى الصورة التي سُجِّلَتْ على هذه اللوحة لا بدَّ من أن نسلِّط شعاع ليزر مماثل للذي استخدمناه على اللوحة ذاتها؛ وعندئذٍ يظهر الجسمُ المصوَّر على بُعد صغيرمن اللوحة ويبدو ثلاثي الأبعاد. ولعل أغرب ما في الهولوغرام هو أنه لو أدرنا اللوحة فإن كلَّ زاوية منها يمكن لها أن تعطي الصورة بكاملها. وهكذا يمكن لنا أن نقول إنه، في الهولوغرام، الجزءُ يحوي الكل ولكن من زاوية مختلفة مثلما لو نظرت إلى جسم ما وادرت عينيك حوله فسترى أجزاء مختلفة حسب الزاوية التي تنظر إليها. - يوضح الشكل التالي فكرة عملية للتصوير الهلوجرافي : حيث يقسم شعاع الليزر إلى حزمتين (كما في الشكل)، بواسطة لوح زجاجيBeam Splitter و يتم تسليط إحداهما مباشرة على اللوح الفوتوغرافي (الهولوجرام) و تسمى الشعاع المرجعي، أما الشعاع الآخر فيسلط على الجسم المراد تصويره الذي نريد أن نحصل على صورة مجسمة له. يحدث ان تتشتت الاشعة عن الجسم حاملة تضاريسه السطحية المختلفة لتسقط على اللوحة (الهلوجرام) ولكن الأشعة تقطع مسافات مختلفة نتيجة لتضاريس السطح المتشتتة عنه وفي نفس الوقت تتداخل مع الشعاع المرجعي الذي ينتج عنه نماذج التداخل التي تعتمد على اختلاف الطور بين الشعاعين (الشعاع المنعكس من الجسم والشعاع المرجعي) ناتج من اختلاف طول المسار، فتسجل على اللوح الحساس (الفيلم) نماذج التداخل التي تعرف بالهولوجرام بعد تحميض الفيلم نحصل على الهولوجرام الذي يحتوي على توزيع من المناطق الشفافة و الداكنة التي تناظر أهداب التداخل المضيئة والمظلمة، وعندما يضاء بشعاع مشابه تماماً للشعاع المرجعي الأصلي كما في الشكل التالي فإنه الشعاع سوف ينفذ من خلال المناطق الشفافة و يُمتَصّ في المناطق الداكنة بدرجات متفاوتة مكوناً بذلك موجة نافذة مشتتة لترسم صورة ثلاثية للجسم في الفراغ مشابهة للجسم الأصلي. .. ما هو الهولوغرام (أو اللوح الحافظ لنموذج التداخل)؟ يحتوي الهولوغرام (أو اللوح الحافظ لنموذج التداخل) على توزيع معقد من المناطق الشفافة و الداكنة التي تناظر أهداب التداخل المضيئة و المظلمة، و عندما يضاء بشعاع مشابه تماماً للشعاع المرجعي الأصلي فإن الشعاع سوف ينفذ من خلال المناطق الشفافة و يُمتَصّ في المناطق الداكنة بدرجات متفاوتة مكوناً بذلك موجة نافذة مركبة، هي الموجة المركبة للجسم الأصل. و على هذا فإن الحصول على الهولوغرافي يتم على مرحلتين: الأولى: تسجل فيها أنماط التداخل ثم الحصول على الهولوغرام، والثانية: يتم فيها إضاءة الهولوغرام بطريقة معينة بحيث يكون جزء من الشعاع النافذ من الهولوغرام مطابقاً لموجة الجسم الأصل، فنرى صورة ماثلة في الهواء أمامنا و كأنها الجسم الأصلي. فمثلاً لو أخذت الصورة لنرد، فإننا سنرى النرد و عندما ندير رؤوسنا نستطيع أن نرى جميع أوجهه و نقرأ الأرقام التي عليها. و كمثال طريف على ذلك، تم تصوير جريدة و أمامها عدسة مكبرة، فكانت بعض الكلمات تبدو كبيرة، و الباقية عادية أثناء أخذ الصورة، و لكن عندما ظهرت الصورة المجسمة كان بإمكان الناظر أن يقرأ من خلال العدسة جميع الكلمات و هي مكبرة إذا أدار رأسه باتجاه الكلمات الأخرى. - أنواع الهولوغرام: توجد أنواع مختلفة من الهولوغرام، فهناك الهولوغرام الشريحي الرقيق ، و هناك الهولوغرام الحجمي السميك ، و هي إما أن تكون من النوع الامتصاصي أو من النوع الطوري على الرغم من هذه الاختلافات فهي جميعاً تقوم على نفس المبدأ، و هو تسجيل سعة و طور الموجة. و لن نتطرق إلى تفاصيل تلك الأنواع. كذلك توجد أنواع مختلفة من المواد الحساسة للضوء تستخدم في الهولوغرام، فهي و بشكل عام يجب أن تكون ذات قدرة تحليلية عالية، و يحب أن يكون حجمها حبيبي (أي في حدود 50 نانومتر) بحيث تبعد أهداب التداخل عن بعضها بطول موجي واحد. و على وجه العموم، فإن طبقة الفيلم الحساسة للهولوغرام إما أن تكون من هاليدات الفضة، أو أن تكون من أغشية دايكرومات الجيلاتين. . خواص الهولوجرافي و بعض تطبيقاته: أ. خواص الهولوغرام: 1. إمكانية رؤية الجسم من كل الاتجاهات و رؤية أعماق الفتحات و الثقوب عليه. 2. إن رؤية طرف واحد يخفي الآخر، فإذا نظرنا إلى الجزء الأيمن من الوجه اختفى الأيسر. 3. إذا تحطم الهولوغرام، فإمكاننا استعادة الصورة بتعريض أية شظية (قطعة) منه لشعاع الليزر، و لكن تكون شدة إضاءة الصورة المجسمة ضعيفة. 4. بالإمكان تصوير عدة صور هولوغرافية على لوح واحد و لا يحصل بينها تشويش أو تداخل. 5. وجد أنه بالإمكان تخزين 103 رموز (بت) في كل سنتيمتر مكعب من بلورة فعالة ضوئياً. و هذا يعني تخزين معلومات محتواه في خمسة ملايين مجلد، كل مجلد يحتوي على 200 صفحة، و كل صفحة بها 1000 كلمة و كل كلمة تتكون من سبعة أحرف! و ذلك في بلورة مكعبة لا يزيد حجمها عن عقلة الأصبع.! ب. تطبيقات: 1. سوف تستخدم هذه الطريقة في الطب البشري، فمثلاً تصور العين، لتبرز مجسمة في ثلاثة أبعاد، فنتمكن من رؤية المناطق التشريحية المصابة. 2. تستخدم هذه الطريقة في دراسة التشوه الميكانيكي أو التشققات التي تصيب جيماً ما، و فحص الإجهاد لإطارات السيارات. 3. تحمل بطاقات الاعتماد الجديدة شريطاً مجسما مطبوعاً على ظهرها، و يكون عبارة عن نسق مجسم (و ليس صورة جسم ما) ضد التزوير. 4. يستخدم التصوير المجسم في السلامة النووية حيث يتم تصوير قلب المفاعل فتعطي الصورة المجسمة معلومات كاملة للعلماء عن حالته، و بهذا يستطيعون أن يراقبوا حالة قلب المفاعل دون الحاجة للاقتراب منه حيث إن الإشعاعات تكون خطرة جداً. 5. و تستخدم في حفظ السجلات و التخزين، و ذلك ابتداء من صور أسنان مراجعي عيادات الأسنان إلى التراث الفني و الأدبي و ما إلى ذلك[email protected] كلية العلوم- جامعة تعز
