Phương pháp chụp ảnh mang tính cách mạng của Lippmann và Gabor

Các phương pháp được trao giải thưởng Trong số các giải Nobel vật lí, hai nhà khoa học đã được tôn vinh cho phương pháp xuất sắc của họ dùng để ghi và hiển thị hình ảnh: Gabriel Lippmann, trao giải năm 1908 “cho phương pháp của ông tái tạo ảnh màu dựa trên hiện tượng giao thoa”, và Dennis Gabor, trao giải năm 1971, “cho sự phát minh và phát triển của ông về phương pháp chụp ảnh giao thoa”....
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phương pháp chụp ảnh mang tính cách mạng của Lippmann và Gabor Phương pháp chụp ảnh mang tính cách mạng của Lippmann và Gabor Các phương pháp được trao giải thưởng Trong số các giải Nobel vật lí, hai nhà khoa học đã được tôn vinh cho phươngpháp xuất sắc của họ dùng để ghi và hiển thị hình ảnh: Gabriel Lippmann, trao giảinăm 1908 “cho phương pháp của ông tái tạo ảnh màu dựa trên hiện tượng giaothoa”, và Dennis Gabor, trao giải năm 1971, “cho sự phát minh và phát triển củaông về phương pháp chụp ảnh giao thoa”. Cả hai phương pháp đều cùng một mục tiêu mang lại sự tái tạo ảnh theo kiểuhơi khác với các nỗ lực khác trước đó với mục đích tương tự. Để đạt tới mục tiêunày, Lippmann và Gabor chọn một phương pháp mang tính cách mạng đối với nềnvật lí cơ sở thay vì lần theo sự tiến bộ tiến triển từng bước trong kĩ thuật. Năm 1886, khi nghệ thuật và công nghệ chụp ảnh vẫn còn đang vật lộn vớichuyển màu sắc tự nhiên sang những giá trị tương xứng theo màu đen và trắng, thìGabriel nghĩ tới một phương pháp hai bước để ghi và tái tạo ảnh màu trực tiếp quacác bước sóng ở vật và ảnh chụp sau đó. Khi Lippmann cải tiến ảnh từ trắng đen sang màu, thì kĩ thuật chụp ảnh giaothoa của Gabor mở rộng ảnh từ hình phẳng sang ảnh không gian ba chiều. Thủ tụcmang lại cho từng mắt của người nhìn thị sai của riêng nó – sự nhìn ảnh nổi – cũngmang tính lịch sử như chính ngành chụp ảnh. Nhưng ý tưởng “chụp ảnh giao thoa”của Gabor là lưu trữ tất cả thông tin trong toàn bộ không gian ảnh và không cótrong bức ảnh thứ hai hơi khác một chút. Ý tưởng của phương pháp Thật thú vị, cơ sở vật lí của hai phương pháp đều có thể hiểu trên cùng mộtnguyên tắc, cụ thể là sử dụng bản chất sóng của ánh sáng, bao gồm việc mã hóatrường ảnh bằng sự giao thoa, ghi lại cấu trúc trên phim chụp, rồi sau đó đọctrường ảnh trở lại bằng cách gửi ánh sáng và cho nó điều biến trong cấu trúc này. Quang học sóng và sự giao thoa Khi chúng ta nhìn vào ảnh quang học, chúng ta thường nghĩ tới các tia sáng.Cả phép chụp ảnh của Lippmann và phép chụp ảnh giao thoa của Gabor đều dựatrên sự truyền sóng của ánh sáng. Hiện tượng sóng có mặt ở mọi nơi trong vật lí học. Dễ thấy nhất, chúng tathấy chúng trên mặt nước. Chúng ta có thể thấy sóng trải ra với một hướng truyền,một vận tốc hay tốc độ truyền, và độ dài chu kì của chúng. Khi hai hay nhiều sóng chồng lên nhau, chúng ta để ý thấy kết quả là hìnhảnh đặc trưng được gọi là “sự giao thoa”. Một cấu trúc giao thoa như thế chứathông tin về tất cả các trường đang tương tác. Khi đã biết một trường, thì thông tinvề các trường khác cũng có thể suy luận ra. So với sóng nước hay âm thanh, bản chất sóng của ánh sáng khó quan sáthơn nhiều. Các bước sóng nhỏ (ví dụ 0,4 – 0,7 mm, tức là 0,0004 – 0,0007 mm, đốivới ánh sáng khả kiến) và nhỏ hơn, tần số của dao động sóng là 750 đến 400 THz(1 terahertz là một triệu triệu chu kì trong một giây). Tần số của ánh sáng là cơbản, nên không có cơ chế nào đọc được chuyển động của sóng ánh sáng. Tuy nhiên,một chuyển động sóng có thể khảo sát bằng sự tương tác với một sóng rất giốngnhư nó, hiệu ứng gọi là giao thoa, đến mức độ dừng lại trong một “sóng đứng”. Sóng đứng phát sinh từ sự giao thoa của hai sóng có tần số chính xác bằngnhau nhưng có pha biên độ dao động ngược nhau. Trong nhà trường phổ thông,sóng đứng được chứng minh bằng các sóng dao động trên một sợi dây phản xạ ởmột điểm dừng và quay lại. Đối với ánh sáng, điểm dừng là gương, nơi sóng chạmtới bị phản xạ, như minh họa trong hình phía bên trái. Tại gương kim loại, tự nhiêntránh hấp thụ sóng bằng cách đảo pha cùng lúc khi hướng truyền thay đổi. Tại gương, trường thu được luôn bằng không; tại nơi cách gương một phầntư bước sóng, tổng của hai trường sẽ biến thiên tuần hoàn ở giá trị lên tới (+) và (-)2 x biên độ. Đây là cái trong âm học người ta được dạy tương ứng là “nút” và“bụng” của dao động âm. Trong quang học, sự giao thoa được quan sát thấy dướidạng vân sáng và vân tối và có thể ghi trên phim chụp hay bất kì máy dò ánh sángnào khác. Trong hình ảnh ổn định của vân giao thoa, các sóng có cùng bước sóng – ánhsáng là đơn sắc – và chúng phải có cùng quan hệ pha, tức là thuộc cùng mộtnguồn – ánh sáng là kết hợp. Điều kiện này thu được khi sóng bị tách ra từ cùng một nguồn và độ trễ giữasóng nguyên gốc và sóng phản xạ gương chỉ cách nhau vài bước sóng. Sóng đứngtrong màng dầu mỏng trên nhựa đường ẩm ướt và trong nhũ tương sử dụng trongphép chụp ảnh của Lippman đáp ứng điều kiện này. Tuy nhiên, đối với phép chụpảnh giao thoa ba chiều, Gabor tạo ra các vân bằng cách cho trường vật giao thoavới một trường tham chiếu ngoài. Nguồn sáng có mức độ đơn sắc và kết hợp tươngxứng trở nên lần đầu tiên có sẵn trên thị trường là laser. Sự phản xạ của trường ánh sáng tại gương làm phát sinh sóng đứng (hìnhbên trái). Giản đồ cho thấy cách thức Lippmann sử dụng sóng đứng để mã hóa màu sắc trong ảnh chụp (hình bên phải). Phương pháp chụp ảnh màu của Lippmann Làm thế nào Gabriel Lippmann có thể sử dụng hiệu ứng giao thoa để thuđược thuật chụp ảnh màu ? Sách vở lòng về quang học sóng và sự giao thoa bảochúng ta rằng ánh sáng có bước sóng khác nhau sẽ tạo ra hình ảnh sóng đứng tạinhững chiều dài chu kì tương ứng. Lippmann bắt đầu với một kiểu sóng đứng,trong đó trường sóng gặp lại chính nó sau khi phản xạ ở một cái gương. Ông chiếuảnh quang như thường lệ lên tấm phim, nhưng qua tấm thủy tinh của nó với chấtnhũ tương hầu như trong suốt có các hạt rất tinh ở mặt sau. Rồi ông thêm hiệu ứnggiao thoa bằng cách đặt một gương thủy ngân tiếp xúc với nhũ tương. Hình ảnh điqua nhũ tương, chạm tới gương, và rồi phản xạ ánh sáng trở lại nhũ tương. Chiềudày thích hợp của lớp phim này tương ứng với khoảng chục bước sóng hoặc nhiềuhơn. Hình ảnh chiếu lên tấm phim không phơi ...