Holografía

La holografía es una técnica avanzada de fotografía, que consiste en crear imágenes tridimensionales. Para esto se utiliza un rayo láser, que graba microscópicamente una película fotosensible. Ésta, al recibir la luz desde la perspectiva adecuada, proyecta una imagen en tres dimensiones.

La holografía fue inventada en el año 1947 por el físico húngaro Dennis Gabor, que recibió por esto el Premio Nobel de Física en 1971. Recibió la patente GB685286 por su invención. Sin embargo, se perfeccionó años más tarde con el desarrollo del láser, pues los hologramas de Gabor eran muy primitivos a causa de las fuentes de luz tan pobres que se utilizaban en sus tiempos.

Originalmente, Gabor sólo quería encontrar una manera para mejorar la resolución y definición de las imágenes del microscopio electrónico. Llamó a este proceso holografía, del griego holos, "completo", ya que los hologramas mostraban un objeto completamente y no sólo una perspectiva.

Los primeros hologramas que verdaderamente representaban un objeto tridimensional bien definido fueron hechos por Emmett Leith y Juris Upatnieks, en Estados Unidos en 1963, y por Yuri Denisyuk en la Unión Soviética.

Uno de los avances más prometedores hechos recientemente ha sido su uso para los reproductores de DVD y otras aplicaciones. También se utiliza actualmente en tarjetas de crédito, billetes y discos compactos, además de su uso como símbolo de originalidad y seguridad.

Principio de funcionamiento de un holograma

NOTA: Para comprender el principio de funcionamiento de un holograma se describe el grabado en un holograma fino de una escena que sólo contiene un punto que refleja la luz. Esta descripción es solamente esquemática y no respeta la escala entre los objetos y la longitud de onda. Sólo sirve para comprender el principio.

Grabado de un holograma

Enregistrement de l'hologramme

En la imagen de la derecha se alumbra la escena con ondas planas que vienen de la izquierda. Una parte de la luz se refleja en el punto, representado como un círculo blanco. Sólo está representada la luz reflejada hacia la derecha. Esas ondas esféricas se alejan del punto y se adicionan a las ondas planas que alumbran la escena. En los sitios donde las crestas coinciden con crestas y los valles con valles habrá máximos de amplitud. Simétricamente, donde las crestas coinciden con valles y los valles con crestas la amplitud será mínima. Hay sitios del espacio donde siempre la amplitud es máxima y sitios donde la amplitud siempre es mínima.

La superficie de una placa fotosensible ubicada en el sitio punteado de la imagen estará lo más expuesta en donde la amplitud es máxima y lo menos expuesta en los sitios donde la amplitud es mínima. Después de un tratamiento adecuado, las zonas más expuestas resultarán más transparentes y las zonas menos expuestas más opacas.

Es interesante señalar, que si durante la exposición, la placa se mueve media longitud de onda (un cuarto de micrón), una buena parte de las zonas habrá pasado de las más expuestas a las menos expuestas y el grabado del holograma habrá fracasado.

Observación del holograma

Lecture de l'hologramme

Alumbramos el holograma con ondas planas que vienen de la izquierda. La luz pasa por los "espacios" transparentes del holograma y cada "espacio" crea ondas semiesféricas que se propagan hacia la derecha. En la imagen a la derecha solo hemos dibujado la parte interesante de la cresta de las ondas. Se aclara que las ondas que salen de los "espacios" de la placa se adicionan para dar frentes de onda semiesféricos similares a los frentes producidos por la luz reflejada por el punto de la escena. Un observador situado a la derecha de la placa ve luz que parece salir de un punto situado en el sitio donde estaba el punto de la escena. Eso es debido al hecho que el holograma deja pasar – o favorece – la luz que tiene la "buena" fase en el "buen" sitio.

Un objeto en lugar de un punto único

En realidad, la luz reflejada por una pequeña parte de un objeto (el punto del ejemplo precedente) es débil y solo puede contribuir a que zonas del holograma sean un poco más oscuras o más claras. Eso no impide la formación de frentes de onda semiesféricos durante la lectura del holograma. El observador encontrará solamente, que el punto es poco brillante.

Un segundo punto luminoso añade, al grabado del holograma, sus propias zonas un poco más claras u oscuras. A la observación, el segundo juego de zonas claras y oscuras crea otro conjunto de frentes de onda que parece originarse de la posición donde se encontraba el segundo punto. Si el punto se encontraba más lejos, se le "verá" más lejos y viceversa. El holograma graba la información tridimensional de la posición de los puntos.

Un objeto grande no es otra cosa que un conjunto de puntos. Cada zona puntual del objeto crea zonas más o menos grises que se adicionan en la placa. Cada conjunto de zonas grises crea, a la observación, ondas semiesféricas que parecen salir del "buen" sitio del espacio: y así vemos una imagen (virtual) del objeto.

En la práctica, este tipo de holograma – fino y con alumbrado perpendicular – es poco utilizado, ya que las emulsiones sensibles son más espesas que la longitud de onda. Además los hologramas con alumbrado perpendicular dan también imágenes reales (en el sentido óptico de la palabra) inoportunas en la observación.

¿Cierto o falso?

Hay muchas ideas preconcebidas sobre los hologramas. Algunas son ciertas, y otras falsas.

Los hologramas graban la fase de la luz: FALSO. Las superficies fotosensibles (película fotográfica, retina, etc.) no son sensibles a la fase de la luz. Son únicamente sensibles al flujo luminoso (potencia por superficie unitaria) de la luz. No existe ninguna manera de grabar la fase en una superficie sensible. Un holograma graba la imagen de interferencia formada por la luz que llega de la escena con la luz del haz de referencia. Las zonas del holograma que estarán más expuestas serán las zonas en las cuales la amplitud de la imagen de interferencia es mayor. Esas son las zonas en las cuales la amplitud de la luz que viene de la escena es mayor y cuya fase es próxima a la fase del haz de referencia. Dicho de otra manera, el holograma graba las zonas donde la diferencia de fase entre la luz de la escena y el haz de referencia es pequeña. En las zonas donde la amplitud es grande pero las fases están en oposición (180°), la exposición del holograma es mínima. En el holograma revelado, las zonas más expuestas son más transparentes que las zonas menos expuestas (es un positivo y no un negativo).

El holograma reproduce las ondas luminosas originales exactamente: FALSO. Para observar el holograma, se le ilumina con un haz luminoso similar al haz de referencia original. Al atravesar el holograma, la luz es modulada por la transparencia del holograma. Sale más luz en las zonas donde el holograma es más transparente, es decir, en las zonas donde el flujo luminoso de la imagen de interferencia es mayor en el momento del grabado. El holograma no cambia la fase de la luz, solamente su amplitud. La fase de toda la luz que sale del holograma es la misma que si el holograma no estuviese allí.

La situación no es la misma durante el grabado del holograma. Las ondas luminosas en la posición del holograma son la suma de las ondas del haz de referencia más las ondas viniendo de la escena, cuya fase es diferente. Así, la fase de las ondas resultante en la posición del holograma es diferente de la fase del haz de referencia.

Como el holograma solo cambia la amplitud y no la fase, las ondas que salen del holograma cuando se reproduce, no tienen la misma fase que las que tenían durante el grabado. Y, como las ondas son diferentes al salir del holograma, seguirán siéndolo a medida que se alejan.

Las ondas luminosas salientes, reconstruidas con solo las zonas que estaban en fase en el momento del grabado, son diferentes de las ondas en la situación original. Pero, a pesar de esto, son suficientemente próximas para crear frentes de onda similares a los que salían de la escena durante el grabado. Esos frentes de onda corresponden a la imagen virtual de la escena.

Cada fragmento de un holograma contiene toda la información de toda la escena: FALSO. Cada fragmento del holograma contiene la información de la escena desde el ángulo en que fue grabadavista desde el lugar donde estaba. Cada pequeño trozo de holograma graba la escena "como la vio", con zonas ocultas y con las posiciones relativas entre las varias porciones de la escena. Con un pequeño trozo desde el ángulo de la derecha de un holograma no es posible ver la escena como vista desde el ángulo de la izquierda. Se puede imaginar el fragmento de holograma como una mirilla colocada donde se situaba el fragmento.

Si el fragmento de holograma es pequeño, la imagen es menos nítida: VERDAD, pero para que la falta de nitidez sea visible, es necesario que el pequeño trozo sea muy pequeño. Sus dimensiones deben ser inferiores a 1 milímetro.

Enlaces externos

• Wikimedia Commons alberga una galería multimedia sobre Holografía.
• Historia de la Holografía
• Instrucciones simples para hacer hologramas
• Vídeos Holográficos