El Holograma

DEFINICIÓN

El holograma fue inventado por el físico e ingeniero húngaro Dennis Gabor quien fue galardonado con el premio Nóbel en 1971 por su gran descubrimiento y aporte a la ciencia.

Su invento consta en un método de obtener imágenes fotográficas tridimensionales. Las imágenes se crean sin lente, por lo que también se denomina fotografía sin lente. Las grabaciones reciben el nombre de hologramas (en griego, holos, 'todo'; gram, 'mensaje').

Es un registro fotográfico de la interferencia entre un haz de referencia y el diagrama de difracción del objeto. Para generar un holograma, la luz procedente de un único láser se divide en dos haces. El haz de referencia ilumina la placa fotográfica -por ejemplo, a través de una lente y un espejo- y el segundo haz ilumina el objeto. El haz de referencia y la luz reflejada por el objeto forman un diagrama de difracción sobre la placa holográfica.

Si una vez revelado el holograma se ilumina con luz coherente, no necesariamente de la misma longitud de onda que la empleada para crearlo, la imagen del objeto fotografiado aparece inmediatamente en el espacio, dando la ilusión del objeto restituido en sus tres dimensiones y permitiendo al espectador, según se vaya desplazando, ver, por ejemplo,

los dos perfiles y la cara del modelo. Es posible producir hologramas de un objeto teórico mediante ordenadores o computadoras, y después pueden reconstruirse las imágenes de esos objetos.

Un holograma se diferencia básicamente de una fotografía normal en que no sólo registra la distribución de intensidades de la luz reflejada, sino también la de fases. Es decir, la película es capaz de distinguir entre las ondas que inciden en la superficie fotosensible hallándose en su amplitud máxima, de aquellas que lo hacen con amplitud mínima. Esta capacidad para diferenciar ondas con fases distintas se logra interfiriendo un haz de referencia con las ondas reflejadas.

Podemos decir que la holografía es una técnica de formación de imágenes tridimensionales a partir de un soporte plano, que pueden ser vistas sin necesidad de ningún accesorio para el observador, y donde este puede moverse alrededor del soporte viendo al objeto, sin discontinuidades, dentro de un ángulo por donde se le ofrecen todas las perspectivas.

La holografía fue oficialmente descripta en 1947 por Dennis Gabor, quien siguiendo una idea anterior llegó a la solución de un problema interesante: se trataba de que, iluminando una rendija con luz de un color único (luz verde de una lámpara de mercurio) se obtiene una figura de franjas que permite conocer la forma y dimensiones de la rendija. Teniendo la información, ¿qué sería necesario para ver la rendija? Ese proceso de decodificación de la información fotografiada lo resolvió Gabor pues planteó el mismo problema intentando mejorar la óptica de los microscópios electrónicos. Faltaba algo para registrar la inclinación de los rayos que llegan a la película fotográfica.

Normalmente, se registra la intensidad pero no se sabe en que dirección la luz llegó. Adicionando junto con la luz del objeto un haz de la misma luz sobre la película, que llamó de "haz de referencia", creó la técnica holográfica. En ese caso la cantidad de franjas se incrementa mucho más a medida que el ángulo de incidencia aumenta, y el registro, al ser iluminado por un haz semejante al de referencia, desvía la luz de manera exactamente igual a la que lo hace el objeto. Se complementan así con perfección dos fenómenos físicos: la interferencia y la difracción. Pero la holografía solamente fue reconocida como gran invención en 1962 cuando, al disponerse de luz láser, se pudieron hacer imágenes grandes, nítidas, y con gran campo para la visión, mostrando diferentes puntos de vista. Gabor, ingeniero eléctrico, recibió el premio Nóbel de Física en 1971.

Vale la pena comentar otros descubrimientos relacionados: En 1891, Gabriel Lippmann en Francia presentó un proceso que lo llevó al premio Nóbel de 1908, la "Fotografía Lippmann", que permitía que una placa fotográfica registrase los colores de una foto. La placa era del tipo usado en esa época para fotografía (no existía la fotografía en colores) y, casualmente, de altísima resolución, vários miles de líneas por milímetro, 40 veces mayor de lo que realmente una cámara fotográfica puede ofrecer. Al agregar la posibilidad de que la luz se reflejase inmediatamente después de atravesar la placa, Lippmann creaba figuras de interferencia donde la longitud de onda de la luz quedaba registrada, y se auto reproducía al iluminarla después con luz blanca. Si bien por motivos prácticos esta técnica no tuvo aplicación generalizada, su excelente carácter teórico, y otras experiencias donde Lippmann intentó obtener nuevas técnicas de imágenes tridimensionales superiores a la estereoscopía, ciertamente contribuyeron al desarrollo de la holografía.

En 1958 el físico ruso Y.N. Denisyuk, leyendo un libro de ciencia ficción donde se narraba que restos de civilizaciones venidas de otros planetas incluían retratos perfectamente tridimensionales, intentó crear una técnica así, basado en la técnica de Lippmann y desconociendo la de Gabor. Consistía en agregar un haz de referencia, pero por detrás de la placa. Que solamente fue reconocida en 1962, cuando la holografía fue noticia, y entonces la técnica de Denisyuk quedó como la primera que podía permitir la visualización de imágenes holográficas con luz blanca. El desafío actual de la holografía consiste poder registrar holográficamente con luz blanca, siendo que ya se ha conseguido proyectar sobre una pantalla con luz blanca.

METODO HOLOGRAFICO

Uno de los métodos de obtención de hologramas, es iluminar el objeto mediante un haz de luz coherente (un haz en el que todas las ondas se desplazan en fase entre sí y que se genera con un láser). En esencia, la forma del objeto determina el aspecto de los frentes de onda, es decir, la fase con la que la luz reflejada incide en cada uno de los puntos de la placa holográfica.

Parte de este mismo haz láser se refleja simultáneamente en un espejo o prisma y se dirige hacia la placa fotográfica; este haz se denomina haz de referencia. Los frentes de onda de este último, al no reflejarse en el objeto, permanecen paralelos respecto del plano y producen un patrón de interferencia con los frentes de onda de la luz reflejada por el objeto. Si éste es un punto, por ejemplo, los frentes de onda del haz reflejado serán esféricos; el patrón de interferencia producido en la película estará entonces formado por círculos concéntricos, reduciéndose el espacio entre los círculos a medida que aumenta el radio.

El patrón de interferencia producido por un objeto más complicado también será mucho más complejo, por lo que el holograma resultante sólo descubrirá un complicado patrón de estructuras oscuras y claras que no tiene relación con el objeto original

Sin embargo, si se contempla el holograma bajo luz coherente (iluminando la placa holográfica grabada con luz láser), se hará visible el objeto grabado; y si se contempla el holograma desde diferentes ángulos, el objeto también se ve desde distintos ángulos. El efecto tridimensional se consigue porque el holograma reconstruye en el espacio los frentes de onda que originalmente fueron creados por el objeto. Este mecanismo se puede entender a la vista del ejemplo del holograma de un punto.

La luz coherente que incide en los círculos concéntricos del holograma sufre una difracción sobre una rejilla de difracción. El ángulo del haz aumenta con la distancia respecto del centro de los anillos concéntricos, reconstruyendo así los frentes esféricos de onda, y el espectador percibe el punto en la misma ubicación relativa en la que se hallaba el punto real al construir el holograma.

Los frentes de onda de los objetos más complejos se reconstruyen de la misma forma. La distribución de intensidades de la luz reflejada se registra en el grado de oscurecimiento de los patrones de interferencias de la película.

Si el objeto ha sufrido alguna deformación entre ambas grabaciones, aparecerán diferencias de fase en determinadas zonas de las dos imágenes, creando un patrón de interferencias que mostrará claramente dicha deformación.

La placa en la que se graba el holograma recoge un patrón de interferencias, formadas por el entrechocar de ondas luminosas; en este caso, si se observara directamente una placa holográfica lo que se vería sería sólo eso: un patrón difuso, un caos luminoso sin ningún sentido ni forma. La astucia de los inventores de la fotografía holográfica, Leith y Upatnicks, fue emplear un rayo de luz coherente para que surja, de entre esa confusión luminosa, la imagen nítida y tridimensional del objeto que se fotografió.

La codificación y decodificación de frecuencias es precisamente la especialidad del holograma. Este emplea para el descifrado de las percepciones el lenguaje matemático conocido como "transformaciones de Fourier" utilizado en la elaboración de hologramas laserianos.

Esquema del holograma de transmisión

Se pueden realizar dos tipos de hologramas: hologramas de reflexión y hologramas de transmisión, que se diferencian según como la imagen registrada en el holograma se reconstruya, si por reflexión o por transmisión del haz de lectura sobre el holograma. El tipo de holograma requerido se obtiene cambiando la disposición experimental durante el registro holográfico

En los hologramas de reflexión el haz objeto y el de referencia inciden sobre caras distintas de la placa holográfica, mientras que en los hologramas de transmisión ambos haces inciden sobre la misma cara (la cara de la emulsión).

Entonces con el holograma se obtiene una fotografía tridimensional, o más bien, como se dice hoy en día, un sistema óptico -sin lentes- de almacenamiento y recuperación de la información. Su peculiaridad reside en que toda la imagen se encuentra en cualquier parte del soporte fotosensible -el análogo de la película fotográfica de las fotos clásicas bidimensionales- de forma que si se parte una imagen por la mitad, en cada una de las dos mitades aparecerá la imagen original entera.

Nombre: Victor Adolfo Vega Flores
Ci: V-18.353.846
Asignatura: CRF