Holografía

Para otros usos, consulte Holografía (desambiguación) .

Para la autoría del documental, consulte Holograph .

"Holograma" vuelve a dirigir aquí. Para otros usos, consulte Holograma (desambiguación) .

Recording to reproduce a three-dimensional light field

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Dos fotografías de un solo holograma tomadas desde diferentes puntos de vista

La holografía es la ciencia y la práctica de hacer hologramas. Un holograma, también conocido como holograma , ^[1] (del griego para "descripción completa" o "imagen completa") es una grabación del mundo real de un patrón de interferencia que usa difracción para reproducir un campo de luz 3D , lo que da como resultado una imagen. que todavía tiene la profundidad, el paralaje y otras propiedades de la escena original. ^[2] Un holograma es una grabación fotográfica de un campo de luz, en lugar de una imagen formada por una lente.. El medio holográfico, por ejemplo el objeto producido por un proceso holográfico (que puede denominarse holograma) suele ser ininteligible cuando se ve bajo luz ambiental difusa . Es una codificación del campo de luz como un patrón de interferencia de variaciones en la opacidad , densidad o perfil de superficie del medio fotográfico. Cuando está adecuadamente iluminado, el patrón de interferencia difracta la luz en una reproducción precisa del campo de luz original, y los objetos que estaban en él exhiben señales de profundidad visual como paralaje y perspectiva.que cambian de manera realista con los diferentes ángulos de visión. Es decir, la vista de la imagen desde diferentes ángulos representa al sujeto visto desde ángulos similares. En este sentido, los hologramas no solo tienen la ilusión de profundidad, sino que son imágenes verdaderamente tridimensionales.

En su forma pura, la holografía necesita una luz láser para iluminar al sujeto y para ver el holograma terminado. Se puede reproducir un nivel microscópico de detalle en toda la escena grabada. Sin embargo, en la práctica común, se realizan importantes compromisos de calidad de imagen para eliminar la necesidad de iluminación láser para ver el holograma y, en algunos casos, para realizarlo. El retrato holográfico a menudo recurre a un procedimiento de imagen intermedio no holográfico, para evitar los peligrosos láseres pulsados ​​de alta potencia que serían necesarios para "congelar" ópticamente sujetos en movimiento tan perfectamente como lo requiere el proceso de grabación holográfica extremadamente intolerante al movimiento. Los hologramas ahora también se pueden generar completamente por computadora para mostrar objetos o escenas que nunca existieron.

La holografía es distinta de la lenticular y otras tecnologías de visualización 3D autostereoscópicas anteriores , que pueden producir resultados superficialmente similares pero se basan en imágenes de lentes convencionales. Las imágenes que requieren la ayuda de lentes especiales u otras ópticas intermedias , ilusiones escénicas como Pepper's Ghost y otras imágenes inusuales, desconcertantes o aparentemente mágicas, a menudo se denominan incorrectamente hologramas.

Dennis Gabor inventó la holografía en 1947 y luego ganó un Premio Nobel por sus esfuerzos.

Resumen e historia

El físico húngaro - británico Dennis Gabor (en húngaro: Gábor Dénes ) ^{[3] [4]} fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1971 "por su invención y desarrollo del método holográfico". ^[5] Su trabajo, realizado a finales de la década de 1940, se basó en el trabajo pionero en el campo de la microscopía de rayos X por otros científicos como Mieczysław Wolfke en 1920 y William Lawrence Bragg en 1939. ^[6] Este descubrimiento fue un resultado inesperado de investigación sobre la mejora de los microscopios electrónicos en la Compañía Británica Thomson-Houston (BTH) enRugby , Inglaterra, y la empresa presentaron una patente en diciembre de 1947 (patente GB685286). La técnica, tal como se inventó originalmente, todavía se usa en microscopía electrónica , donde se conoce como holografía electrónica , pero la holografía óptica no avanzó realmente hasta el desarrollo del láser en 1960. La palabra holografía proviene de las palabras griegas ὅλος ( holos ; "todo ") y γραφή ( gráfico ;" escritura "o" dibujo ").

Texto simétrico horizontal, de Dieter Jung

El desarrollo del láser permitió que los primeros hologramas ópticos prácticos que registraban objetos 3D fueran fabricados en 1962 por Yuri Denisyuk en la Unión Soviética ^[7] y por Emmett Leith y Juris Upatnieks en la Universidad de Michigan , EE. UU. ^{[8] Los} primeros hologramas utilizaban emulsiones fotográficas de haluro de plata como medio de grabación. No fueron muy eficientes ya que la rejilla producida absorbió gran parte de la luz incidente. Se desarrollaron varios métodos para convertir la variación en la transmisión en una variación en el índice de refracción (conocido como "blanqueo") que permitieron producir hologramas mucho más eficientes. ^{[9] [10][11]}

Se pueden hacer varios tipos de hologramas. Los hologramas de transmisión, como los producidos por Leith y Upatnieks, se ven haciendo brillar una luz láser a través de ellos y mirando la imagen reconstruida desde el lado del holograma opuesto a la fuente. ^{[12] : p60} Un refinamiento posterior, el holograma de "transmisión de arco iris" , permite una iluminación más conveniente con luz blanca en lugar de láser. ^{[13] Los} hologramas de arco iris se usan comúnmente para seguridad y autenticación, por ejemplo, en tarjetas de crédito y empaques de productos. ^[14]

Otro tipo de holograma común, el holograma de reflexión o Denisyuk, también se puede ver usando una fuente de iluminación de luz blanca en el mismo lado del holograma que el espectador y es el tipo de holograma que normalmente se ve en las pantallas holográficas. También son capaces de reproducir imágenes en varios colores. ^{[12] : Sección 7.2}

La holografía especular es una técnica relacionada para crear imágenes tridimensionales controlando el movimiento de las especularidades en una superficie bidimensional. ^[15] Funciona manipulando de forma reflectante o refractiva haces de rayos de luz, mientras que la holografía al estilo de Gabor funciona reconstruyendo de forma difractiva los frentes de onda.

La mayoría de los hologramas producidos son de objetos estáticos, pero ahora se están desarrollando sistemas para mostrar escenas cambiantes en una pantalla volumétrica holográfica . ^{[16] [17] [18]}

Los hologramas también se pueden utilizar para almacenar, recuperar y procesar información de forma óptica. ^{[12] : Sección 12.6}

En sus primeros días, la holografía requería láseres costosos y de alta potencia, pero actualmente, los diodos láser de bajo costo producidos en masa , como los que se encuentran en las grabadoras de DVD y se usan en otras aplicaciones comunes, se pueden usar para hacer hologramas y han hecho holografía. mucho más accesible para investigadores, artistas y aficionados dedicados de bajo presupuesto.

Se pensó que sería posible usar rayos X para hacer hologramas de objetos muy pequeños y verlos usando luz visible. ^{[ cita requerida ]} Hoy en día, los hologramas con rayos X se generan mediante el uso de sincrotrones o láseres de rayos X de electrones libres como fuentes de radiación y detectores pixelados como los CCD como medio de grabación. ^[19] La reconstrucción se recupera luego mediante cálculo. Debido a la longitud de onda más corta de los rayos X en comparación con la luz visible, este enfoque permite obtener imágenes de objetos con una resolución espacial más alta. ^[20] Como los láseres de electrones libres pueden proporcionar pulsos ultracortos y de rayos X en el rango defemtosegundos que son intensos y coherentes, la holografía de rayos X se ha utilizado para capturar procesos dinámicos ultrarrápidos. ^{[21] [22] [23]}

Cómo funciona

Grabando un holograma

Reconstruir un holograma

Esta es una fotografía de una pequeña parte de un holograma de transmisión sin blanquear visto a través de un microscopio. El holograma registró imágenes de una camioneta y un automóvil de juguete. No es más posible distinguir el tema del holograma de este patrón de lo que es identificar qué música se ha grabado mirando la superficie de un CD . La información holográfica se registra mediante el patrón de moteado.

La holografía es una técnica que permite registrar un campo de luz (que generalmente es el resultado de una fuente de luz dispersada por los objetos) y luego reconstruirlo cuando el campo de luz original ya no está presente, debido a la ausencia de los objetos originales. ^{[12] : Sección 1 La} holografía se puede considerar algo similar a la grabación de sonido , en la que un campo de sonido creado por materia en vibración como instrumentos musicales o cuerdas vocales , se codifica de tal manera que se puede reproducir más tarde, sin la presencia de la materia vibrante original. ^[24] Sin embargo, es aún más similar a Ambisonic. Grabación de sonido en la que se puede reproducir en la reproducción cualquier ángulo de escucha de un campo de sonido.

Láser

En la holografía láser, el holograma se registra utilizando una fuente de luz láser , que es muy pura en su color y ordenada en su composición. Se pueden usar varias configuraciones y se pueden hacer varios tipos de hologramas, pero todos involucran la interacción de la luz que proviene de diferentes direcciones y produce un patrón de interferencia microscópico que una placa , película u otro medio registra fotográficamente .

En una disposición común, el rayo láser se divide en dos, uno conocido como rayo de objeto y el otro como rayo de referencia . El haz del objeto se expande al pasarlo a través de una lente y se usa para iluminar al sujeto. El soporte de grabación está ubicado donde esta luz, después de ser reflejada o dispersada por el sujeto, incidirá sobre él. Los bordes del medio servirán en última instancia como una ventana a través de la cual se ve al sujeto, por lo que su ubicación se elige teniendo eso en cuenta. El haz de referencia se expande y se hace brillar directamente sobre el medio, donde interactúa con la luz que proviene del sujeto para crear el patrón de interferencia deseado.

Al igual que la fotografía convencional, la holografía requiere un tiempo de exposición adecuado para afectar correctamente el medio de grabación. A diferencia de la fotografía convencional, durante la exposición, la fuente de luz, los elementos ópticos, el medio de grabación y el sujeto deben permanecer inmóviles entre sí, dentro de aproximadamente un cuarto de la longitud de onda de la luz, o el patrón de interferencia se verá borroso. y el holograma estropeado. Con sujetos vivos y algunos materiales inestables, eso solo es posible si se usa un pulso de luz láser muy intenso y extremadamente breve, un procedimiento peligroso que es raro y rara vez se realiza fuera de los entornos de laboratorio científico e industrial. Son típicas las exposiciones que duran de varios segundos a varios minutos, utilizando un láser de funcionamiento continuo de mucha menor potencia.

Aparato

Se puede hacer un holograma iluminando parte del haz de luz directamente en el medio de grabación y la otra parte sobre el objeto de tal manera que parte de la luz dispersa caiga sobre el medio de grabación. Una disposición más flexible para grabar un holograma requiere que el rayo láser se dirija a través de una serie de elementos que lo cambian de diferentes maneras. El primer elemento es un divisor de haz que divide el haz en dos haces idénticos, cada uno dirigido en diferentes direcciones:

• Un rayo (conocido como 'iluminación' o 'rayo de objeto') se extiende usando lentes y se dirige a la escena usando espejos . Parte de la luz dispersada (reflejada) de la escena luego cae sobre el medio de grabación.
• El segundo rayo (conocido como "rayo de referencia") también se difunde mediante el uso de lentes, pero se dirige de modo que no entre en contacto con la escena y, en cambio, viaja directamente al medio de grabación.

Se pueden utilizar varios materiales diferentes como medio de grabación. Uno de los más comunes es una película muy similar a la película fotográfica ( emulsión fotográfica de haluro de plata ), pero con una concentración mucho más alta de granos reactivos a la luz, lo que la hace capaz de la resolución mucho más alta que requieren los hologramas. Una capa de este medio de grabación (por ejemplo, haluro de plata) se une a un sustrato transparente, que comúnmente es vidrio, pero también puede ser plástico.

Proceso

Cuando los dos rayos láser alcanzan el medio de grabación, sus ondas de luz se cruzan e interfieren entre sí. Es este patrón de interferencia el que está impreso en el soporte de grabación. El patrón en sí es aparentemente aleatorio, ya que representa la forma en que la luz de la escena interfirió con la fuente de luz original, pero no con la fuente de luz original en sí. El patrón de interferencia puede considerarse una versión codificada de la escena, que requiere una clave particular, la fuente de luz original, para ver su contenido.

Esta clave faltante se proporciona más tarde al hacer brillar un láser, idéntico al utilizado para grabar el holograma, sobre la película revelada. Cuando este rayo ilumina el holograma, es difractado por el patrón de superficie del holograma. Esto produce un campo de luz idéntico al producido originalmente por la escena y esparcido sobre el holograma.

Comparación con la fotografía

La holografía se puede comprender mejor examinando sus diferencias con la fotografía ordinaria :

• Un holograma representa una grabación de información sobre la luz que proviene de la escena original como dispersa en un rango de direcciones en lugar de una sola dirección, como en una fotografía. Esto permite que la escena se vea desde una variedad de ángulos diferentes, como si todavía estuviera presente.
• Se puede grabar una fotografía utilizando fuentes de luz normales (luz solar o iluminación eléctrica) mientras que se requiere un láser para grabar un holograma.
• En fotografía se requiere una lente para grabar la imagen, mientras que en la holografía, la luz del objeto se dispersa directamente sobre el medio de grabación.
• Una grabación holográfica requiere que un segundo haz de luz (el haz de referencia) se dirija sobre el medio de grabación.
• Una fotografía se puede ver en una amplia gama de condiciones de iluminación, mientras que los hologramas solo se pueden ver con formas de iluminación muy específicas.
• Cuando una fotografía se corta por la mitad, cada pieza muestra la mitad de la escena. Cuando un holograma se corta por la mitad, toda la escena todavía se puede ver en cada pieza. Esto se debe a que, mientras que cada punto de una fotografía solo representa la luz dispersada desde un único punto de la escena, cada punto de una grabación holográfica incluye información sobre la luz dispersada desde cada punto de la escena. Se puede pensar en ver una calle fuera de una casa a través de una ventana de 120 cm × 120 cm (4 pies × 4 pies) y luego a través de una ventana de 60 cm × 120 cm (2 pies × 4 pies). Se pueden ver todas las mismas cosas a través de la ventana más pequeña (moviendo la cabeza para cambiar el ángulo de visión), pero el espectador puede ver más a la vez a través de la ventana de 120 cm (4 pies).
• Una fotografía es una representación bidimensional que solo puede reproducir un efecto tridimensional rudimentario, mientras que el rango de visión reproducido de un holograma agrega muchas más señales de percepción de profundidad que estaban presentes en la escena original. Estas señales son reconocidas por el cerebro humano y se traducen en la misma percepción de una imagen tridimensional que cuando se pudo haber visto la escena original.
• Una fotografía traza claramente el campo de luz de la escena original. La superficie del holograma desarrollado consiste en un patrón muy fino, aparentemente aleatorio, que parece no tener relación con la escena que grabó.

Física de la holografía

Para comprender mejor el proceso, es necesario comprender la interferencia y la difracción . La interferencia se produce cuando se superponen uno o más frentes de onda . La difracción ocurre cuando un frente de onda se encuentra con un objeto. El proceso de producir una reconstrucción holográfica se explica a continuación puramente en términos de interferencia y difracción. Está algo simplificado, pero es lo suficientemente preciso como para comprender cómo funciona el proceso holográfico.

Para aquellos que no estén familiarizados con estos conceptos, vale la pena leer esos artículos antes de seguir leyendo en este artículo.

Frentes de onda planos

Una rejilla de difracción es una estructura con un patrón repetitivo. Un ejemplo simple es una placa de metal con ranuras cortadas a intervalos regulares. Una onda de luz que incide sobre una rejilla se divide en varias ondas; la dirección de estas ondas difractadas está determinada por el espaciado de la rejilla y la longitud de onda de la luz.

Se puede hacer un holograma simple superponiendo dos ondas planas de la misma fuente de luz en un medio de grabación holográfica. Las dos ondas interfieren, dando un patrón de franjas en línea recta cuya intensidad varía sinusoidalmente a través del medio. El espaciado del patrón de franjas está determinado por el ángulo entre las dos ondas y por la longitud de onda de la luz.

El patrón de luz registrado es una rejilla de difracción. Cuando está iluminado por solo una de las ondas utilizadas para crearlo, se puede demostrar que una de las ondas difractadas emerge en el mismo ángulo en el que incidió originalmente la segunda onda, de modo que la segunda onda ha sido 'reconstruida '. Por tanto, el patrón de luz grabado es un registro holográfico como se definió anteriormente.

Fuentes puntuales

Placa de zona sinusoidal

Si el medio de grabación se ilumina con una fuente puntual y una onda plana normalmente incidente, el patrón resultante es una placa de zona sinusoidal , que actúa como una lente Fresnel negativa cuya distancia focal es igual a la separación de la fuente puntual y el plano de grabación.

Cuando un frente de onda plano ilumina una lente negativa, se expande en una onda que parece divergir del punto focal de la lente. Por tanto, cuando el patrón grabado se ilumina con la onda plana original, parte de la luz se difracta en un haz divergente equivalente a la onda esférica original; Se ha creado una grabación holográfica de la fuente puntual.

Cuando la onda plana incide en un ángulo no normal en el momento de la grabación, el patrón formado es más complejo, pero aún actúa como una lente negativa si está iluminado en el ángulo original.

Objetos complejos

Para registrar un holograma de un objeto complejo, primero se divide un rayo láser en dos rayos de luz. Un rayo ilumina el objeto, que luego dispersa la luz sobre el medio de grabación. Según la teoría de la difracción , cada punto del objeto actúa como una fuente puntual de luz, por lo que se puede considerar que el medio de grabación está iluminado por un conjunto de fuentes puntuales ubicadas a diferentes distancias del medio.

El segundo haz (de referencia) ilumina el medio de grabación directamente. Cada onda de fuente puntual interfiere con el haz de referencia, dando lugar a su propia placa de zona sinusoidal en el medio de grabación. El patrón resultante es la suma de todas estas 'placas de zona', que se combinan para producir un patrón aleatorio ( moteado ) como en la fotografía de arriba.

Cuando el holograma es iluminado por el rayo de referencia original, cada una de las placas de zona individuales reconstruye la onda del objeto que la produjo, y estos frentes de onda individuales se combinan para reconstruir la totalidad del rayo del objeto. El espectador percibe un frente de onda que es idéntico al frente de onda disperso desde el objeto sobre el medio de grabación, de modo que parece que el objeto sigue en su lugar incluso si se ha retirado.

Modelo matemático

Una onda de luz de frecuencia única se puede modelar mediante un número complejo , U , que representa el campo eléctrico o magnético de la onda de luz . La amplitud y la fase de la luz están representadas por el valor absoluto y el ángulo del número complejo. Las ondas de objeto y de referencia en cualquier punto en el sistema holográfico son dadas por U _O y U _R . El haz combinado está dado por U _O + U _R. La energía de los haces combinados es proporcional al cuadrado de magnitud de las ondas combinadas como

${\displaystyle \left|U_{\text{O}}+U_{\text{R}}\right|^{2}=U_{\text{O}}U_{\text{R}}^{*}+\left|U_{\text{R}}\right|^{2}+\left|U_{\text{O}}\right|^{2}+U_{\text{O}}^{*}U_{\text{R}}}$

Si una placa fotográfica se expone a los dos haces y luego se revela, su transmitancia, T , es proporcional a la energía luminosa que incide sobre la placa y está dada por

${\displaystyle T=kU_{\text{O}}U_{\text{R}}^{*}+k\left|U_{\text{R}}\right|^{2}+k\left|U_{\text{O}}\right|^{2}+kU_{\text{O}}^{*}U_{\text{R}}}$,

donde k es una constante.

Cuando la placa revelada es iluminada por el haz de referencia, la luz transmitida a través de la placa, U _H , es igual a la transmitancia, T , multiplicada por la amplitud del haz de referencia, U _R , dando

${\displaystyle U_{H}=TU_{\text{R}}=kU_{\text{O}}\left|U_{\text{R}}\right|^{2}+k\left|U_{\text{R}}\right|^{2}U_{\text{R}}+k\left|U_{\text{O}}\right|^{2}U_{\text{R}}+kU_{\text{O}}^{*}U_{\text{R}}^{2}}$

Se puede ver que U _H tiene cuatro términos, cada uno de los cuales representa un rayo de luz que emerge del holograma. El primero de estos es proporcional a U _O . Este es el rayo de objeto reconstruido, que permite al espectador "ver" el objeto original incluso cuando ya no está presente en el campo de visión.

El segundo y tercer haz son versiones modificadas del haz de referencia. El cuarto término es el "haz de objeto conjugado". Tiene la curvatura inversa al haz del objeto en sí y forma una imagen real del objeto en el espacio más allá de la placa holográfica.

Cuando los haces de referencia y de objeto inciden sobre el medio de grabación holográfica en ángulos significativamente diferentes, los frentes de onda virtual, real y de referencia emergen en diferentes ángulos, lo que permite que el objeto reconstruido se vea claramente.

Grabando un holograma

Elementos necesarios

Una mesa óptica que se utiliza para hacer un holograma.

Para hacer un holograma, se requiere lo siguiente:

• un objeto adecuado o un conjunto de objetos
• parte del rayo láser debe dirigirse para que ilumine el objeto (el rayo del objeto) y otra parte para que ilumine directamente el medio de grabación (el rayo de referencia), permitiendo que el rayo de referencia y la luz que se dispersa del objeto sobre el medio de grabación para formar un patrón de interferencia
• un medio de grabación que convierte este patrón de interferencia en un elemento óptico que modifica la amplitud o la fase de un haz de luz incidente según la intensidad del patrón de interferencia.
• un rayo láser que produce luz coherente con una longitud de onda .
• un entorno que proporcione suficiente estabilidad mecánica y térmica para que el patrón de interferencia sea estable durante el tiempo en el que se registra el patrón de interferencia ^{[12] : Sección 7,1}

Estos requisitos están interrelacionados y es esencial comprender la naturaleza de la interferencia óptica para ver esto. La interferencia es la variación en la intensidad que puede ocurrir cuando dos ondas de luzse superponen. La intensidad de los máximos excede la suma de las intensidades individuales de los dos haces, y la intensidad de los mínimos es menor que esto y puede ser cero. El patrón de interferencia mapea la fase relativa entre las dos ondas, y cualquier cambio en las fases relativas hace que el patrón de interferencia se mueva a través del campo de visión. Si la fase relativa de las dos ondas cambia en un ciclo, entonces el patrón se desplaza en una franja completa. Un ciclo de fase corresponde a un cambio en las distancias relativas recorridas por los dos haces de una longitud de onda. Dado que la longitud de onda de la luz es del orden de 0,5 μm, se puede ver que cambios muy pequeños en las trayectorias ópticas recorridas por cualquiera de los haces en el sistema de registro holográfico conducen al movimiento del patrón de interferencia que es el registro holográfico.Tales cambios pueden ser causados ​​por movimientos relativos de cualquiera de los componentes ópticos o del propio objeto, y también por cambios locales en la temperatura del aire. Es esencial que dichos cambios sean significativamente menores que la longitud de onda de la luz si se quiere crear un registro claro y bien definido de la interferencia.

El tiempo de exposición necesario para grabar el holograma depende de la potencia del láser disponible, del medio particular utilizado y del tamaño y la naturaleza de los objetos que se van a grabar, al igual que en la fotografía convencional. Esto determina los requisitos de estabilidad. Los tiempos de exposición de varios minutos son típicos cuando se utilizan láseres de gas y emulsiones de haluro de plata bastante potentes. Todos los elementos del sistema óptico deben ser estables a fracciones de μm durante ese período. Es posible hacer hologramas de objetos mucho menos estables utilizando un láser pulsado que produce una gran cantidad de energía en muy poco tiempo (μs o menos). ^[25] Estos sistemas se han utilizado para producir hologramas de personas vivas. En 1971 se realizó un retrato holográfico de Dennis Gabor utilizando un láser de rubí pulsado.^{[12] : Figura 4.5 [26]}

Por tanto, la potencia del láser, la sensibilidad del medio de grabación, el tiempo de grabación y los requisitos de estabilidad mecánica y térmica están todos interrelacionados. Generalmente, cuanto más pequeño es el objeto, más compacto es el diseño óptico, por lo que los requisitos de estabilidad son significativamente menores que cuando se hacen hologramas de objetos grandes.

Otro parámetro láser muy importante es su coherencia . ^{[12] : Sección 4.2} Esto puede contemplarse considerando un láser que produce una onda sinusoidal cuya frecuencia se desplaza con el tiempo; la longitud de coherencia puede considerarse entonces como la distancia sobre la que mantiene una sola frecuencia. Esto es importante porque dos ondas de diferentes frecuencias no producen un patrón de interferencia estable. La longitud de coherencia del láser determina la profundidad de campo que se puede registrar en la escena. Un buen láser de holografía normalmente tendrá una longitud de coherencia de varios metros, suficiente para un holograma profundo.

Los objetos que forman la escena deben, en general, tener superficies ópticamente rugosas para que dispersen la luz en una amplia gama de ángulos. Una superficie reflectante (o brillante) especular refleja la luz en una sola dirección en cada punto de su superficie, por lo que, en general, la mayor parte de la luz no incidirá en el medio de grabación. Se puede hacer un holograma de un objeto brillante ubicándolo muy cerca de la placa de grabación. ^{[12] : Figura 7.2}

Clasificaciones de hologramas

Hay tres propiedades importantes de un holograma que se definen en esta sección. Un holograma dado tendrá una u otra de cada una de estas tres propiedades, por ejemplo, un holograma de transmisión delgado y de amplitud modulada, o un holograma de reflexión de volumen y modulación de fase.

Hologramas de modulación de amplitud y fase

Un holograma de modulación de amplitud es aquel en el que la amplitud de la luz difractada por el holograma es proporcional a la intensidad de la luz registrada. Un ejemplo sencillo de esto es la emulsión fotográfica sobre un sustrato transparente. La emulsión se expone al patrón de interferencia, y posteriormente se desarrolla dando una transmitancia que varía con la intensidad del patrón: cuanta más luz cae sobre la placa en un punto dado, más oscura es la placa revelada en ese punto.

Un holograma de fase se hace cambiando el grosor o el índice de refracción del material en proporción a la intensidad del patrón de interferencia holográfica. Esta es una rejilla de fase y se puede demostrar que cuando dicha placa es iluminada por el haz de referencia original, reconstruye el frente de onda del objeto original. La eficiencia (es decir, la fracción del haz del objeto iluminado que se convierte en el haz del objeto reconstruido) es mayor para la fase que para los hologramas modulados en amplitud.

Hologramas delgados y hologramas gruesos (volumen)

Un holograma delgado es aquel en el que el grosor del medio de grabación es mucho menor que el espaciado de las franjas de interferencia que componen la grabación holográfica. El espesor de un holograma delgado puede reducirse a 60 nm utilizando una película delgada de material aislante topológico Sb ₂ Te ₃ . ^{[27] Los} hologramas ultradelgados tienen el potencial de integrarse con la electrónica de consumo cotidiana, como los teléfonos inteligentes.

Un holograma grueso o volumétrico es aquel en el que el grosor del medio de grabación es mayor que el espaciado del patrón de interferencia. El holograma grabado es ahora una estructura tridimensional, y se puede demostrar que la luz incidente es difractada por la rejilla solo en un ángulo particular, conocido como ángulo de Bragg . ^{[28] : Sección 12.5.}Si el holograma está iluminado con una fuente de luz que incide en el ángulo del haz de referencia original pero con un amplio espectro de longitudes de onda; la reconstrucción se produce solo en la longitud de onda del láser original utilizado. Si se cambia el ángulo de iluminación, la reconstrucción ocurrirá en una longitud de onda diferente y el color de la escena reconstruida cambiará. Un holograma de volumen actúa eficazmente como filtro de color.

Hologramas de transmisión y reflexión

Un holograma de transmisión es aquel en el que el objeto y los haces de referencia inciden sobre el medio de grabación desde el mismo lado. En la práctica, se pueden usar varios espejos más para dirigir los rayos en las direcciones requeridas.

Normalmente, los hologramas de transmisión solo se pueden reconstruir utilizando un láser o una fuente cuasi monocromática, pero un tipo particular de holograma de transmisión, conocido como holograma de arco iris, se puede ver con luz blanca.

En un holograma de reflexión, el objeto y los rayos de referencia inciden sobre la placa desde lados opuestos de la placa. A continuación, el objeto reconstruido se ve desde el mismo lado de la placa en el que incide la viga de reconstrucción.

Solo se pueden usar hologramas de volumen para hacer hologramas de reflexión, ya que solo un haz difractado de muy baja intensidad sería reflejado por un holograma delgado.

Ejemplos de hologramas de reflexión a todo color de muestras minerales:

• Holograma de Elbaita sobre Cuarzo

• Holograma de tanzanita en matriz

• Holograma de turmalina sobre cuarzo

• Holograma de Amatista sobre Cuarzo

Medios de grabación holográficos

El medio de grabación tiene que convertir el patrón de interferencia original en un elemento óptico que modifica la amplitud o la fase de un haz de luz incidente en proporción a la intensidad del campo de luz original.

El medio de grabación debe poder resolver completamente todas las franjas que surgen de la interferencia entre el objeto y el haz de referencia. Estos espaciamientos de franjas pueden variar desde decenas de micrómetros hasta menos de un micrómetro, es decir, frecuencias espaciales que varían de unos pocos cientos a varios miles de ciclos / mm, e idealmente, el medio de grabación debería tener una respuesta plana en este rango. La película fotográfica tiene una respuesta muy baja o incluso nula en las frecuencias involucradas y no se puede usar para hacer un holograma; por ejemplo, la resolución de la película profesional en blanco y negro de Kodak ^[29] comienza a caer a 20 líneas / mm; es poco probable que cualquier haz reconstruido podría obtenerse utilizando esta película.

Si la respuesta no es plana en el rango de frecuencias espaciales en el patrón de interferencia, entonces la resolución de la imagen reconstruida también puede degradarse. ^{[12] : Sección 6.4 [30]}

La siguiente tabla muestra los principales materiales utilizados para la grabación holográfica. Tenga en cuenta que estos no incluyen los materiales utilizados en la replicación masiva de un holograma existente, que se analizan en la siguiente sección. El límite de resolución dado en la tabla indica el número máximo de líneas de interferencia / mm de las rejillas. La exposición requerida, expresada como mili joules (MJ) de energía de los fotones que impactan la superficie, es por un largo tiempo de exposición. Tiempos de exposición cortos (menos de ¹ / _1.000 de un segundo, tal como con un láser de impulsos) requieren energías de exposición mucho más altos, debido a fallo de reciprocidad .

Propiedades generales de los materiales de registro para holografía ^{[12] : Tabla 6.1}

Material	Reutilizable	Procesando	Tipo	Teórico máx. eficiencia	Exposición requerida (mJ / cm 2 )	Límite de resolución (mm −1 )
Emulsiones fotográficas	No	Mojado	Amplitud	6%	1,5	5000
			Fase (blanqueado)	60%
Gelatina dicromatada	No	Mojado	Fase	100%	100	10,000
Fotorresistentes	No	Mojado	Fase	30%	100	3000
Fototermoplásticos	sí	Cargar y calentar	Fase	33%	0,1	500-1,200
Fotopolímeros	No	Después de la exposición	Fase	100%	10000	5,000
Fotorrefractivos	sí	Ninguno	Fase	100%	10	10,000

Copiado y producción en masa

Un holograma existente se puede copiar mediante estampado ^[31] u ópticamente. ^{[12] : Sección 11.4.1}

La mayoría de las grabaciones holográficas (por ejemplo, haluro de plata blanqueada, fotorresistente y fotopolímeros) tienen patrones de relieve en la superficie que se ajustan a la intensidad de iluminación original. El estampado, que es similar al método utilizado para estampar discos de plástico de un maestro en la grabación de audio, implica copiar este patrón de relieve de la superficie imprimiéndolo en otro material.

El primer paso en el proceso de estampado es realizar un estampador mediante electrodeposición de níquel sobre la imagen en relieve grabada en el fotorresistente o fototermoplástico. Cuando la capa de níquel es lo suficientemente gruesa, se separa del holograma maestro y se monta en una placa de respaldo de metal. El material utilizado para realizar copias en relieve consiste en una película base de poliéster , una capa de separación de resina y una película termoplástica que constituye la capa holográfica.

El proceso de estampado se puede realizar con una simple prensa calentada. La capa inferior de la película de duplicación (la capa termoplástica) se calienta por encima de su punto de ablandamiento y se presiona contra el estampador, para que tome su forma. Esta forma se conserva cuando la película se enfría y se retira de la prensa. Para permitir la visualización de hologramas en relieve en reflexión, generalmente se agrega una capa reflectante adicional de aluminio en la capa de grabación de hologramas. Este método es especialmente adecuado para la producción en masa.

El primer libro en presentar un holograma en la portada fue The Skook (Warner Books, 1984) de JP Miller , con una ilustración de Miller. La primera portada de un álbum que tuvo un holograma fue "UB44", producido en 1982 para el grupo británico UB40 por Advanced Holographics en Loughborough. Este presentaba un holograma cuadrado en relieve de 5,75 "que mostraba una imagen en 3D de las letras UB talladas en poliestireno para que parecieran piedra y los números 44 flotando en el espacio en el plano de la imagen. En la funda interior había una explicación del proceso holográfico e instrucciones en cómo encender el holograma. National Geographic publicó la primera revista con una portada de holograma en marzo de 1984. ^[32]Los hologramas en relieve se utilizan ampliamente en tarjetas de crédito, billetes de banco y productos de alto valor con fines de autenticación. ^[33]

Es posible imprimir hologramas directamente en acero usando una lámina de carga explosiva para crear el relieve de superficie requerido. ^[34] La Royal Canadian Mint produce monedas holográficas de oro y plata a través de un complejo proceso de estampado. ^[35]

Un holograma se puede copiar ópticamente iluminándolo con un rayo láser y colocando una segunda placa de holograma de modo que esté iluminado tanto por el rayo del objeto reconstruido como por el rayo de iluminación. Los requisitos de estabilidad y coherencia se reducen significativamente si las dos placas se colocan muy juntas. ^[36] A menudo se usa un fluido de coincidencia de índices entre las placas para minimizar la interferencia espuria entre las placas. Se puede obtener una iluminación uniforme escaneando punto por punto o con un rayo en forma de línea delgada.

Reconstrucción y visualización de la imagen holográfica

Autorretrato holográfico, exhibido en el Museo Politécnico Nacional, Sofía

Cuando la placa del holograma se ilumina con un rayo láser idéntico al rayo de referencia que se utilizó para registrar el holograma, se obtiene una reconstrucción exacta del frente de onda del objeto original. Un sistema de imágenes (un ojo o una cámara) ubicado en el haz reconstruido "ve" exactamente la misma escena que habría visto al ver el original. Cuando se mueve la lente, la imagen cambia de la misma manera que lo habría hecho cuando el objeto estaba en su lugar. Si varios objetos estaban presentes cuando se registró el holograma, los objetos reconstruidos se mueven entre sí, es decir, exhiben paralaje., de la misma manera que lo habrían hecho los objetos originales. Era muy común en los primeros días de la holografía usar un tablero de ajedrez como objeto y luego tomar fotografías en varios ángulos diferentes usando la luz reconstruida para mostrar cómo las posiciones relativas de las piezas de ajedrez parecían cambiar.

También se puede obtener una imagen holográfica usando una configuración de rayo láser diferente al rayo del objeto de grabación original, pero la imagen reconstruida no coincidirá exactamente con el original. ^{[12] : Sección 2.3} Cuando se usa un láser para reconstruir el holograma, la imagen se ve moteada tal como lo habrá sido la imagen original. Esto puede ser un gran inconveniente al ver un holograma.

La luz blanca se compone de luz de una amplia gama de longitudes de onda. Normalmente, si un holograma se ilumina con una fuente de luz blanca, se puede considerar que cada longitud de onda genera su propia reconstrucción holográfica, y estas variarán en tamaño, ángulo y distancia. Estos se superpondrán y la imagen sumada borrará cualquier información sobre la escena original, como si se superpusiera un conjunto de fotografías del mismo objeto de diferentes tamaños y orientaciones. Sin embargo, se puede obtener una imagen holográfica con luz blanca.en circunstancias específicas, por ejemplo, con hologramas de volumen y hologramas de arco iris. La fuente de luz blanca utilizada para ver estos hologramas siempre debe aproximarse a una fuente puntual, es decir, un punto de luz o el sol. Una fuente extendida (por ejemplo, una lámpara fluorescente) no reconstruirá un holograma ya que su luz incide en cada punto en una amplia gama de ángulos, dando múltiples reconstrucciones que se "borrarán" entre sí.

Las reconstrucciones con luz blanca no contienen motas.

Hologramas de volumen

Artículo principal: holograma de volumen

Un holograma de volumen de tipo reflexión puede dar una imagen reconstruida aceptablemente clara utilizando una fuente de luz blanca, ya que la propia estructura del holograma filtra eficazmente la luz de longitudes de onda fuera de un rango relativamente estrecho. En teoría, el resultado debería ser una imagen de aproximadamente el mismo color que la luz láser utilizada para hacer el holograma. En la práctica, con medios de grabación que requieren procesamiento químico, típicamente hay una compactación de la estructura debido al procesamiento y un cambio de color consecuente a una longitud de onda más corta. Un holograma de este tipo grabado en una emulsión de gelatina de haluro de plata mediante luz láser roja normalmente mostrará una imagen verde. Los artistas han utilizado la alteración temporal deliberada del espesor de la emulsión antes de la exposición, o la alteración permanente después del procesamiento, para producir colores inusuales y efectos multicolores.

Hologramas de arco iris

Artículo principal: holograma arcoíris

Holograma de arco iris que muestra el cambio de color en la dirección vertical

En este método, se sacrifica el paralaje en el plano vertical para permitir que se obtenga una imagen reconstruida brillante, bien definida y con colores degradados utilizando luz blanca. El proceso de grabación de la holografía del arco iris generalmente comienza con un holograma de transmisión estándar y lo copia usando una hendidura horizontal para eliminar el paralaje vertical en la imagen de salida. Por lo tanto, el espectador está viendo efectivamente la imagen holográfica a través de una rendija horizontal estrecha, pero la rendija se ha expandido en una ventana por la misma dispersión que de otro modo mancharía toda la imagen. La información de paralaje horizontal se conserva, pero el movimiento en la dirección vertical da como resultado un cambio de color en lugar de una perspectiva vertical alterada. ^{[12] : Sección 7.4}Debido a que los efectos de perspectiva se reproducen a lo largo de un solo eje, el sujeto aparecerá de forma diversa estirado o aplastado cuando el holograma no se vea a una distancia óptima; esta distorsión puede pasar desapercibida cuando no hay mucha profundidad, pero puede ser severa cuando la distancia del sujeto al plano del holograma es muy importante. Se conservan la estereopsis y el paralaje de movimiento horizontal, dos señales relativamente poderosas de profundidad.

Los hologramas que se encuentran en las tarjetas de crédito son ejemplos de hologramas de arco iris. Técnicamente, estos son hologramas de transmisión montados sobre una superficie reflectante como un sustrato de tereftalato de polietileno metalizado comúnmente conocido como PET .

Fidelidad de la viga reconstruida

Reconstrucciones de dos partes de un holograma roto. Tenga en cuenta los diferentes puntos de vista necesarios para ver el objeto completo

Para reproducir exactamente el rayo del objeto original, el rayo de referencia en reconstrucción debe ser idéntico al rayo de referencia original y el medio de grabación debe poder resolver completamente el patrón de interferencia formado entre el objeto y los rayos de referencia. ^[37] Se requiere una reconstrucción exacta en interferometría holográfica , donde el frente de onda reconstruido holográficamente interfiere con el frente de onda proveniente del objeto real, dando una franja nula si no ha habido movimiento del objeto y mapeando el desplazamiento si el objeto se ha movido. Esto requiere una reubicación muy precisa de la placa holográfica desarrollada.

Cualquier cambio en la forma, orientación o longitud de onda del haz de referencia da lugar a aberraciones en la imagen reconstruida. Por ejemplo, la imagen reconstruida se amplía si el láser utilizado para reconstruir el holograma tiene una longitud de onda más larga que el láser original. No obstante, se obtiene una buena reconstrucción utilizando un láser de diferente longitud de onda, luz cuasi monocromática o luz blanca, en las circunstancias adecuadas.

Dado que cada punto del objeto ilumina todo el holograma, todo el objeto se puede reconstruir a partir de una pequeña parte del holograma. Por lo tanto, un holograma se puede dividir en pequeños pedazos y cada uno de ellos permitirá la imagen de la totalidad del objeto original. Sin embargo, se pierde información y la resolución espacial empeora a medida que disminuye el tamaño del holograma: la imagen se vuelve "más borrosa". El campo de visión también se reduce y el espectador tendrá que cambiar de posición para ver diferentes partes de la escena.

Aplicaciones

Arte

Al principio, los artistas vieron el potencial de la holografía como un medio y obtuvieron acceso a los laboratorios de ciencias para crear su trabajo. El arte holográfico es a menudo el resultado de colaboraciones entre científicos y artistas, aunque algunos hológrafos se considerarían tanto artistas como científicos.

Salvador Dalí afirmó haber sido el primero en emplear la holografía artísticamente. Sin duda fue el primer y más conocido surrealista en hacerlo, pero la exhibición de hologramas de Dalí de 1972 en Nueva York había sido precedida por la exhibición de arte holográfico que se llevó a cabo en la Academia de Arte Cranbrook en Michigan en 1968 y por la de la Galería Finch College en Nueva York en 1970, que atrajo la atención de los medios nacionales. ^[38] En Gran Bretaña, Margaret Benyon comenzó a utilizar la holografía como medio artístico a finales de la década de 1960 y tuvo una exposición individual en la galería de arte de la Universidad de Nottingham en 1969. ^{[39] A} esto le siguió en 1970 una exposición individual en el Lisson. Galeríaen Londres, que fue anunciada como la "primera exposición londinense de hologramas y pinturas estereoscópicas". ^[40]

Durante la década de 1970, se establecieron varios estudios y escuelas de arte, cada uno con su enfoque particular de la holografía. En particular, estaba la Escuela de Holografía de San Francisco establecida por Lloyd Cross , el Museo de Holografía de Nueva York fundado por Rosemary (Posy) H. Jackson, el Royal College of Art de Londres y los Simposios de Lake Forest College organizados por Tung Jeong . ^[41] Ninguno de estos estudios todavía existe; sin embargo, existe el Centro de Artes Holográficas en Nueva York ^[42] y el HOLOcenter en Seúl, que ofrece a los artistas un lugar para crear y exhibir obras.

Durante la década de 1980, muchos artistas que trabajaron con holografía ayudaron a la difusión de este llamado "nuevo medio" en el mundo del arte, como Harriet Casdin-Silver de los Estados Unidos, Dieter Jung de Alemania y Moysés Baumstein de Brasil , cada uno uno que busca un "lenguaje" adecuado para usar con la obra tridimensional, evitando la simple reproducción holográfica de una escultura u objeto. Por ejemplo, en Brasil, muchos poetas concretos (Augusto de Campos, Décio Pignatari, Julio Plaza y José Wagner García, asociado a Moysés Baumstein ) encontraron en la holografía una forma de expresarse y renovar la Poesía Concreta .

Un grupo pequeño pero activo de artistas todavía integra elementos holográficos en su trabajo. ^[43] Algunos están asociados con nuevas técnicas holográficas; por ejemplo, el artista Matt Brand ^[44] empleó un diseño de espejo computacional para eliminar la distorsión de la imagen de la holografía especular .

El Museo MIT ^[45] y Jonathan Ross ^[46] tienen extensas colecciones de holografía y catálogos en línea de hologramas de arte.

Almacenamiento de datos

Artículo principal: memoria holográfica

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La holografía se puede utilizar para una variedad de usos además de la grabación de imágenes. El almacenamiento de datos holográficos es una técnica que puede almacenar información a alta densidad dentro de cristales o fotopolímeros. La capacidad de almacenar grandes cantidades de información en algún tipo de medio es de gran importancia, ya que muchos productos electrónicos incorporan dispositivos de almacenamiento. A medida que las técnicas de almacenamiento actuales, como los discos Blu-ray, alcanzan el límite de la posible densidad de datos (debido al tamaño limitado por difracción de los haces de escritura), el almacenamiento holográfico tiene el potencial de convertirse en la próxima generación de medios de almacenamiento populares. La ventaja de este tipo de almacenamiento de datos es que se utiliza el volumen del medio de grabación en lugar de solo la superficie. SLM actualmente disponiblespuede producir alrededor de 1000 imágenes diferentes por segundo con una resolución de 1024 × 1024 bits. Con el tipo correcto de medio (probablemente polímeros en lugar de algo como LiNbO 3 ), esto daría como resultado una velocidad de escritura de aproximadamente un gigabit por segundo . ^{[ cita requerida ] Las} velocidades de lectura pueden superar esto, y los expertos ^{[ ¿quién? ]} creen que es posible una lectura de un terabit por segundo .

En 2005, empresas como Optware y Maxell produjeron un disco de 120 mm que utiliza una capa holográfica para almacenar datos en un potencial de 3,9 TB , un formato llamado Disco versátil holográfico . A septiembre de 2014, no se ha lanzado ningún producto comercial.

Otra empresa, InPhase Technologies , estaba desarrollando un formato competitivo, pero quebró en 2011 y todos sus activos se vendieron a Akonia Holographics, LLC.

Si bien muchos modelos de almacenamiento de datos holográficos han utilizado almacenamiento "basado en páginas", donde cada holograma registrado contiene una gran cantidad de datos, investigaciones más recientes sobre el uso de "microhologramas" de tamaño submicrométrico han dado como resultado varias soluciones potenciales de almacenamiento de datos ópticos en 3D . Si bien este enfoque para el almacenamiento de datos no puede alcanzar las altas velocidades de datos del almacenamiento basado en páginas, las tolerancias, los obstáculos tecnológicos y el costo de producir un producto comercial son significativamente menores.

Holografía dinámica

En la holografía estática, la grabación, el revelado y la reconstrucción ocurren secuencialmente y se produce un holograma permanente.

También existen materiales holográficos que no necesitan el proceso de revelado y pueden grabar un holograma en muy poco tiempo. Esto permite utilizar la holografía para realizar algunas operaciones sencillas de forma totalmente óptica. Ejemplos de aplicaciones de tales hologramas en tiempo real incluyen espejos de fase conjugada ("inversión de tiempo" de la luz), memorias de caché ópticas, procesamiento de imágenes (reconocimiento de patrones de imágenes que varían en el tiempo) y computación óptica .

La cantidad de información procesada puede ser muy alta (terabits / s), ya que la operación se realiza en paralelo sobre una imagen completa. Esto compensa el hecho de que el tiempo de grabación, que es del orden de un microsegundo , sigue siendo muy largo en comparación con el tiempo de procesamiento de una computadora electrónica. El procesamiento óptico realizado por un holograma dinámico también es mucho menos flexible que el procesamiento electrónico. Por un lado, hay que realizar la operación siempre sobre la imagen completa, y por otro lado, la operación que puede realizar un holograma es básicamente una multiplicación o una conjugación de fase. En óptica, suma y transformada de Fourierya se realizan fácilmente en materiales lineales, estos últimos simplemente con una lente. Esto habilita algunas aplicaciones, como un dispositivo que compara imágenes de forma óptica. ^[47]

La búsqueda de nuevos materiales ópticos no lineales para la holografía dinámica es un área activa de investigación. Los materiales más comunes son los cristales fotorrefractivos , pero en semiconductores o heteroestructuras de semiconductores (como pozos cuánticos ), vapores y gases atómicos, plasmas e incluso líquidos, era posible generar hologramas.

Una aplicación particularmente prometedora es la conjugación de fase óptica . Permite la eliminación de las distorsiones del frente de onda que recibe un haz de luz al pasar por un medio aberrante, enviándolo de regreso a través del mismo medio aberrante con una fase conjugada. Esto es útil, por ejemplo, en comunicaciones ópticas en el espacio libre para compensar la turbulencia atmosférica (el fenómeno que da lugar al parpadeo de la luz de las estrellas).

Uso de aficionados

Peace Within Reach , un holograma Denisyuk DCG por el aficionado Dave Battin

Desde el comienzo de la holografía, los experimentadores aficionados han explorado sus usos.

En 1971, Lloyd Cross abrió la Escuela de Holografía de San Francisco y enseñó a los aficionados cómo hacer hologramas usando solo un pequeño láser de helio-neón (típicamente 5 mW) y un equipo de fabricación casera de bajo costo. Se suponía que la holografía requería una configuración de mesa óptica de metal muy costosa para bloquear todos los elementos involucrados en su lugar y amortiguar cualquier vibración que pudiera difuminar las franjas de interferencia y arruinar el holograma. La alternativa de elaboración casera de Cross era una caja de arena hecha de un bloque de cementomuro de contención sobre base de madera contrachapada, apoyado sobre pilas de llantas viejas para aislarlo de las vibraciones del suelo, y relleno de arena lavada para quitar el polvo. El láser estaba montado de forma segura sobre la pared de bloques de cemento. Los espejos y lentes simples necesarios para dirigir, dividir y expandir el rayo láser se colocaron en tramos cortos de tubería de PVC, que se clavaron en la arena en los lugares deseados. El sujeto y el soporte de la placa fotográfica se apoyaron de manera similar dentro de la caja de arena. El hológrafo apagó la luz de la habitación, bloqueó el rayo láser cerca de su fuente usando un pequeño reléobturador controlado, cargó una placa en el soporte en la oscuridad, salió de la habitación, esperó unos minutos para que todo se asentara, luego hizo la exposición operando remotamente el obturador láser.

Muchos de estos hológrafos continuarían produciendo hologramas artísticos. En 1983, Fred Unterseher, cofundador de la Escuela de Holografía de San Francisco y conocido artista holográfico, publicó el Manual de holografía , una guía fácil de leer para hacer hologramas en casa. Esto trajo una nueva ola de hológrafos y proporcionó métodos simples para usar los materiales de registro de haluro de plata AGFA disponibles en ese momento .

En 2000, Frank DeFreitas publicó el libro de holografía Shoebox e introdujo el uso de punteros láser económicos a innumerables aficionados . Durante muchos años, se había asumido que ciertas características de los diodos láser semiconductores los hacían virtualmente inútiles para crear hologramas, pero cuando finalmente se pusieron a prueba en un experimento práctico, se descubrió que esto no solo era falso, sino que algunos realmente proporcionó una longitud de coherenciamucho mayor que el de los láseres de gas de helio-neón tradicionales. Este fue un avance muy importante para los aficionados, ya que el precio de los diodos láser rojos había caído de cientos de dólares a principios de la década de 1980 a alrededor de $ 5 después de que ingresaron al mercado masivo como un componente de los reproductores de DVD a fines de la década de 1990. Ahora, hay miles de hológrafos aficionados en todo el mundo.

A finales de 2000, los kits de holografía con diodos de puntero láser de bajo costo entraron en el mercado de consumo general. Estos kits permitieron a los estudiantes, profesores y aficionados hacer varios tipos de hologramas sin equipo especializado, y se convirtieron en artículos de regalo populares en 2005. ^[48] La introducción de kits de holografía con placas de autodesarrollo en 2003 hizo posible que los aficionados crearan hologramas. sin la molestia del procesamiento químico húmedo. ^[49]

En 2006, una gran cantidad de láseres verdes con calidad de holografía excedente (Coherent C315) estuvo disponible y puso la holografía de gelatina dicromatada (DCG) al alcance del hológrafo aficionado. La comunidad holográfica se sorprendió de la increíble sensibilidad de DCG a la luz verde . Se suponía que esta sensibilidad sería inútilmente leve o inexistente. Jeff Blyth respondió con la formulación G307 de DCG para aumentar la velocidad y la sensibilidad a estos nuevos láseres. ^[50]

Kodak y Agfa, los antiguos proveedores importantes de láminas y películas de haluro de plata con calidad holográfica, ya no están en el mercado. Mientras que otros fabricantes han ayudado a llenar el vacío, muchos aficionados ahora están fabricando sus propios materiales. Las formulaciones favoritas son gelatina dicromatada, gelatina dicromática sensibilizada con azul de metileno y preparaciones de haluro de plata por método de difusión. Jeff Blyth ha publicado métodos muy precisos para hacerlos en un pequeño laboratorio o garaje. ^[51]

Un pequeño grupo de aficionados incluso está construyendo sus propios láseres pulsados ​​para hacer hologramas de sujetos vivos y otros objetos inestables o en movimiento. ^[52]

Interferometría holográfica

Artículo principal: interferometría holográfica

La interferometría holográfica (HI) es una técnica que permite medir los desplazamientos estáticos y dinámicos de objetos con superficies ópticamente rugosas con precisión interferométrica óptica (es decir, fracciones de una longitud de onda de luz). ^{[53] [54]} . También se puede utilizar para detectar variaciones en la longitud de la trayectoria óptica en medios transparentes, lo que permite, por ejemplo, visualizar y analizar el flujo de fluido. También se puede utilizar para generar contornos que representen la forma de la superficie o las regiones isodosis en dosimetría de radiación. ^[55]

Se ha utilizado ampliamente para medir esfuerzos, deformaciones y vibraciones en estructuras de ingeniería.

Microscopía interferométrica

Artículo principal: Microscopía interferométrica

El holograma guarda la información sobre la amplitud y fase del campo. Varios hologramas pueden mantener información sobre la misma distribución de luz, emitida en varias direcciones. El análisis numérico de tales hologramas permite emular una gran apertura numérica , lo que, a su vez, permite mejorar la resolución de la microscopía óptica . La técnica correspondiente se llama microscopía interferométrica . Los logros recientes de la microscopía interferométrica permiten acercarse al límite de resolución de un cuarto de longitud de onda. ^[56]

Sensores o biosensores

Artículo principal: sensor holográfico

El holograma está elaborado con un material modificado que interactúa con determinadas moléculas generando un cambio en la periodicidad de la franja o índice de refracción, por tanto, el color del reflejo holográfico. ^{[57] [58]}

Seguridad

Artículo principal: holograma de seguridad

Identigram como elemento de seguridad en una tarjeta de identidad alemana

Los hologramas de seguridad son muy difíciles de falsificar, porque se replican a partir de un holograma maestro que requiere equipos costosos, especializados y tecnológicamente avanzados. Se utilizan ampliamente en muchas monedas , como los billetes brasileños de 20, 50 y 100 reales; Billetes británicos de 5, 10 y 20 libras; Billetes de 5.000, 10.000 y 50.000 wones de Corea del Sur ; Billetes japoneses de 5000 y 10.000 yenes, billetes indios de 50, 100, 500 y 2000 rupias; y todos los billetes de dólar canadiense , kuna croata , corona danesa y euro que circulan actualmente. También se pueden encontrar en tarjetas de crédito y bancarias, así como en pasaportes , tarjetas de identificación, libros , DVD y equipos deportivos .

Otras aplicaciones

Los escáneres holográficos se utilizan en oficinas de correos, empresas de envío más grandes y sistemas de transporte automatizados para determinar el tamaño tridimensional de un paquete. A menudo se utilizan en conjunto con controladoras de peso para permitir el preempacado automático de volúmenes determinados, como un camión o una paleta para el envío de mercancías a granel. Los hologramas producidos en elastómeros pueden usarse como reporteros de tensión-deformación debido a su elasticidad y compresibilidad, la presión y fuerza aplicadas están correlacionadas con la longitud de onda reflejada, por lo tanto su color. ^{[59] La} técnica de holografía también se puede utilizar eficazmente para la dosimetría de radiación. ^{[60] [61]}

Industria de bienes de consumo de rápido movimiento (FMCG)

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Estas son las tiras adhesivas de holograma que brindan protección contra la falsificación y la duplicación de productos. Estas tiras protectoras se pueden utilizar en productos FMCG como tarjetas, medicamentos, alimentos, productos audiovisuales, etc. Las tiras de protección con hologramas se pueden laminar directamente sobre la cubierta del producto.

Productos eléctricos y electrónicos

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Las etiquetas de holograma tienen una excelente capacidad para inspeccionar un producto idéntico. Este tipo de etiquetas se utilizan con mayor frecuencia para proteger la duplicación de productos eléctricos y electrónicos. Estas etiquetas están disponibles en una variedad de colores, tamaños y formas.

Expedientes de hologramas para la matrícula del vehículo

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Algunas placas de matrícula de vehículos en bicicletas o automóviles tienen adhesivos de hologramas registrados que indican autenticidad. A efectos de identificación, tienen números de identificación únicos.

Hologramas de alta seguridad para tarjetas de crédito

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Hologramas en tarjetas de crédito.

Estos son hologramas con características de alta seguridad como micro textos, nano textos, imágenes complejas, logotipos y una multitud de otras características. Los hologramas, una vez colocados en tarjetas de débito / pasaportes, no se pueden quitar fácilmente. Ofrecen una identidad individual a una marca junto con su protección.

No óptico

En principio, es posible realizar un holograma para cualquier onda .

La holografía electrónica es la aplicación de técnicas de holografía a ondas de electrones en lugar de ondas de luz. La holografía electrónica fue inventada por Dennis Gabor para mejorar la resolución y evitar las aberraciones del microscopio electrónico de transmisión . Hoy en día se usa comúnmente para estudiar campos eléctricos y magnéticos en películas delgadas, ya que los campos magnéticos y eléctricos pueden cambiar la fase de la onda de interferencia que pasa a través de la muestra. ^[62] El principio de la holografía electrónica también se puede aplicar a la litografía de interferencia . ^[63]

La holografía acústica es un método utilizado para estimar el campo de sonido cerca de una fuente midiendo los parámetros acústicos lejos de la fuente a través de una serie de transductores de presión y / o velocidad de partículas. Las técnicas de medición incluidas en la holografía acústica se están volviendo cada vez más populares en varios campos, sobre todo en los del transporte, el diseño de vehículos y aviones, y NVH. La idea general de la holografía acústica ha llevado a diferentes versiones, como la holografía acústica de campo cercano (NAH) y la holografía acústica de campo cercano estadísticamente óptima (SONAH). Para la reproducción de audio, la síntesis del campo de ondas es el procedimiento más relacionado.

La holografía atómica ha evolucionado a partir del desarrollo de los elementos básicos de la óptica atómica . Con la lente de difracción de Fresnel y los espejos atómicos, la holografía atómica sigue un paso natural en el desarrollo de la física (y aplicaciones) de los haces atómicos. Los desarrollos recientes, incluidos los espejos atómicos y especialmente los espejos estriados, han proporcionado las herramientas necesarias para la creación de hologramas atómicos, ^[64] aunque tales hologramas aún no se han comercializado.

La holografía por haz de neutrones se ha utilizado para ver el interior de objetos sólidos. ^{[sesenta y cinco]}

Hologramas falsos

Los efectos producidos por la impresión lenticular , la ilusión fantasma de Pepper (o variantes modernas como el delineador de ojos Musion ), la tomografía y las pantallas volumétricas a menudo se confunden con hologramas. ^{[66] [67]} Tales ilusiones se han llamado "fauxlografía". ^{[68] [69]}

El fantasma de Pepper con un video en 2D. La imagen de video que se muestra en el piso se refleja en una hoja de vidrio en ángulo.

La técnica del fantasma de Pepper, que es el más fácil de implementar de estos métodos, es más frecuente en las pantallas 3D que afirman ser (o se las conoce como) "holográficas". Si bien la ilusión original, utilizada en el teatro, involucraba personas y objetos físicos reales, ubicados fuera del escenario, las variantes modernas reemplazan el objeto fuente con una pantalla digital, que muestra imágenes generadas con gráficos por computadora en 3D para proporcionar las señales de profundidad necesarias . Sin embargo, el reflejo, que parece flotar en el aire, sigue siendo plano, por lo que es menos realista que si se reflejara un objeto 3D real.

Ejemplos de esta versión digital de la ilusión fantasma de Pepper incluyen las actuaciones de Gorillaz en los MTV Europe Music Awards 2005 y los 48th Grammy Awards ; y la actuación virtual de Tupac Shakur en el Festival de Música y Artes de Coachella Valley en 2012, rapeando junto a Snoop Dogg durante su presentación con Dr. Dre . ^[70]

Se puede crear una ilusión aún más simple proyectando imágenes realistas hacia atrás en pantallas semitransparentes. La retroproyección es necesaria porque de lo contrario la semitransparencia de la pantalla permitiría que el fondo se iluminara con la proyección, lo que rompería la ilusión.

Crypton Future Media , una compañía de software musical que produjo Hatsune Miku , ^[71] una de las muchas aplicaciones de sintetizador de canto Vocaloid , ha producido conciertos en los que Miku, junto con otros Crypton Vocaloids, actúan en el escenario como personajes "holográficos". Estos conciertos utilizan la retroproyección en una pantalla DILAD semitransparente ^{[72] [73]} para lograr su efecto "holográfico". ^{[74] [75]}

En 2011, en Beijing, la empresa de indumentaria Burberry produjo el "Burberry Prorsum Otoño / Invierno 2011 Hologram Runway Show", que incluía proyecciones de modelos en 2D de tamaño real. El propio video de la compañía ^[76] muestra varias tomas centradas y descentradas de la pantalla principal de proyección bidimensional, esta última revelando la planitud de los modelos virtuales. La afirmación de que se utilizó holografía se informó como un hecho en los medios comerciales. ^[77]

En Madrid , el 10 de abril de 2015, se utilizó una presentación visual pública denominada "Hologramas por la Libertad", con una multitud virtual fantasmal de manifestantes, para protestar contra una nueva ley española que prohíbe a los ciudadanos manifestarse en lugares públicos. Aunque en los informes noticiosos se la llama ampliamente una "protesta del holograma", ^[78] no se trataba de una holografía real; era otra variante tecnológicamente actualizada de la ilusión del fantasma de Pepper .

En ficción

Artículo principal: Holografía en la ficción

La holografía ha sido ampliamente mencionada en películas, novelas y televisión, generalmente en ciencia ficción , a partir de finales de la década de 1970. ^[79] Los escritores de ciencia ficción absorbieron las leyendas urbanas que rodean la holografía que habían sido difundidas por científicos y empresarios demasiado entusiastas que intentaban comercializar la idea. ^[79] Esto tuvo el efecto de dar al público expectativas demasiado altas sobre la capacidad de la holografía, debido a las representaciones poco realistas de la misma en la mayoría de la ficción, donde son proyecciones de computadora completamente tridimensionales que a veces son táctiles mediante el uso de campos de fuerza. . ^[79] Ejemplos de este tipo de representación incluyen el holograma deLa princesa Leia en Star Wars , Arnold Rimmer de Red Dwarf , que luego se convirtió en "luz dura" para hacerlo sólido, y el Holodeck y el Holograma médico de emergencia de Star Trek . ^[79]

La holografía sirvió de inspiración para muchos videojuegos con elementos de ciencia ficción. En muchos títulos, la tecnología holográfica ficticia se ha utilizado para reflejar tergiversaciones de la vida real del uso militar potencial de hologramas, como los "tanques de espejismo" en Command & Conquer: Red Alert 2 que pueden disfrazarse de árboles. ^[80] Los personajes del jugador pueden usar señuelos holográficos en juegos como Halo: Reach y Crysis 2 para confundir y distraer al enemigo. ^{[80] La} agente fantasma de Starcraft Nova tiene acceso al "señuelo holográfico" como una de sus tres habilidades principales en Heroes of the Storm . ^[81]

Sin embargo, las representaciones ficticias de hologramas han inspirado avances tecnológicos en otros campos, como la realidad aumentada , que prometen cumplir con las representaciones ficticias de hologramas por otros medios. ^[82]

Ver también

• Formatos de archivo 3D
• Holografía generada por computadora
• Pantalla holográfica
• Realidad aumentada
• Holografía australiana
• Autostereoscopía
• Holografía digital
• Microscopía holográfica digital
• Holografía planar digital
• Pantalla de niebla
• Principio holográfico
• Teoría holonómica del cerebro
• Unidad de procesamiento Hogel
• Imagen integral
• Lista de tecnologías emergentes
• Holografía de fase coherente
• Plasmon: posibles aplicaciones (holografía a todo color)
• Tomografía
• Pantalla volumétrica
• Impresión volumétrica

Referencias

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Enlaces externos

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con la holografía .

• La conferencia del premio Nobel de Dennis Gabor
• Cómo funcionan las cosas: hologramas
• Animaciones que demuestran la holografía de QED