La holografía es una técnica que permite registrar un frente de onda y luego reconstruirlo. Es mejor conocido como método para generar imágenes tridimensionales y tiene una amplia gama de otros usos, incluido el almacenamiento de datos, la microscopía y la interferometría. En principio, es posible realizar un holograma para cualquier tipo de onda.
Un holograma es una grabación de un patrón de interferencia que puede reproducir un campo de luz tridimensional mediante difracción . En el uso general, un holograma es una grabación de cualquier tipo de frente de onda en forma de patrón de interferencia. Puede crearse capturando luz de una escena real, o puede ser generado por una computadora, en cuyo caso se le conoce como holograma generado por computadora , que puede mostrar objetos o escenas virtuales. La holografía óptica necesita una luz láser para registrar el campo luminoso. El campo de luz reproducido puede generar una imagen que tiene la profundidad y el paralaje de la escena original. [1] Un holograma suele ser ininteligible cuando se ve bajo una luz ambiental difusa . Cuando está adecuadamente iluminado, el patrón de interferencia difracta la luz en una reproducción precisa del campo de luz original, y los objetos que se encontraban en él exhiben señales visuales de profundidad como el paralaje y la perspectiva que cambian de manera realista con los diferentes ángulos de visión. Es decir, la vista de la imagen desde diferentes ángulos muestra el sujeto visto desde ángulos similares.
Tradicionalmente, un holograma se genera superponiendo un segundo frente de onda, conocido como haz de referencia, sobre un frente de onda de interés. Esto genera un patrón de interferencia, que luego se captura en un medio físico. Cuando el patrón de interferencia grabado se ilumina posteriormente con el segundo frente de onda, se difracta para recrear el frente de onda original. [2] La imagen 3D de un holograma a menudo se puede ver con luz no láser. Sin embargo, en la práctica común, se hacen concesiones importantes en la calidad de la imagen para eliminar la necesidad de iluminación láser para ver el holograma.
Un holograma generado por computadora se crea modelando digitalmente y combinando dos frentes de onda para generar una imagen de patrón de interferencia. Luego, esta imagen puede imprimirse en una máscara o película e iluminarse con una fuente de luz adecuada para reconstruir el frente de onda deseado. [2] Alternativamente, la imagen del patrón de interferencia se puede mostrar directamente en una pantalla holográfica dinámica. [3]
Los retratos holográficos a menudo recurren a un procedimiento de obtención de imágenes intermedias no holográficas, para evitar los peligrosos láseres pulsados de alta potencia que serían necesarios para "congelar" ópticamente a los sujetos en movimiento tan perfectamente como lo requiere el proceso de grabación holográfica, extremadamente intolerante al movimiento. La holografía temprana requería láseres costosos y de alta potencia. Actualmente, para hacer hologramas se pueden utilizar diodos láser de bajo coste producidos en masa , como los que se encuentran en las grabadoras de DVD y se utilizan en otras aplicaciones comunes. Han hecho que la holografía sea mucho más accesible para investigadores, artistas y aficionados dedicados de bajo presupuesto.
La mayoría de los hologramas producidos son de objetos estáticos, pero ahora se están desarrollando sistemas para mostrar escenas cambiantes en pantallas holográficas dinámicas. [4] [5]
La palabra holografía proviene de las palabras griegas ὅλος ( holos ; "todo") y γραφή ( graphē ; " escritura " o " dibujo ").
El físico húngaro - británico Dennis Gabor inventó la holografía en 1948 mientras buscaba una forma de mejorar la resolución de las imágenes en los microscopios electrónicos . [6] [7] [8] El trabajo de Gabor se basó en trabajos pioneros en el campo de la microscopía de rayos X realizados por otros científicos, entre ellos Mieczysław Wolfke en 1920 y William Lawrence Bragg en 1939. [9] La formulación de la holografía fue un resultado inesperado de la investigación de Gabor para mejorar los microscopios electrónicos en la British Thomson-Houston Company (BTH) en Rugby , Inglaterra, y la empresa presentó una patente en diciembre de 1947 (patente GB685286). La técnica tal como se inventó originalmente todavía se utiliza en microscopía electrónica, donde se la conoce como holografía electrónica . Gabor recibió el Premio Nobel de Física en 1971 "por su invención y desarrollo del método holográfico". [10]
La holografía óptica no avanzó realmente hasta el desarrollo del láser en 1960. El desarrollo del láser permitió que los primeros hologramas ópticos prácticos que registraban objetos en 3D fueran fabricados en 1962 por Yuri Denisyuk en la Unión Soviética [11] y por Emmett Leith y Juris Upatnieks de la Universidad de Michigan , Estados Unidos. [12]
Los primeros hologramas ópticos utilizaban emulsiones fotográficas de haluro de plata como medio de grabación. No eran muy eficientes ya que la rejilla de difracción producida absorbía gran parte de la luz incidente. Se desarrollaron varios métodos para convertir la variación de la transmisión en una variación del índice de refracción (conocido como "blanqueamiento") que permitieron producir hologramas mucho más eficientes. [13] [14] [15]
Stephen Benton realizó un avance importante en el campo de la holografía , quien inventó una forma de crear hologramas que se pueden ver con luz natural en lugar de láser. Estos se llaman hologramas de arcoíris . [8]
La holografía es una técnica para registrar y reconstruir campos de luz. [16] : Sección 1 Un campo de luz es generalmente el resultado de una fuente de luz dispersada por objetos. Se puede considerar la holografía como algo similar a la grabación de sonido , mediante la cual un campo sonoro creado por materia vibrante como instrumentos musicales o cuerdas vocales , se codifica de tal manera que puede reproducirse posteriormente, sin la presencia de la materia vibrante original. [17] Sin embargo, es aún más similar a la grabación de sonido Ambisonic en la que cualquier ángulo de escucha de un campo sonoro se puede reproducir en la reproducción.
En la holografía láser, el holograma se graba 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 implican la interacción de luz proveniente de diferentes direcciones y que 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 objeto y el otro como rayo de referencia . El haz del objeto se expande al pasarlo a través de una lente y se utiliza para iluminar al sujeto. El medio de grabación está situado donde esta luz, después de ser reflejada o dispersada por el sujeto, incidirá. Los bordes del medio servirán en última instancia como una ventana a través de la cual se verá 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 proveniente 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 al 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 aparecerá borroso. y el holograma se estropeó. Con sujetos vivos y algunos materiales inestables, esto sólo es posible si se utiliza un pulso de luz láser muy intenso y extremadamente breve, un procedimiento peligroso que rara vez se realiza fuera de entornos de laboratorio científicos e industriales. Son típicas las exposiciones que duran desde varios segundos hasta varios minutos, utilizando un láser de funcionamiento continuo de potencia mucho menor.
Se puede crear un holograma iluminando parte del haz de luz directamente sobre el medio de grabación y la otra parte sobre el objeto de tal manera que parte de la luz dispersada caiga sobre el medio de grabación. Una disposición más flexible para grabar un holograma requiere que el rayo láser apunte a través de una serie de elementos que lo modifican de diferentes maneras. El primer elemento es un divisor de haz que divide el haz en dos haces idénticos, cada uno de ellos dirigido en direcciones diferentes:
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 granos reactivos a la luz mucho más pequeños (preferiblemente con diámetros inferiores a 20 nm), lo que la hace capaz de alcanzar la resolución mucho mayor que requieren los hologramas. Una capa de este medio de grabación (por ejemplo, haluro de plata) se une a un sustrato transparente, que normalmente es vidrio, pero también puede ser plástico.
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 queda 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 poder ver su contenido.
Esta clave faltante se obtiene más tarde al hacer brillar un láser, idéntico al utilizado para grabar el holograma, sobre la película revelada. Cuando este haz 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.
La holografía puede entenderse mejor examinando sus diferencias con la fotografía ordinaria :
Para comprender mejor el proceso, es necesario comprender la interferencia y la difracción. La interferencia ocurre cuando se superponen uno o más frentes de onda . La difracción ocurre cuando un frente de onda encuentra un objeto. A continuación se explica el proceso de realización de una reconstrucción holográfica exclusivamente 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 están familiarizados con estos conceptos, vale la pena leer esos artículos antes de seguir leyendo este artículo.
Una rejilla de difracción es una estructura con un patrón repetitivo. Un ejemplo sencillo 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 la separación de las rejillas y la longitud de onda de la luz.
Se puede crear un holograma simple superponiendo dos ondas planas de la misma fuente de luz en un medio de grabación holográfico. Las dos ondas interfieren, dando un patrón de franjas en línea recta cuya intensidad varía de forma sinusoidal a lo largo 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 es iluminado por sólo 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 registrado es una grabación holográfica como se define anteriormente.
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 de Fresnel negativa cuya longitud 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 formando una onda que parece divergir del punto focal de la lente. Así, cuando el patrón registrado 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 se ilumina en el ángulo original.
Para grabar un holograma de un objeto complejo, primero se divide un rayo láser en dos rayos de luz. Un haz 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 directamente el soporte de grabación. 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 haz 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 haz del objeto. El espectador percibe un frente de onda que es idéntico al frente de onda esparcido desde el objeto al soporte de grabación, de modo que parece que el objeto todavía está en su lugar incluso si ha sido retirado.
Desde el principio, los artistas vieron el potencial de la holografía como medio y obtuvieron acceso a laboratorios científicos para crear sus obras. El arte holográfico es a menudo el resultado de colaboraciones entre científicos y artistas, aunque algunos holografistas se consideran a sí mismos tanto artistas como científicos.
Salvador Dalí afirmó haber sido el primero en emplear artísticamente la holografía. Sin duda fue el primer y más conocido surrealista en hacerlo, pero la exposición de hologramas de Dalí en Nueva York en 1972 había sido precedida por la exposición de arte holográfico que se celebró en la Academia de Arte Cranbrook de Michigan en 1968 y por la de la Galería Finch College de Nueva York en 1970, que atrajo la atención de los medios nacionales. [18] En Gran Bretaña, Margaret Benyon comenzó a utilizar la holografía como medio artístico a finales de la década de 1960 y realizó una exposición individual en la galería de arte de la Universidad de Nottingham en 1969. [19] A esto le siguió en 1970 una exposición individual en el Lisson Gallery de Londres, que fue anunciada como la "primera exposición londinense de hologramas y pinturas estereoscópicas". [20]
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 . [21] Ninguno de estos estudios todavía existe; sin embargo, existe el Centro de Artes Holográficas de Nueva York [22] y el HOLOcenter de Seúl, que ofrece a los artistas un lugar para crear y exhibir obras.
Durante la década de 1980, muchos artistas que trabajaron con la holografía ayudaron a la difusión de este llamado "nuevo medio" en el mundo del arte, como Harriet Casdin-Silver de Estados Unidos, Dieter Jung de Alemania y Moysés Baumstein de Brasil , cada uno de ellos. uno que busca un "lenguaje" adecuado para utilizar 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, asociados con Moysés Baumstein ) encontraron en la holografía una forma de expresarse y renovar la poesía concreta .
Un pequeño pero activo grupo de artistas todavía integra elementos holográficos en su trabajo. [23] Algunos están asociados con nuevas técnicas holográficas; por ejemplo, el artista Matt Brand [24] empleó un diseño de espejo computacional para eliminar la distorsión de la imagen de la holografía especular .
El Museo del MIT [25] y Jonathan Ross [26] tienen extensas colecciones de holografías y catálogos en línea de hologramas artísticos.
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 soporte es de gran importancia, ya que muchos productos electrónicos incorporan dispositivos de almacenamiento. A medida que las técnicas de almacenamiento actuales, como el Blu-ray Disc, alcanzan el límite de densidad de datos posible (debido al tamaño de los haces de escritura limitado por la difracción), 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 soporte de grabación en lugar de solo la superficie. Los SLM disponibles actualmente pueden producir alrededor de 1000 imágenes diferentes por segundo con una resolución de 1024×1024 bits, lo que daría como resultado una velocidad de escritura de aproximadamente un gigabit por segundo . [27]
En 2005, empresas como Optware y Maxell produjeron un disco de 120 mm que utiliza una capa holográfica para almacenar datos hasta un potencial de 3,9 TB , un formato llamado Disco Versátil Holográfico . En 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 grabado 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 de 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.
En la holografía estática, el registro, el revelado y la reconstrucción se producen de forma secuencial y se produce un holograma permanente.
También existen materiales holográficos que no necesitan proceso de revelado y pueden grabar un holograma en muy poco tiempo. Esto permite utilizar la holografía para realizar algunas operaciones simples de forma totalmente óptica. Ejemplos de aplicaciones de tales hologramas en tiempo real incluyen espejos conjugados de fase ("inversión de tiempo" de la luz), memorias 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 elevada (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 un ordenador electrónico. 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 en toda la imagen, y por otro lado, la operación que puede realizar un holograma es básicamente una multiplicación o una conjugación de fases. En óptica, la suma y la transformada de Fourier ya se realizan fácilmente en materiales lineales, esta última simplemente mediante una lente. Esto habilita algunas aplicaciones, como un dispositivo que compara imágenes de forma óptica. [28]
La búsqueda de nuevos materiales ópticos no lineales para la holografía dinámica es un área de investigación activa. Los materiales más comunes son los cristales fotorrefractivos , pero en semiconductores o heteroestructuras semiconductoras (como los pozos cuánticos ), vapores y gases atómicos, plasmas e incluso líquidos, era posible generar hologramas.
Una aplicación particularmente prometedora es la conjugación de fases ópticas . Permite eliminar las distorsiones del frente de onda que recibe un haz de luz al pasar a través de un medio aberrante, enviándolo de regreso a través del mismo medio aberrante con una fase conjugada. Esto es útil, por ejemplo, en las comunicaciones ópticas en el espacio libre para compensar la turbulencia atmosférica (el fenómeno que da lugar al parpadeo de la luz de las estrellas).
Desde el comienzo de la holografía, muchos holografistas han explorado sus usos y los han mostrado al público.
En 1971, Lloyd Cross abrió la Escuela de Holografía de San Francisco y enseñó a aficionados a hacer hologramas utilizando sólo un pequeño láser de helio-neón (normalmente de 5 mW) y un equipo casero económico. Se suponía que la holografía requería una costosa instalación de mesa óptica de metal para fijar todos los elementos involucrados en su lugar y amortiguar cualquier vibración que pudiera desdibujar las franjas de interferencia y arruinar el holograma. La alternativa casera de Cross era una caja de arena hecha de un muro de contención de bloques de hormigón sobre una base de madera contrachapada, sostenida sobre pilas de neumáticos viejos para aislarla de las vibraciones del suelo y llena de arena que había sido lavada para eliminar el polvo. El láser estaba montado de forma segura encima de la pared de bloques de hormigón. Los espejos y lentes simples necesarios para dirigir, dividir y expandir el rayo láser se fijaron a 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 estaban igualmente apoyados dentro de la caja de arena. El holografo apagó la luz de la habitación, bloqueó el rayo láser cerca de su fuente usando un pequeño obturador controlado por relé , cargó una placa en el soporte en la oscuridad, salió de la habitación, esperó unos minutos para que todo se calmara y luego hizo la exposición. operando remotamente el obturador láser.
En 1979, Jason Sapan abrió los Estudios Holográficos en la ciudad de Nueva York . Desde entonces, han participado en la producción de numerosas holografías para numerosos artistas y empresas. [29] Sapan ha sido descrito como el "último hológrafo profesional de Nueva York".
Muchos de estos holografistas continuarían produciendo hologramas artísticos. En 1983, Fred Unterseher, cofundador de la Escuela de Holografía de San Francisco y conocido artista holográfico, publicó el Holography Handbook , una guía fácil de leer para hacer hologramas en casa. Esto trajo una nueva ola de holografistas y proporcionó métodos simples para usar los materiales de grabación 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 fueron puestos a prueba en experimentos prácticos, se descubrió que no sólo era falso, sino que algunos en realidad proporcionó una longitud de coherencia mucho mayor que la de los láseres tradicionales de gas helio-neón. 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 los años 1980 a alrededor de 5 dólares después de que ingresaron al mercado masivo como componente de los reproductores de DVD a finales de los años 1990. Ahora hay miles de holografistas aficionados en todo el mundo.
A finales de 2000, los kits de holografía con diodos de puntero láser económicos entraron en el mercado de consumo general. Estos kits permitieron a estudiantes, profesores y aficionados crear varios tipos de hologramas sin equipo especializado y se convirtieron en artículos de regalo populares en 2005. [30] 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. [31]
En 2006, un gran número de excedentes de láseres verdes con calidad holográfica (Coherent C315) estuvieron disponibles y pusieron la holografía de gelatina dicromada (DCG) al alcance del holografista aficionado. La comunidad holográfica quedó sorprendida por la asombrosa sensibilidad del DCG a la luz verde. Se había supuesto que esta sensibilidad sería inútilmente escasa o inexistente. Jeff Blyth respondió con la formulación G307 de DCG para aumentar la velocidad y la sensibilidad de estos nuevos láseres. [32]
Kodak y Agfa, los antiguos principales proveedores de placas 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 la gelatina dicromada, la gelatina dicromada sensibilizada con azul de metileno y las preparaciones de haluro de plata mediante el método de difusión. Jeff Blyth ha publicado métodos muy precisos para fabricarlos en un pequeño laboratorio o garaje. [33]
Un pequeño grupo de aficionados incluso está construyendo sus propios láseres pulsados para crear hologramas de sujetos vivos y otros objetos inestables o en movimiento. [34]
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, con fracciones de una longitud de onda de luz). [35] [36] También se puede utilizar para detectar variaciones en la longitud del camino óptico 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 de isodosis en dosimetría de radiación. [37]
Se ha utilizado ampliamente para medir tensiones, deformaciones y vibraciones en estructuras de ingeniería.
El holograma guarda la información sobre la amplitud y fase del campo. Varios hologramas pueden contener 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 del cuarto de longitud de onda. [38]
El holograma está elaborado con un material modificado que interactúa con ciertas moléculas generando un cambio en la periodicidad marginal o índice de refracción, por ende, el color del reflejo holográfico. [39] [40]
Los hologramas se utilizan comúnmente por motivos de seguridad, ya que se replican a partir de un holograma maestro que requiere equipos costosos, especializados y tecnológicamente avanzados y, por lo tanto, son difíciles de falsificar. Se utilizan ampliamente en muchas monedas , como los billetes brasileños de 20, 50 y 100 reales; billetes británicos de 5, 10, 20 y 50 libras; billetes de 5.000, 10.000 y 50.000 wones de Corea del Sur ; billetes japoneses de 5.000 y 10.000 yenes; billetes indios de 50, 100, 500 y 2.000 rupias; y todos los billetes actualmente en circulación de dólar canadiense , kuna croata , corona danesa y euro . También se pueden encontrar en tarjetas de crédito y bancarias , así como en pasaportes , documentos de identidad, libros , envases de alimentos, DVD y equipos deportivos. Estos hologramas se presentan en diversas formas, desde tiras adhesivas que se laminan en envases para bienes de consumo de rápido movimiento hasta etiquetas holográficas en productos electrónicos . A menudo contienen elementos textuales o pictóricos para proteger las identidades y separar los artículos auténticos de los falsificados .
Los escáneres holográficos se utilizan en oficinas de correos, empresas de envío más grandes y sistemas transportadores automatizados para determinar el tamaño tridimensional de un paquete. A menudo se utilizan junto con controladoras de peso para permitir el preembalaje automatizado de volúmenes determinados, como un camión o una plataforma para el envío de mercancías a granel. Los hologramas producidos en elastómeros se pueden utilizar como indicadores de tensión-deformación debido a su elasticidad y compresibilidad; la presión y la fuerza aplicadas están correlacionadas con la longitud de onda reflejada y, por lo tanto, con su color. [41] La técnica de holografía también se puede utilizar eficazmente para la dosimetría de radiación. [42] [43]
Se pueden utilizar hologramas de alta seguridad en las matrículas de vehículos como automóviles y motocicletas. A partir de abril de 2019, se requieren placas holográficas en los vehículos en algunas partes de la India para ayudar en la identificación y la seguridad, especialmente en casos de robo de automóviles. Estas placas de matrícula contienen datos electrónicos de los vehículos y tienen un número de identificación único y una pegatina para indicar su autenticidad. [44]
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 utiliza habitualmente 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. [45] El principio de la holografía electrónica también se puede aplicar a la litografía de interferencia . [46]
La holografía acústica permite generar mapas sonoros de un objeto. Las mediciones del campo acústico se realizan en muchos puntos cercanos al objeto. Estas medidas se procesan digitalmente para producir las "imágenes" del objeto. [47]
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 las aplicaciones) de los haces atómicos. Los avances recientes, incluidos los espejos atómicos y especialmente los espejos estriados, han proporcionado las herramientas necesarias para la creación de hologramas atómicos, [48] aunque dichos hologramas aún no se han comercializado.
La holografía por haz de neutrones se ha utilizado para ver el interior de objetos sólidos. [49]
Los hologramas con rayos X se generan utilizando sincrotrones o láseres de electrones libres de rayos X como fuente de radiación y detectores pixelados como los CCD como medio de grabación. [50] La reconstrucción luego se recupera 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 mayor resolución espacial. [51] Como los láseres de electrones libres pueden proporcionar pulsos de rayos X ultracortos en el rango de femtosegundos que son intensos y coherentes, la holografía de rayos X se ha utilizado para capturar procesos dinámicos ultrarrápidos. [52] [53] [54]
Hay muchos efectos ópticos que se confunden falsamente con la holografía, como los efectos producidos por la impresión lenticular , la ilusión fantasma de Pepper (o variantes modernas como el Musion Eyeliner ), la tomografía y las visualizaciones volumétricas . [55] [56] Estas ilusiones se han denominado "fauxlografía". [57] [58]
La técnica del fantasma de Pepper, siendo la más fácil de implementar de estos métodos, es más frecuente en pantallas 3D que afirman ser (o se denominan) "holográficas". Si bien la ilusión original, utilizada en el teatro, involucraba objetos y personas físicas reales, ubicadas fuera del escenario, las variantes modernas reemplazan el objeto original 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 de 2005 y la 48ª edición de los premios Grammy ; 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 . [59] Los avatares digitales del supergrupo sueco ABBA se exhibieron en el escenario en mayo de 2022. [60] La actuación de ABBA utilizó tecnología que era una versión actualizada de Pepper's Ghost creada por Industrial Light & Magic . [61] El grupo de rock estadounidense KISS presentó avatares digitales similares en diciembre de 2023 para realizar una gira en su lugar al finalizar la gira mundial End of the Road utilizando la misma tecnología de Pepper's Ghost que los avatares de ABBA. [62]
Se puede crear una ilusión aún más simple proyectando imágenes realistas en pantallas semitransparentes. La retroproyección es necesaria porque de lo contrario la semitransparencia de la pantalla permitiría que la proyección iluminara el fondo, lo que rompería la ilusión.
Crypton Future Media , una compañía de software musical que produjo Hatsune Miku , [63] 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 sobre una pantalla DILAD semitransparente [64] [65] para lograr su efecto "holográfico". [66] [67]
En 2011, en Beijing, la empresa de indumentaria Burberry produjo el "Burberry Prorsum Otoño/Invierno 2011 Hologram Runway Show", que incluía proyecciones 2D de tamaño natural de modelos. El vídeo de la propia empresa [68] muestra varias tomas centradas y descentradas de la pantalla de proyección bidimensional principal, esta última revelando la planitud de los modelos virtuales. La afirmación de que se utilizó holografía fue informada como un hecho en los medios especializados. [69]
En Madrid , el 10 de abril de 2015, se utilizó una presentación visual pública llamada "Hologramas por la Libertad", que presentaba una multitud virtual fantasmal de manifestantes, para protestar contra una nueva ley española que prohíbe a los ciudadanos manifestarse en lugares públicos. Aunque ampliamente llamada "protesta holograma" en los informes de noticias, [70] no hubo ninguna holografía real involucrada: era otra variante tecnológicamente actualizada de la ilusión fantasma de Pepper.
La holografía se diferencia de la holografía especular , que es una técnica para crear imágenes tridimensionales controlando el movimiento de especularidades en una superficie bidimensional. [71] Funciona manipulando de forma reflectante o refractiva haces de rayos de luz, no utilizando interferencias ni difracción.
La holografía ha sido ampliamente mencionada en películas, novelas y televisión, generalmente en ciencia ficción , a partir de finales de la década de 1970. [72] Los escritores de ciencia ficción absorbieron las leyendas urbanas que rodean la holografía y que habían sido difundidas por científicos y empresarios demasiado entusiastas que intentaban comercializar la idea. [72] Esto tuvo el efecto de darle al público expectativas demasiado altas sobre la capacidad de la holografía, debido a las representaciones poco realistas de la misma en la mayor parte de la ficción, donde son proyecciones de computadora completamente tridimensionales que a veces son táctiles mediante el uso de campos de fuerza. . [72] Ejemplos de este tipo de representación incluyen el holograma de la Princesa Leia en Star Wars , Arnold Rimmer de Red Dwarf , quien luego fue convertido a "luz dura" para hacerlo sólido, y la Holocubierta y el Holograma Médico de Emergencia de Star Trek . [72]
La holografía ha servido de inspiración para muchos videojuegos con elementos de ciencia ficción. En muchos títulos, se ha utilizado tecnología holográfica ficticia para reflejar tergiversaciones de la vida real sobre el posible uso militar de los hologramas, como los "tanques espejismo" de Command & Conquer: Red Alert 2 que pueden disfrazarse de árboles. [73] Los personajes jugadores pueden usar señuelos holográficos en juegos como Halo: Reach y Crysis 2 para confundir y distraer al enemigo. [73] La agente fantasma de Starcraft, Nova, tiene acceso al "holo señuelo" como una de sus tres habilidades principales en Heroes of the Storm . [74]
Sin embargo, las representaciones ficticias de hologramas han inspirado avances tecnológicos en otros campos, como la realidad aumentada , que prometen cumplir las representaciones ficticias de hologramas por otros medios. [75]
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