La holografía es una técnica que permite registrar un frente de onda y reconstruirlo posteriormente. Es más conocida como método de generación de imágenes tridimensionales y tiene una amplia gama de otros usos, entre los que se incluyen 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 3D 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 generarse mediante una computadora, en cuyo caso se conoce como holograma generado por computadora , que puede mostrar objetos o escenas virtuales. La holografía óptica necesita una luz láser para registrar el campo de luz. 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 se ilumina adecuadamente, 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 visuales de profundidad, 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 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 registrado 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 importantes concesiones 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 y combinando digitalmente dos frentes de onda para generar una imagen de patrón de interferencia. Esta imagen puede luego 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 puede mostrarse directamente en una pantalla holográfica dinámica. [3]
Los retratos holográficos suelen recurrir 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 sujetos en movimiento con la misma perfección que requiere el proceso de grabación holográfica, extremadamente intolerante al movimiento. La holografía primitiva requería láseres caros y de alta potencia. En la actualidad, 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, para hacer hologramas. Han hecho que la holografía sea mucho más accesible para investigadores, artistas y aficionados dedicados con 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 imagen en microscopios electrónicos . [6] [7] [8] El trabajo de Gabor se basó en el trabajo pionero en el campo de la microscopía de rayos X de otros científicos, incluidos 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 compañía presentó una patente en diciembre de 1947 (patente GB685286). La técnica tal como se inventó originalmente todavía se utiliza en microscopía electrónica, donde se 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 3D se hicieran en 1962 por Yuri Denisyuk en la Unión Soviética [11] y por Emmett Leith y Juris Upatnieks en la Universidad de Michigan , EE. UU. [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 en la transmisión en una variación en el índice de refracción (conocido como "blanqueo") que permitieron producir hologramas mucho más eficientes. [13] [14] [15]
Un avance importante en el campo de la holografía fue realizado por Stephen Benton , quien inventó una forma de crear hologramas que pueden verse con luz natural en lugar de láseres. Estos se denominan hologramas arco iris . [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. La holografía puede considerarse algo similar a la grabación de sonido , mediante la cual un campo de sonido creado por materia vibrante como instrumentos musicales o cuerdas vocales , se codifica de tal manera que puede reproducirse más tarde, sin la presencia de la materia vibrante original. [17] Sin embargo, es incluso más similar a la grabación de sonido ambisónica en la que cualquier ángulo de escucha de un campo de sonido puede reproducirse 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 utilizar varias configuraciones y se pueden hacer varios tipos de hologramas, pero todos implican la interacción de la luz que proviene de diferentes direcciones y produce un patrón de interferencia microscópico que se registra fotográficamente en una placa , película u otro medio .
En una disposición común, el haz láser se divide en dos, uno conocido como el haz del objeto y el otro como el haz de referencia . El haz del objeto se expande al pasarlo a través de una lente y se utiliza para iluminar el sujeto. El medio de grabación se ubica donde esta luz, después de ser reflejada o dispersada por el sujeto, lo golpeará. Los bordes del medio servirán finalmente como una ventana a través de la cual se ve el 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 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, con una precisión de aproximadamente un cuarto de la longitud de onda de la luz, o el patrón de interferencia se desdibujará y el holograma se estropeará. Con sujetos vivos y algunos materiales inestables, esto solo es posible si se utiliza un pulso de luz láser muy intenso y extremadamente breve, un procedimiento peligroso que rara vez se lleva a cabo fuera de los entornos de laboratorio científicos e industriales. Las exposiciones que duran varios segundos o varios minutos, utilizando un láser de funcionamiento continuo de mucha menor potencia, son típicas.
Se puede crear un holograma proyectando una parte del haz de luz directamente sobre el medio de grabación y la otra parte sobre el objeto, de forma que parte de la luz dispersada caiga sobre el medio de grabación. Una disposición más flexible para grabar un holograma requiere que el haz láser se dirija a través de una serie de elementos que lo modifican de distintas 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 adhiere 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. Este patrón de interferencia es el que queda impreso en el medio 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 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 que falta se obtiene más tarde proyectando 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 la superficie del holograma. Esto produce un campo de luz idéntico al que originalmente produjo la escena y que se dispersa sobre el holograma.
La holografía se puede entender mejor examinando sus diferencias con la fotografía común :
Para comprender mejor el proceso, es necesario entender la interferencia y la difracción. La interferencia se produce cuando uno o más frentes de onda se superponen. La difracción se produce cuando un frente de onda se encuentra con un objeto. El proceso de producción de una reconstrucción holográfica se explica a continuación únicamente en términos de interferencia y difracción. Es 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.
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 el espaciado de la rejilla y la longitud de onda de la luz.
Se puede crear un holograma simple superponiendo dos ondas planas de la misma fuente de luz sobre un medio de grabación holográfica. Las dos ondas interfieren, lo que genera un patrón de franjas en línea recta cuya intensidad varía sinusoidalmente 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 se ilumina con una sola 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 lo tanto, el patrón de luz registrado es una grabación holográfica según la definición anterior.
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 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 hasta convertirse en una onda que parece divergir del punto focal de la lente. De este modo, 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 haz de luz láser en dos haces. 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 medio de grabación. Cada onda de fuente puntual interfiere con el haz de referencia, lo que da 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 anterior.
Cuando el holograma se ilumina con 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 dispersado desde el objeto sobre el medio de grabación, de modo que parece que el objeto sigue en su lugar incluso si se ha retirado.
Los artistas vieron desde el principio el potencial de la holografía como medio y consiguieron acceso a laboratorios científicos para crear sus obras. El arte holográfico suele ser el resultado de colaboraciones entre científicos y artistas, aunque algunos hológrafos se consideran a sí mismos artistas y científicos.
Salvador Dalí afirmó haber sido el primero en emplear la holografía artísticamente. Fue sin duda el primer surrealista y el más conocido en hacerlo, pero la exposición de hologramas de Dalí en Nueva York de 1972 había sido precedida por la exposición de arte holográfico que se celebró en la Academia de Arte Cranbrook en Michigan en 1968 y por la de la galería del Finch College en 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 la Galería Lisson de Londres, que se anunció 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. Cabe destacar 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 del Lake Forest College organizados por Tung Jeong . [21] Ninguno de estos estudios todavía existe; sin embargo, existe el Centro de Artes Holográficas en Nueva York [22] y el HOLOcenter en Seúl, que ofrece a los artistas un lugar para crear y exhibir sus trabajos.
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 Estados Unidos, Dieter Jung de Alemania y Moysés Baumstein de Brasil , cada uno buscando un "lenguaje" adecuado para usar con el trabajo 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 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 MIT [25] y Jonathan Ross [26] tienen extensas colecciones de holografía y catálogos en línea de hologramas de arte.
El almacenamiento de datos holográfico es una técnica que permite 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 densidad de datos posible (debido al tamaño limitado por difracción de los rayos 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. Los SLM disponibles actualmente pueden producir alrededor de 1000 imágenes diferentes por segundo a 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 una capacidad potencial de 3,9 TB , un formato llamado Holographic Versatile Disc . A septiembre de 2014, no se había lanzado ningún producto comercial.
Otra empresa, InPhase Technologies , estaba desarrollando un formato competitivo, pero quebró en 2011 y todos sus activos fueron vendidos a Akonia Holographics, LLC.
Si bien muchos modelos de almacenamiento de datos holográficos han utilizado un almacenamiento "basado en páginas", en el que 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 posibles soluciones 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 producción de un producto comercial son significativamente menores.
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 registrar un holograma en muy poco tiempo. Esto permite utilizar la holografía para realizar algunas operaciones simples de forma totalmente óptica. Ejemplos de aplicaciones de estos hologramas en tiempo real incluyen espejos conjugados de fase ("inversión temporal" 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 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 un ordenador electrónico. El procesamiento óptico realizado por un holograma dinámico también es mucho menos flexible que el procesamiento electrónico. Por un lado, uno tiene que realizar la operación siempre sobre toda la imagen, y por otro lado, la operación que un holograma puede realizar es básicamente una multiplicación o una conjugación de fase. En óptica, la adición y la transformada de Fourier ya se realizan fácilmente en materiales lineales, esta última simplemente mediante una lente. Esto permite 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 activa de investigación. Los materiales más comunes son los cristales fotorrefractivos , pero en semiconductores o heteroestructuras de semiconductores (como los pozos cuánticos ), vapores y gases atómicos, plasmas e incluso líquidos, fue posible generar hologramas.
Una aplicación especialmente prometedora es la conjugación de fase óptica . Permite eliminar las distorsiones del frente de onda que recibe un haz de luz al pasar por un medio aberrante, enviándolo de vuelta 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 centelleo de la luz de las estrellas).
Desde el comienzo de la holografía, muchos hológrafos 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 los aficionados a hacer hologramas utilizando únicamente un pequeño láser de helio-neón (normalmente de 5 mW) y un equipo casero económico. Se suponía que la holografía requería una mesa óptica de metal muy cara 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 con un muro de contención de bloques de hormigón sobre una base de madera contrachapada, apoyada sobre pilas de neumáticos viejos para aislarla de las vibraciones del suelo y llena de arena que se había lavado para eliminar el polvo. El láser estaba montado de forma segura sobre la pared de bloques de hormigón. Los espejos y las lentes simples necesarias para dirigir, dividir y expandir el haz láser se fijaban a tramos cortos de tubo de PVC, que se clavaban en la arena en los lugares deseados. El sujeto y el soporte de la placa fotográfica se sujetaban de forma 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 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 realizó la exposición operando remotamente el obturador láser.
En 1979, Jason Sapan abrió los Holographic Studios en la ciudad de Nueva York . Desde entonces, han participado en la producción de numerosos hologramas para numerosos artistas y empresas. [29] Sapan ha sido descrito como el "último holografista 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 un conocido artista holográfico, publicó el Holography Handbook , una guía fácil de leer para hacer hologramas en casa. Esto trajo consigo una nueva ola de hológrafos 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 Shoebox Holography Book y presentó 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 prácticamente inútiles para crear hologramas, pero cuando finalmente se pusieron a prueba en experimentos prácticos, se descubrió que no solo esto no era cierto, sino que algunos de ellos en realidad proporcionaban una longitud de coherencia mucho mayor que la de los láseres de gas helio-neón tradicionales. Este fue un avance muy importante para los aficionados, ya que el precio de los diodos láser rojos había bajado de cientos de dólares a principios de la década de 1980 a aproximadamente 5 dólares después de que ingresaran al mercado masivo como un componente extraído de los reproductores de CD o, más tarde, de DVD a partir de mediados de la década de 1980. Ahora, hay miles de hológrafos aficionados en todo el mundo.
A finales de 2000, los kits de holografía con diodos punteros láser económicos entraron en el mercado de consumo masivo. Estos kits permitieron a los 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 revelado automático en 2003 hizo posible que los aficionados crearan hologramas sin la molestia del procesamiento químico húmedo. [31]
En 2006, se puso a disposición una gran cantidad de láseres verdes de calidad holográfica (Coherent C315) que pusieron la holografía con gelatina dicromada (DCG) al alcance del hológrafo aficionado. La comunidad holográfica se sorprendió por la sorprendente sensibilidad de la DCG a la luz verde. Se había asumido 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 de calidad holográfica, ya no están en el mercado. Si bien otros fabricantes han ayudado a llenar el vacío, muchos aficionados ahora están fabricando sus propios materiales. Las fórmulas favoritas son la gelatina dicromatada, la gelatina dicromatada sensibilizada con azul de metileno y las preparaciones de haluro de plata por el método de difusión. Jeff Blyth ha publicado métodos muy precisos para fabricarlas en un pequeño laboratorio o garaje. [33]
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. [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 recorrido óptico en medios transparentes, lo que permite, por ejemplo, visualizar y analizar el flujo de fluidos. También se puede utilizar para generar contornos que representan la forma de la superficie o las regiones de isodosis en la dosimetría de radiación. [37]
Se ha utilizado ampliamente para medir la tensión, la deformación y la vibración en estructuras de ingeniería.
El holograma guarda la información sobre la amplitud y la fase del campo. Varios hologramas pueden guardar información sobre la misma distribución de luz, emitida en varias direcciones. El análisis numérico de dichos hologramas permite emular una gran apertura numérica , lo que, a su vez, permite mejorar la resolución de la microscopía óptica . La técnica correspondiente se denomina microscopía interferométrica . Los logros recientes de la microscopía interferométrica permiten acercarse al límite de resolución de un cuarto de longitud de onda. [38]
El holograma está hecho con un material modificado que interactúa con ciertas moléculas generando un cambio en la periodicidad de la franja 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 un equipo costoso, especializado y tecnológicamente avanzado, y por lo tanto son difíciles de falsificar. Se utilizan ampliamente en muchas monedas , como los billetes brasileños de 20, 50 y 100 reales; los billetes británicos de 5, 10, 20 y 50 libras; los billetes surcoreanos de 5000, 10 000 y 50 000 wones; los billetes japoneses de 5000 y 10 000 yenes, los billetes indios de 50, 100, 500 y 2000 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 los envases de 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 genuinos de las falsificaciones .
Los escáneres holográficos se utilizan en oficinas de correos, empresas de transporte más grandes y sistemas de transporte automatizados para determinar el tamaño tridimensional de un paquete. A menudo se utilizan junto con controladores de peso para permitir el preempaquetado automatizado de volúmenes determinados, como un camión o un palé 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 se correlacionan con la longitud de onda reflejada, por lo tanto, su color. [41] La técnica holográfica también se puede utilizar de manera eficaz para la dosimetría de radiación. [42] [43]
Los hologramas de alta seguridad se pueden utilizar en las matrículas de vehículos como automóviles y motocicletas. A partir de abril de 2019, las matrículas holográficas son obligatorias en los vehículos en algunas partes de la India para facilitar la identificación y la seguridad, especialmente en casos de robo de automóviles. Estas matrículas 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 holográficas 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 comúnmente para estudiar campos eléctricos y magnéticos en películas delgadas, ya que los campos magnéticos y eléctricos pueden cambiar la fase de la onda interferente 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. Se realizan mediciones del campo acústico en muchos puntos cercanos al objeto. Estas mediciones 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 rayos atómicos. Los desarrollos 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 con 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 fuentes de radiación y detectores pixelados como CCD como medio de grabación. [50] La reconstrucción se recupera luego mediante computación. 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 ultracortos y de rayos X 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]
Existen muchos efectos ópticos que se confunden erróneamente 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 pantallas volumétricas . [55] [56] Tales ilusiones han sido llamadas "fauxlografía". [57] [58]
La técnica del fantasma de Pepper, que es la más fácil de implementar de estos métodos, es la más frecuente en las pantallas 3D que afirman ser (o se las denomina) "holográficas". Si bien la ilusión original, utilizada en el teatro, involucraba objetos físicos reales y personas ubicadas fuera del escenario, las variantes modernas reemplazan el objeto original con una pantalla digital, que muestra imágenes generadas con gráficos de 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 los 48.º Premios Grammy ; y la actuación virtual de Tupac Shakur en el Coachella Valley Music and Arts Festival en 2012, rapeando junto a Snoop Dogg durante su presentación con Dr. Dre . [59] Los avatares digitales del supergrupo sueco ABBA se mostraron en el escenario en mayo de 2022. [60] La actuación de ABBA utilizó tecnología que era una versión actualizada del Fantasma de Pepper 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 concluir el End of the Road World Tour utilizando la misma tecnología del Fantasma de Pepper que los avatares de ABBA. [62]
Se puede crear una ilusión aún más sencilla mediante la retroproyección de imágenes realistas 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 , [63] una de las muchas aplicaciones de sintetizador de canto de Vocaloid , ha producido conciertos en los que Miku, junto con otros Vocaloids de Crypton, actúan en el escenario como personajes "holográficos". Estos conciertos utilizan una retroproyección sobre una pantalla DILAD semitransparente [64] [65] para lograr su efecto "holográfico". [66] [67]
En 2011, en Pekín, la empresa textil Burberry presentó el «Burberry Prorsum Autumn/Winter 2011 Hologram Runway Show», que incluía proyecciones de modelos en 2D a tamaño real. El propio vídeo de la empresa [68] muestra varias tomas centradas y descentradas de la pantalla de proyección bidimensional principal, en la que se revela la planitud de las modelos virtuales. La afirmación de que se había utilizado holografía fue publicada como un hecho en los medios especializados. [69]
El 10 de abril de 2015, en Madrid , se utilizó una presentación visual pública denominada "Hologramas por la Libertad", en la que aparecía una multitud virtual de manifestantes fantasmales, para protestar contra una nueva ley española que prohíbe a los ciudadanos manifestarse en lugares públicos. Aunque en los medios de comunicación se la denominó ampliamente "protesta holográfica", [70] no se utilizó ninguna holografía real, sino que se trató de otra variante tecnológicamente actualizada de la ilusión fantasmal de Pepper.
La holografía se diferencia de la holografía especular , que es una técnica para crear imágenes tridimensionales controlando el movimiento de las especularidades en una superficie bidimensional. [71] Funciona manipulando de forma reflexiva o refractiva haces de rayos de luz, no mediante el uso de interferencia y difracción.
La holografía ha sido ampliamente mencionada en películas, novelas y televisión, generalmente en ciencia ficción , a partir de fines de la década de 1970. [72] Los escritores de ciencia ficción absorbieron las leyendas urbanas en torno a la holografía que habían sido difundidas por científicos y empresarios demasiado entusiastas que intentaban comercializar la idea. [72] Esto tuvo el efecto de dar al público expectativas demasiado altas de 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 . [72] Los ejemplos de este tipo de representación incluyen el holograma de la Princesa Leia en Star Wars , Arnold Rimmer de Red Dwarf , que luego fue convertido a "luz dura" para hacerlo sólido, y el Holodeck 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 utilizar 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 "señuelo holográfico" 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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