Holografía , medio de crear una imagen fotográfica única sin el uso de un lente . La grabación fotográfica de la imagen se llama holograma, que parece ser un patrón irreconocible de rayas y espirales pero que, cuando iluminado por coherente la luz, como por un rayo láser, organiza la luz en una representación tridimensional del objeto original.
Una imagen fotográfica ordinaria registra las variaciones en la intensidad de la luz reflejada por un objeto, produciendo áreas oscuras donde se refleja menos luz y áreas claras donde se refleja más luz. La holografía, sin embargo, registra no sólo la intensidad de la luz sino también su fase , o el grado en que los frentes de onda que componen la luz reflejada están en sintonía entre sí, o coherente . La luz ordinaria es incoherente, es decir, las relaciones de fase entre la multitud de ondas en un haz son completamente aleatorias; los frentes de onda de las ondas de luz ordinarias no están en sintonía.
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Dennis Gabor, un científico nacido en Hungría, inventó la holografía en 1948, por lo que recibió el Premio Nobel de Física más de 20 años después (1971). Gabor consideró la posibilidad de mejorar el poder de resolución del microscopio electrónico, primero utilizando el haz de electrones para hacer un holograma del objeto y luego examinando este holograma con un haz de luz coherente, como se muestra en. En el sistema original de Gabor, el holograma era un registro de la interferencia entre la luz difractada por el objeto y un fondo colineal. Esto restringe automáticamente el proceso a esa clase de objetos que tienen áreas considerables que son transparentes (ver). Cuando se usa el holograma para formar una imagen, se forman imágenes gemelas, como se ilustra en. La luz asociada con estas imágenes es propagador en la misma dirección y, por tanto, en el plano de una imagen, la luz de la otra imagen aparece como un componente desenfocado. Aunque un grado de coherencia se puede obtener enfocando la luz a través de un pequeño orificio, esta técnica reduce demasiado la intensidad de la luz para que sirva en holografía; por tanto, la propuesta de Gabor fue durante varios años de interés sólo teórico. El desarrollo de los láseres a principios de la década de 1960 cambió repentinamente la situación. Un rayo láser no solo tiene un alto grado de coherencia pero también de alta intensidad.
Figura 1: método original de Gabor para crear hologramas. Encyclopædia Britannica, Inc.
De los muchos tipos de rayos láser, dos tienen especial interés en la holografía: el láser de onda continua (CW) y el láser pulsado. El láser CW emite un rayo brillante y continuo de un solo color, casi puro. El láser pulsado emite un destello de luz corto y extremadamente intenso que dura solo alrededor de 1 / 100.000.000 de segundo. Dos científicos de los Estados Unidos, Emmett N. Leith y Juris Upatnieks de la Universidad de Michigan, aplicaron el láser CW a la holografía y lograron un gran éxito, abriendo el camino a muchas aplicaciones de investigación.
En esencia, el problema que concibió Gabor en su intento de mejorar el microscopio electrónico era el mismo que han enfrentado los fotógrafos en su búsqueda del realismo tridimensional en fotografía . Para lograrlo, la luz que fluye desde la fuente debe ser fotografiada. Si las ondas de esta luz, con su multitud de crestas y valles que se mueven rápidamente, pueden congelarse por un instante y fotografiarse, el patrón de onda puede reconstruirse y exhibirá el mismo carácter tridimensional que el objeto del que proviene la luz. reflejado. La holografía logra tal reconstrucción registrando el contenido de fase así como el contenido de amplitud de las ondas de luz reflejadas de un rayo láser. Cómo funciona esto se muestra ena la izquierda.
Figura 2: Disposiciones para (izquierda) crear un holograma y (derecha) reconstruir una imagen a partir de un holograma. Encyclopædia Britannica, Inc.
En una habitación oscura, un rayo de luz láser coherente se dirige hacia el objeto O desde la fuente B. El rayo es reflejado, dispersado y difractado por las características físicas del objeto y llega a una placa fotográfica en P. Simultáneamente, parte del rayo láser se separa como un rayo incidente o de referencia A y es reflejado por espejo M también sobre la placa P. Las dos vigas interfieren entre sí; es decir, sus respectivas amplitudes de ondas se combinan, creando en la placa fotográfica un patrón complejo de rayas y verticilos llamados franjas de interferencia. Estos flecos consisten en áreas alternas de luz y oscuridad. Las áreas de luz resultan cuando los dos rayos que golpean la placa están en paso: cuando la cresta se encuentra con la cresta y la vaguada se encuentra con la vaguada en las ondas de los dos haces; las vigas están entonces en fase, y así se refuerzan entre sí. Cuando las dos ondas son de igual amplitud pero de fase opuesta (la cresta y la cresta se encuentran en la depresión), se cancelan entre sí y se produce un área oscura.
La placa, cuando se desarrolla, se llama holograma. La imagen de la placa no se parece al objeto fotografiado, pero contiene un registro de toda la información de fase y amplitud presente en el haz reflejado desde el objeto. Las dos partes del rayo láser, el haz directo y el reflejado, se encuentran en la placa en un ángulo amplio y se registran como franjas de interferencia muy finas y compactas en el holograma. Este patrón de franjas contiene toda la información óptica del objeto fotografiado.
Invirtiendo el procedimiento, como se muestra a la derecha en, se puede reconstruir una imagen del objeto original. La luz coherente de un rayo láser. ilumina el holograma negativo H. La mayor parte de la luz del láser pasa a través de la película como un rayo central A y no se utiliza. Las franjas compactas y con detalles finos en el holograma negativo actúan como una rejilla de difracción, doblando o difractando la luz restante para revertir exactamente la condición original de las ondas de luz coherentes que crearon el holograma. La luz difractada se transmite en un ángulo amplio con respecto al haz de referencia del láser.
En el lado de la fuente de luz del holograma, en C, se forma una imagen virtual visible para el ojo. Por otro lado, en B, se forma una imagen real que se puede fotografiar. Ambas imágenes reconstituidas tienen un carácter tridimensional porque además de la información de amplitud, que es todo lo que almacena un proceso fotográfico ordinario, también se ha almacenado información de fase. Esta información de fase es la que proporciona las características tridimensionales de la imagen, ya que contiene en su interior información exacta sobre las profundidades y alturas de las distintas contornos del objeto. Es posible fotografiar la imagen reconstituida, en B, por medios fotográficos ordinarios, a una profundidad seleccionada, con un enfoque exacto.
La imagen real de un holograma, es decir, la que se puede fotografiar, parece pseudoscópica o con una curvatura invertida. Esta inversión se puede eliminar haciendo un holograma doble, primero preparando el holograma único y luego usándolo como un objeto en la creación de un segundo holograma. Con una doble inversión, la imagen vuelve a ser normal, como cuando una imagen especular de la escritura se hace legible al verla en un segundo espejo. La imagen real de un holograma tiene propiedades valiosas. Una cámara de observación o un microscopio se puede colocar y enfocar en varias posiciones seleccionadas en profundidad. El objeto original también se puede colocar en su posición en el espacio.
El holograma no solo ofrece imágenes a diferentes profundidades (diferentes secciones transversales del objeto) sino también imágenes vistas en diferentes direcciones si el espectador se mueve fuera del eje en el que se ve la imagen principal. Las imágenes directas se pueden ver en estas condiciones. En la holografía también es posible grabar en la misma placa una sucesión de numerosas imágenes múltiples que pueden reconstruirse como una sola imagen, lo que da lugar a la posibilidad de la holografía en color. Se podrían superponer tres hologramas en la misma placa, utilizando tres láseres de diferentes colores. La reconstrucción con los tres láseres diferentes produciría una imagen en su color natural, aunque la placa del holograma en sí es en blanco y negro.
