La holografía constituye una metodología para capturar y posteriormente reconstruir un frente de onda. Si bien se le reconoce principalmente por su capacidad para producir imágenes tridimensionales, sus aplicaciones se extienden ampliamente a áreas como el almacenamiento de datos, la microscopía y la interferometría. Básicamente, la creación de un holograma es factible para cualquier tipo de onda.
Laholografía es una técnica que permite registrar un frente de onda y posteriormente 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 crear un holograma para cualquier tipo de onda.
Un holograma representa un patrón de interferencia registrado capaz de replicar un campo de luz tridimensional mediante difracción. En términos más generales, sirve como registro de cualquier tipo de frente de onda que se manifieste como un patrón de interferencia. Los hologramas pueden originarse a partir de la captura de luz de un entorno real o sintetizarse computacionalmente, en cuyo caso se denominan hologramas generados por computadora, capaces de representar objetos o escenarios virtuales. La holografía óptica requiere iluminación láser para registrar el campo luminoso. El campo de luz reconstruido resultante produce una imagen que posee la profundidad y el paralaje característicos de la escena inicial. Normalmente, un holograma aparece confuso cuando se observa bajo una iluminación ambiental difusa. Sin embargo, cuando se ilumina adecuadamente, el patrón de interferencia difracta la luz para reproducir con precisión el campo de luz original, en el que los objetos incrustados muestran señales visuales de profundidad, incluido el paralaje y la perspectiva, que se ajustan dinámicamente con diferentes ángulos de visión. Esto implica que diferentes perspectivas de visualización de la imagen corresponden a ángulos similares desde los cuales se observó originalmente al sujeto.
El método convencional para generar un holograma implica superponer un segundo frente de onda, designado como haz de referencia, sobre el frente de onda de interés principal. Este proceso produce un patrón de interferencia, que posteriormente se registra en un sustrato físico. Tras la iluminación posterior de este patrón de interferencia registrado por el frente de onda de referencia, se produce la difracción, reconstruyéndose así el frente de onda original. Si bien las imágenes tridimensionales derivadas de hologramas se pueden observar con frecuencia utilizando fuentes de luz no láser, las aplicaciones prácticas a menudo implican compromisos significativos en la calidad de la imagen para eliminar el requisito de iluminación láser durante la visualización.
Los hologramas generados por computadora se producen mediante la simulación digital y la combinación de dos frentes de onda, lo que da como resultado una imagen de patrón de interferencia. Posteriormente, esta imagen puede transferirse a una máscara o película e iluminarse con una fuente de luz adecuada para reconstruir el frente de onda deseado. Un enfoque alternativo implica presentar directamente la imagen del patrón de interferencia en una pantalla holográfica dinámica.
El retrato holográfico frecuentemente emplea una técnica de imagen no holográfica intermedia. Esta estrategia mitiga la necesidad de peligrosos láseres pulsados de alta potencia, que de otro modo serían indispensables para inmovilizar ópticamente sujetos en movimiento con la precisión que exige el proceso de grabación holográfica altamente sensible al movimiento. Históricamente, los primeros métodos holográficos exigían el uso de láseres potentes y costosos. Sin embargo, la disponibilidad actual de diodos láser económicos y producidos en masa, comúnmente integrados en dispositivos como grabadoras de DVD y otras aplicaciones, ha permitido su utilización en la creación de hologramas. Este desarrollo ha mejorado significativamente la accesibilidad de la holografía para investigadores con presupuestos limitados, artistas y entusiastas dedicados.
Si bien la mayoría de los hologramas producidos representan objetos estáticos, los avances en curso incluyen el desarrollo de sistemas capaces de presentar escenas dinámicas en pantallas holográficas.
La etimología del término holografía se remonta a las palabras griegas ὅλος (holos), que significa "entero", y γραφή (graphē), que significa "escribir" o "dibujar".
Historial
La holografía fue concebida en 1948 por el físico húngaro-británico Dennis Gabor, cuyo objetivo inicial era mejorar la resolución de la imagen de los microscopios electrónicos. El trabajo fundacional de Gabor se basó en contribuciones pioneras anteriores en microscopía de rayos X realizadas por investigadores como Mieczysław Wolfke en 1920 y William Lawrence Bragg en 1939. El desarrollo de la holografía surgió como un resultado inesperado de las investigaciones de Gabor sobre las mejoras de los microscopios electrónicos en la British Thomson-Houston Company (BTH) en Rugby, Inglaterra, lo que llevó a la presentación de una patente en diciembre de 1947 (patente GB685286). El método, en su forma original, sigue aplicándose en microscopía electrónica, donde se le conoce como holografía electrónica. En reconocimiento a su "invención y desarrollo del método holográfico", Gabor recibió el Premio Nobel de Física en 1971.
Los avances significativos en la holografía óptica permanecieron en gran medida sin realizarse hasta la llegada del láser en 1960. Este avance tecnológico facilitó la creación de los primeros hologramas ópticos funcionales capaces de registrar objetos tridimensionales en 1962, una hazaña lograda de forma independiente por Yuri Denisyuk en la Unión Soviética y por Emmett Leith y Juris Upatnieks en la Universidad de Michigan en los Estados Unidos.
Los primeros hologramas ópticos utilizaban emulsiones fotográficas de haluro de plata como medio de grabación. Sin embargo, su eficiencia fue limitada porque la rejilla de difracción resultante absorbió una porción significativa de la luz incidente. Para superar esto, se desarrollaron varias técnicas para transformar las variaciones en la transmisión en cambios en el índice de refracción, un proceso denominado "blanqueo", lo que permite la creación de hologramas sustancialmente más eficientes.
Stephen Benton avanzó significativamente en la holografía al idear un método para producir hologramas visibles bajo luz natural, en lugar de requerir láseres. Estas innovaciones se conocen comúnmente como hologramas de arcoíris.
Conceptos fundamentales de la holografía
La holografía constituye una metodología tanto para capturar como posteriormente para reconstruir campos luminosos. Normalmente, un campo luminoso se origina a partir de una fuente de luz que se dispersa sobre varios objetos. Este proceso tiene cierta semejanza con la grabación de sonido, donde un campo sonoro generado por entidades vibrantes, como instrumentos musicales o cuerdas vocales, se codifica para su posterior reproducción sin la presencia de la fuente original. Sin embargo, la holografía muestra una analogía más cercana a la grabación de sonido Ambisonic, que permite la reproducción de un campo sonoro desde cualquier ángulo de escucha deseado.
Sistemas láser
Dentro de la holografía láser, la grabación de un holograma requiere una fuente de luz láser coherente. Si bien son factibles diversas configuraciones y múltiples tipos de hologramas, todos los métodos se basan fundamentalmente en la interacción de la luz que se propaga desde distintas direcciones. Esta interacción genera un patrón de interferencia microscópica, que luego es capturado fotográficamente por una placa, película u otro medio de grabación adecuado.
Una configuración holográfica frecuente implica dividir un rayo láser en dos componentes distintos: el rayo objeto y el rayo de referencia. El haz del objeto se expande a través de una lente y posteriormente se dirige para iluminar al sujeto. El medio de grabación está colocado para interceptar la luz reflejada o dispersada por el sujeto. Teniendo en cuenta que la periferia del medio funcionará en última instancia como una apertura de visión para el sujeto, su ubicación está determinada estratégicamente. Al mismo tiempo, el haz de referencia también se expande y se dirige para incidir directamente sobre el medio de grabación, donde interactúa coherentemente con la luz que emana del sujeto para formar el patrón de interferencia requerido.
Al igual que la fotografía convencional, la holografía exige una duración de exposición adecuada para influir adecuadamente en el medio de grabación. Sin embargo, una distinción fundamental con respecto a la fotografía tradicional es el requisito de absoluta inmovilidad entre la fuente de luz, los componentes ópticos, el medio de grabación y el sujeto durante la exposición. Esta estabilidad debe mantenerse dentro de aproximadamente un cuarto de la longitud de onda de la luz; de lo contrario, el patrón de interferencia se difuminará, provocando que el holograma sea defectuoso. Para sujetos animados o ciertos materiales inestables, esta precisión sólo se puede lograr mediante la aplicación de un pulso láser excepcionalmente intenso y breve, una metodología peligrosa que rara vez se emplea más allá de los entornos de laboratorio científicos e industriales especializados. Por lo general, las exposiciones oscilan entre varios segundos y varios minutos, utilizando un láser que funciona continuamente y tiene una potencia significativamente menor.
Equipo holográfico
Los hologramas se pueden generar dirigiendo una porción de un haz de luz directamente sobre el medio de grabación, mientras que simultáneamente se ilumina un objeto con la porción restante de manera que parte de la luz dispersada también llegue al medio. Sin embargo, una configuración más adaptable para la grabación holográfica implica guiar el rayo láser a través de una secuencia de componentes ópticos que modifican sus características. El componente inicial de esta secuencia es un divisor de haz, que divide el haz incidente en dos haces idénticos, cada uno de los cuales se propaga en una dirección distinta:
- Uno de estos haces, denominado 'iluminación' o 'haz de objeto', se expande mediante el uso de lentes y posteriormente se dirige a la escena a través de espejos. Una fracción de la luz dispersada o reflejada en la escena incide entonces sobre el soporte de grabación.
- El segundo haz, denominado 'haz de referencia', se expande de manera similar usando lentes, pero está orientado para evitar la escena por completo y proceder directamente al medio de grabación.
Existe una variedad de materiales adecuados para su uso como medio de grabación holográfica. Entre las más utilizadas se encuentra una película que se parece mucho a la película fotográfica convencional (específicamente, una emulsión fotográfica de haluro de plata), pero que se distingue por unos granos reactivos a la luz significativamente más pequeños, idealmente con diámetros inferiores a 20 nm. Esta característica permite la alta resolución esencial para aplicaciones holográficas. Una capa de este medio de grabación, como el haluro de plata, normalmente se fija a un sustrato transparente, que suele ser vidrio, pero también puede ser plástico.
Procedimiento Holográfico
Al llegar al medio de grabación, las ondas de luz de los dos rayos láser se cruzan y generan un patrón de interferencia. Este patrón específico se imprime posteriormente en el medio de grabación. El patrón resultante parece aleatorio porque codifica la interacción entre la luz de la escena y la fuente de luz original, en lugar de la fuente de luz en sí. En consecuencia, este patrón de interferencia funciona como una representación codificada de la escena, lo que requiere la fuente de luz original como clave específica para la recuperación del contenido.
La clave necesaria se proporciona posteriormente dirigiendo un láser, idéntico al empleado durante la grabación del holograma, hacia la película revelada. A medida que este haz ilumina el holograma, sufre difracción por el patrón de superficie del holograma. Este proceso reconstruye un campo de luz que replica con precisión el generado inicialmente por la escena y esparcido en el medio holográfico.
Análisis comparativo con la fotografía
La holografía se puede comprender de manera más integral mediante un examen de sus diferencias con la fotografía convencional.
- A diferencia de una fotografía, que captura la luz desde una sola dirección, un holograma registra información sobre la luz dispersada desde la escena original en una multitud de direcciones. Esta grabación integral permite observar la escena desde varias perspectivas, simulando su presencia física.
- Si bien las fotografías convencionales se pueden capturar utilizando fuentes de luz estándar, como la luz solar o la iluminación artificial, la grabación de un holograma requiere el uso de un láser.
- La fotografía exige el uso de una lente para capturar una imagen, mientras que en la holografía, la luz que emana del objeto se dispersa directamente en el medio de grabación sin intermediarios ópticos.
- El proceso de grabación holográfica requiere la introducción de un segundo haz de luz, conocido como haz de referencia, que se dirige al soporte de grabación.
- Las fotografías se pueden observar en diversas condiciones de iluminación, a diferencia de los hologramas, que exigen una iluminación muy específica para una visualización adecuada.
- Si una fotografía se divide en dos, cada segmento resultante muestra solo la mitad de la escena original. Por el contrario, si un holograma se divide en dos, la escena completa permanece observable en cada fragmento. Este fenómeno se produce porque, a diferencia de una fotografía donde cada punto representa la luz dispersada desde un punto singular de la escena, cada punto en una grabación holográfica encapsula información sobre la luz dispersada desde cada punto dentro de la escena. Una analogía ilustrativa implica observar una calle desde el exterior de una casa, primero a través de una ventana grande y luego a través de una más pequeña. Si bien todos los elementos permanecen visibles a través de la ventana más pequeña (ajustando el ángulo de visión), la ventana más grande permite un campo de visión más amplio a la vez.
- Un estereograma fotográfico, una representación bidimensional, puede generar una ilusión tridimensional, pero sólo desde un punto de vista singular. Por el contrario, el rango de visión reconstruido de un holograma incorpora un número significativamente mayor de señales de percepción de profundidad inherentes a la escena original. Estas señales son posteriormente procesadas por el cerebro humano, lo que da como resultado una percepción de una imagen tridimensional idéntica a la experimentada durante la observación directa de la escena original.
- Mientras que una fotografía delinea explícitamente el campo de luz de la escena original, la superficie de un holograma revelado exhibe un patrón extremadamente fino y aparentemente estocástico que no guarda ningún parecido aparente con la escena grabada.
Física de la Holografía
Para comprender de manera integral el proceso holográfico, es esencial comprender la interferencia y la difracción. La interferencia se manifiesta cuando uno o más frentes de onda se superponen, mientras que la difracción ocurre cuando un frente de onda interactúa con una obstrucción. La explicación posterior de la reconstrucción holográfica se presenta únicamente a través de los principios de interferencia y difracción. Aunque algo simplificada, esta explicación proporciona una conceptualización suficientemente precisa de la operación holográfica.
Frentes de onda planos
Frentes de onda planos
Una rejilla de difracción constituye una estructura caracterizada por un patrón periódico. Un ejemplo sencillo es una placa metálica con ranuras espaciadas regularmente. Cuando una onda de luz incide sobre dicha rejilla, se resuelve en múltiples ondas difractadas, cuyos vectores direccionales se rigen por el espaciado de la rejilla y la longitud de onda de la luz incidente.
Para crear un holograma básico, se superponen dos ondas planas que se originan a partir de una fuente de luz idéntica a un medio de grabación holográfico. Su interferencia genera un patrón de franjas lineal, caracterizado por una variación sinusoidal de intensidad en todo el medio. La separación de estas franjas depende del ángulo entre las dos ondas y de la longitud de onda de la luz.
El patrón de luz registrado resultante funciona como una rejilla de difracción. Tras la iluminación con sólo una de las ondas originales, se observa que emerge una onda difractada en el ángulo preciso de la incidencia inicial de la segunda onda, logrando así su "reconstrucción". En consecuencia, este patrón de luz registrado constituye una grabación holográfica, consistente con la definición anterior.
Fuentes puntuales
Cuando un medio de grabación se expone a una fuente puntual y a una onda plana incidente perpendicularmente, el patrón generado se manifiesta como una placa de zona sinusoidal. Esta configuración se comporta como una lente Fresnel negativa, correspondiendo su distancia focal a la distancia entre la fuente puntual y el plano de grabación.
La iluminación de una lente negativa mediante un frente de onda plano hace que el frente de onda se expanda hasta formar una onda que aparentemente diverge del punto focal de la lente. Por lo tanto, cuando el patrón grabado se ilumina posteriormente con la onda plana inicial, una parte de la luz se difracta en un haz divergente, que replica la onda esférica original. Este proceso crea efectivamente una grabación holográfica de la fuente puntual.
Si la onda plana golpea el medio de grabación en un ángulo oblicuo durante la fase de grabación, el patrón resultante se vuelve más complejo. Sin embargo, conserva su función como lente negativa cuando se ilumina en el ángulo de incidencia original.
Objetos complejos
Para generar un holograma de un objeto complejo, un rayo láser se divide inicialmente en dos rayos de luz distintos. Un haz irradia el objeto, provocando que disperse la luz sobre el medio de grabación. Según la teoría de la difracción, cada punto dentro del objeto funciona como una fuente puntual individual de luz, lo que implica que el medio de grabación está efectivamente iluminado por una serie de fuentes puntuales situadas a diversas distancias de él.
El segundo haz, designado como haz de referencia, ilumina directamente el medio de grabación. Cada onda que se origina a partir de una fuente puntual interfiere con este haz de referencia, generando así una placa de zona sinusoidal distinta dentro del medio de grabación. El patrón acumulativo es la superposición de todas estas 'placas de zona' individuales, que en conjunto forman una apariencia moteada aleatoria.
Al iluminar el holograma mediante el haz de referencia original, cada placa de zona individual reconstruye la onda del objeto específico responsable de su creación. Estos frentes de onda individuales luego se fusionan para reconstruir la totalidad del haz del objeto. En consecuencia, el observador percibe un frente de onda indistinguible del que dispersa el objeto en el medio de grabación, creando la ilusión de que el objeto permanece presente incluso después de su eliminación física.
Aplicaciones
Arte
Desde sus inicios, los artistas reconocieron el potencial artístico de la holografía y buscaron acceso a laboratorios científicos para producir sus creaciones. El arte holográfico surge con frecuencia de colaboraciones entre científicos y artistas, aunque algunos practicantes de la holografía se identifican a sí mismos como artistas y científicos.
Salvador Dalí afirmó su papel pionero en la aplicación artística de la holografía. Si bien fue sin lugar a dudas el primer y más reconocido surrealista en involucrarse con este medio, su exposición de hologramas en Nueva York de 1972 fue precedida por exhibiciones de arte holográfico en la Academia de Arte Cranbrook en Michigan en 1968 y en la galería Finch College en Nueva York en 1970, esta última atrajo la atención de los medios nacionales. Al mismo tiempo, en Gran Bretaña, Margaret Benyon comenzó a utilizar la holografía como medio artístico a finales de la década de 1960, culminando con una exposición individual en la galería de arte de la Universidad de Nottingham en 1969. A esto le siguió en 1970 una presentación individual en la Galería Lisson de Londres, promocionada como la "primera exposición londinense de hologramas y pinturas estereoscópicas".
Durante la década de 1970, surgieron numerosos estudios de arte e instituciones educativas, cada uno de los cuales adoptó un enfoque metodológico distinto de la holografía. Ejemplos destacados incluyeron la Escuela de Holografía de San Francisco, fundada 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, convocados por Tung Jeong. Si bien estos primeros establecimientos ya no están operativos, instituciones contemporáneas como el Centro de Artes Holográficas de Nueva York y el HOLOcenter de Seúl ofrecen lugares para que los artistas desarrollen y muestren sus creaciones.
La década de 1980 fue testigo de una importante difusión de la holografía como medio artístico incipiente, facilitada en gran medida por numerosos profesionales, entre ellos Harriet Casdin-Silver (Estados Unidos), Dieter Jung (Alemania) y Moysés Baumstein (Brasil). Estos artistas buscaron colectivamente establecer un "lenguaje" artístico distinto para las obras holográficas tridimensionales, yendo más allá de las meras reproducciones de esculturas u objetos. En Brasil, por ejemplo, varios poetas concretos (Augusto de Campos, Décio Pignatari, Julio Plaza y José Wagner García, en colaboración con Moysés Baumstein) utilizaron la holografía como un nuevo medio de expresión y un método para revitalizar la poesía concreta.
Un grupo dedicado, aunque pequeño, de artistas contemporáneos continúa incorporando elementos holográficos en sus prácticas creativas. Estos artistas suelen utilizar metodologías holográficas innovadoras; por ejemplo, Matt Brand utilizó un diseño de espejo computacional para mitigar la distorsión de la imagen inherente a la holografía especular.
Tanto el Museo del MIT como Jonathan Ross mantienen importantes colecciones de holografía, complementadas con catálogos en línea que presentan hologramas artísticos.
Almacenamiento de datos
El almacenamiento de datos holográficos representa una metodología capaz de almacenar información a altas densidades dentro de materiales cristalinos o fotopoliméricos. La capacidad de almacenar volúmenes sustanciales de datos dentro de un medio determinado es de vital importancia, dada la amplia integración de dispositivos de almacenamiento en numerosos productos electrónicos. A medida que las tecnologías de almacenamiento existentes, ejemplificadas por los discos Blu-ray, se acercan a sus límites teóricos de densidad de datos (restringidos por las dimensiones limitadas por la difracción de los haces de escritura), el almacenamiento holográfico emerge como un candidato prometedor para la siguiente generación de medios de almacenamiento predominantes. Un beneficio clave de este paradigma de almacenamiento es la utilización de todo el volumen del medio de grabación, en lugar de limitarse a su superficie. Los moduladores de luz espacial (SLM) contemporáneos son capaces de generar aproximadamente 1.000 imágenes distintas por segundo con una resolución de 1.024 x 1.024 bits, lo que permite una velocidad de escritura de aproximadamente un gigabit por segundo.
En 2005, empresas como Optware y Maxell desarrollaron un disco de 120 mm que utiliza una capa holográfica para el almacenamiento de datos y ofrece una capacidad potencial de 3,9 TB. Este formato fue denominado Disco Versátil Holográfico. Sin embargo, en septiembre de 2014, no se había lanzado ningún producto comercial que empleara esta tecnología.
InPhase Technologies, otra entidad, estaba comprometida en el desarrollo de un formato rival; sin embargo, la empresa se declaró en quiebra en 2011, lo que llevó a la adquisición de todos sus activos por parte de Akonia Holographics, LLC.
Aunque numerosos paradigmas de almacenamiento de datos holográficos han empleado históricamente almacenamiento "basado en páginas", en el que cada holograma grabado encapsula un volumen sustancial de datos, las investigaciones contemporáneas sobre "microhologramas" de tamaño submicrométrico han arrojado varias soluciones prometedoras de almacenamiento de datos ópticos tridimensionales. Si bien esta metodología particular de almacenamiento de datos puede no alcanzar las elevadas velocidades de datos características del almacenamiento basado en páginas, presenta tolerancias, complejidades tecnológicas y costos de producción considerablemente reducidos para la implementación comercial.
Holografía dinámica
En la holografía estática, los procesos de grabación, revelado y reconstrucción se realizan secuencialmente, culminando en la creación de un holograma permanente.
Por el contrario, existen ciertos materiales holográficos que obvian la necesidad de un proceso de revelado, lo que permite una grabación rápida del holograma. Esta capacidad facilita la aplicación de la holografía para ejecutar diversas operaciones elementales de forma totalmente óptica. Las aplicaciones ilustrativas de estos hologramas en tiempo real abarcan espejos conjugados de fase (que permiten la "inversión temporal" de la luz), memorias caché ópticas, procesamiento de imágenes (como el reconocimiento de patrones para imágenes dinámicas) y computación óptica.
Los hologramas dinámicos facilitan el procesamiento de información de gran volumen, alcanzando terabits por segundo, debido a su operación paralela en toda una imagen. Esta capacidad de procesamiento paralelo mitiga el tiempo de grabación relativamente largo, generalmente del orden de microsegundos, en comparación con las rápidas velocidades de procesamiento de las computadoras electrónicas. Sin embargo, el procesamiento óptico mediante hologramas dinámicos presenta menos flexibilidad que los métodos electrónicos, ya que las operaciones deben abarcar siempre la imagen completa y se limitan fundamentalmente a la multiplicación o la conjugación de fases. Por el contrario, los sistemas ópticos realizan fácilmente sumas y transformadas de Fourier en materiales lineales, y una lente simple logra lo último, permitiendo así aplicaciones específicas como dispositivos ópticos de comparación de imágenes.
El desarrollo de nuevos materiales ópticos no lineales para la holografía dinámica constituye un área de investigación vibrante. Si bien se utilizan predominantemente cristales fotorrefractivos, también se han generado hologramas con éxito en una amplia gama de sustancias, incluidos semiconductores, heteroestructuras de semiconductores (por ejemplo, pozos cuánticos), vapores atómicos, gases, plasmas e incluso líquidos.
La conjugación de fase óptica representa una aplicación particularmente prometedora, que permite la eliminación de las distorsiones del frente de onda incurridas por un haz de luz que atraviesa un medio aberrante. Esto se logra retransmitiendo el haz a través del mismo medio con una fase conjugada. Esta capacidad resulta valiosa en contextos como las comunicaciones ópticas en el espacio libre, donde puede mitigar los efectos de la turbulencia atmosférica, el fenómeno responsable del aparente parpadeo de la luz de las estrellas.
Aplicaciones para aficionados
Desde los inicios de la holografía, numerosos profesionales han investigado sus posibles aplicaciones y han presentado sus creaciones al público.
En 1971, Lloyd Cross estableció la Escuela de Holografía de San Francisco, donde instruyó a aficionados en la creación de hologramas utilizando sólo un modesto láser de helio-neón (típicamente 5 mW) y un aparato económico y autofabricado. Tradicionalmente, se creía que la holografía requería una costosa configuración de mesa óptica de metal para asegurar rígidamente todos los componentes y suprimir las vibraciones que podrían degradar las franjas de interferencia y comprometer la calidad del holograma. La solución innovadora y de bajo costo de Cross implicó una caja de arena construida a partir de un muro de contención de bloques de hormigón sobre una base de madera contrachapada, sostenida por pilas de neumáticos usados para aislarla de las vibraciones del suelo y llena de arena lavada para eliminar el polvo. El láser estaba firmemente fijado a la pared de bloques de cemento. Se colocaron espejos y lentes básicos, esenciales para dirigir, dividir y expandir el rayo láser, a secciones cortas de tubos de PVC insertadas en la arena en posiciones precisas. Tanto el sujeto como el soporte de la placa fotográfica estaban igualmente soportados dentro de esta caja de arena. El holografo apagaba las luces de la habitación, obstruía el rayo láser cerca de su origen con un pequeño obturador controlado por relé, cargaba una placa fotográfica en su soporte en la oscuridad, salía de la habitación, esperaba varios minutos para la estabilización y luego iniciaba la exposición mediante la activación remota del obturador láser.
En 1979, Jason Sapan fundó Holographic Studios en la ciudad de Nueva York. Desde sus inicios, el estudio ha contribuido decisivamente a la producción de numerosas holografías para una clientela diversa, incluidos artistas y corporaciones. El propio Sapan ha sido caracterizado como el "último hológrafo profesional de Nueva York".
Un número importante de estos ológrafos dedicaron posteriormente sus esfuerzos a la creación de hologramas artísticos. En 1983, Fred Unterseher, cofundador de la Escuela de Holografía de San Francisco y distinguido artista holográfico, escribió el Manual de Holografía. Esta publicación accesible sirvió como guía práctica para la producción nacional de hologramas, atrayendo así a una nueva generación de holografistas y difundiendo técnicas sencillas para utilizar los materiales de grabación de haluro de plata AGFA que prevalecían en ese momento.
En 2000, Frank DeFreitas publicó el Libro de holografía de Shoebox, popularizando la aplicación de punteros láser económicos entre numerosos aficionados. La sabiduría convencional sostenía que los atributos específicos de los diodos láser semiconductores los hacían poco prácticos para aplicaciones holográficas. Sin embargo, la experimentación empírica reveló no sólo la falacia de esta suposición sino que también demostró que algunos diodos ofrecían una longitud de coherencia significativamente superior a la de los láseres de gas de helio-neón convencionales. Este avance resultó fundamental para los profesionales aficionados, dado que el costo de los diodos láser rojos había disminuido de varios cientos de dólares a principios de la década de 1980 a aproximadamente $5 después de su disponibilidad generalizada en el mercado como componentes rescatados de reproductores de CD y, posteriormente, de DVD desde mediados de la década de 1980 en adelante. En consecuencia, la comunidad mundial de holografistas aficionados cuenta ahora con miles.
A finales de 2000, los kits holográficos que incorporaban diodos punteros láser asequibles se volvieron accesibles en el mercado de consumo general. Estos kits facilitaron la creación de varios tipos de hologramas por parte de estudiantes, educadores y aficionados, eliminando la necesidad de equipos especializados y, posteriormente, surgieron como productos de consumo populares en 2005. La posterior introducción de kits holográficos con placas de autodesarrollo en 2003 simplificó aún más el proceso, permitiendo a los aficionados producir hologramas sin las complejidades del procesamiento químico húmedo.
En 2006, la disponibilidad de una cantidad sustancial de láseres verdes de grado holográfico excedentes (Coherent) C315) hizo que la holografía de gelatina dicromada (DCG) fuera accesible para los profesionales aficionados. La comunidad holográfica expresó su asombro por la notable sensibilidad del DCG a la luz verde. Los supuestos anteriores postulaban que dicha sensibilidad sería insignificante o totalmente inexistente. En respuesta, Jeff Blyth desarrolló la formulación G307 de DCG, que mejoró su velocidad y sensibilidad cuando se utiliza con estos novedosos láseres.
Kodak y Agfa, anteriormente principales fabricantes de placas y películas de haluro de plata de calidad holográfica, se han retirado de este segmento del mercado. Aunque otros fabricantes han abordado parcialmente esta brecha de suministro, un número significativo de holografistas aficionados sintetizan ahora sus propios materiales. Las formulaciones preferidas incluyen gelatina dicromada, gelatina dicromada sensibilizada con azul de metileno y preparaciones de haluro de plata que utilizan el método de difusión. Jeff Blyth ha difundido metodologías precisas para producir estos materiales en laboratorios modestos o entornos domésticos.
Una cohorte especializada de entusiastas aficionados incluso participa en la construcción de láseres pulsados personalizados para generar hologramas de sujetos animados y otros objetos inestables o dinámicos.
Interferometría holográfica
La interferometría holográfica (HI) constituye una metodología para cuantificar con precisión los desplazamientos estáticos y dinámicos de objetos que poseen superficies ópticamente rugosas, logrando precisión interferométrica óptica, específicamente a fracciones de una longitud de onda de luz. Además, HI facilita la detección de variaciones en la longitud del camino óptico dentro de medios transparentes, lo que permite la visualización y el análisis de fenómenos como el flujo de fluidos. Además, esta técnica es aplicable para generar contornos que delinean la morfología de la superficie o definen regiones de isodosis en dosimetría de radiación.
Esta técnica ha encontrado una amplia aplicación en la medición de tensión, deformación y vibración dentro de estructuras de ingeniería.
Microscopía interferométrica
Un holograma conserva información relativa tanto a la amplitud como a la fase de un campo óptico. Múltiples hologramas pueden almacenar colectivamente datos sobre una distribución de luz idéntica, incluso cuando se emiten en diversas direcciones. El análisis numérico de estos hologramas permite la emulación de una gran apertura numérica, mejorando en consecuencia las capacidades de resolución de la microscopía óptica. Esta técnica especializada se denomina microscopía interferométrica. Los avances contemporáneos en microscopía interferométrica han facilitado el logro de una resolución que se acerca al límite del cuarto de longitud de onda.
Sensores y Biosensores
Los hologramas se fabrican utilizando materiales modificados diseñados para interactuar con moléculas específicas, induciendo así alteraciones en la periodicidad marginal o el índice de refracción, lo que en consecuencia modifica el color del reflejo holográfico.
Aplicaciones de seguridad
Los hologramas cumplen una función de seguridad crucial porque su replicación a partir de un original requiere equipos costosos, especializados y tecnológicamente sofisticados, lo que hace que sea difícil falsificarlos. Su aplicación es amplia en numerosas monedas, incluidos 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 y 500 rupias; y todos los billetes actuales de dólar canadiense, kuna croata, corona danesa y euro. Además, los hologramas se integran en tarjetas de crédito y bancarias, pasaportes, documentos de identidad, libros, envases de alimentos, DVD y equipos deportivos. Estos hologramas se manifiestan en diversos formatos, que van desde tiras adhesivas laminadas en envases de bienes de consumo de rápido movimiento hasta etiquetas holográficas en productos electrónicos. Con frecuencia incorporan elementos textuales o pictóricos para salvaguardar las identidades y distinguir los artículos auténticos de las falsificaciones.
Se utilizan escáneres holográficos en las oficinas de correos, las principales compañías navieras y en los sistemas de transporte automatizados para determinar las dimensiones tridimensionales de los paquetes. Estos escáneres suelen combinarse con controladoras de peso, lo que facilita el preenvasado automatizado de volúmenes específicos, como los necesarios para envíos a granel en camiones o palés. Además, los hologramas fabricados dentro de elastómeros funcionan como indicadores de tensión y deformación; su elasticidad y compresibilidad significan que la presión y la fuerza aplicadas se correlacionan con la longitud de onda reflejada, lo que influye en su color. La técnica de la holografía también demuestra eficacia en dosimetría de radiación.
Placas de registro de alta seguridad
Los hologramas de alta seguridad se aplican a las matrículas de los vehículos, incluidas las de automóviles y motocicletas. Desde abril de 2019, se exigen placas holográficas para los vehículos en ciertas regiones de la India para mejorar la identificación y la seguridad, particularmente en casos de robo de vehículos. Estas placas almacenan datos electrónicos del vehículo, con un número de identificación único y una etiqueta de autenticidad.
Holografía utilizando otros tipos de ondas
Básicamente, los hologramas se pueden generar para cualquier tipo de onda.
La holografía electrónica implica la aplicación de técnicas holográficas a ondas de electrones en lugar de ondas de luz. Dennis Gabor desarrolló este método para mejorar la resolución y mitigar las aberraciones inherentes a los microscopios electrónicos de transmisión. Actualmente, se emplea ampliamente para investigar campos eléctricos y magnéticos dentro de películas delgadas, dado que estos campos pueden inducir un cambio de fase en la onda de interferencia que atraviesa la muestra. Los principios fundamentales de la holografía electrónica también son transferibles a la litografía de interferencia.
La holografía acústica facilita la creación de mapas de sonido para un objeto. Este proceso implica tomar numerosas mediciones del campo acústico en las proximidades del objeto, que luego se procesan digitalmente para reconstruir las "imágenes" del objeto.
La holografía atómica surgió de los avances en los componentes fundamentales de la óptica atómica. La integración de lentes de difracción de Fresnel y espejos atómicos representa una progresión lógica en la física y las aplicaciones de los haces atómicos. Innovaciones recientes, en particular espejos atómicos y espejos estriados, han proporcionado las herramientas necesarias para generar hologramas atómicos, aunque aún no se han comercializado.
La holografía por haz de neutrones se ha utilizado para visualizar las estructuras internas de objetos sólidos.
Los hologramas de rayos X se producen utilizando sincrotrones o láseres de electrones libres de rayos X como fuentes de radiación, con detectores pixelados como los CCD como medio de grabación. La reconstrucción holográfica se obtiene posteriormente mediante métodos computacionales. Dada la longitud de onda más corta de los rayos X en comparación con la luz visible, esta técnica permite obtener imágenes de objetos con una resolución espacial superior. Además, como los láseres de electrones libres pueden emitir pulsos de rayos X intensos, coherentes y ultracortos en el rango de femtosegundos, se ha empleado la holografía de rayos X para registrar procesos dinámicos ultrarrápidos.
Conceptos erróneos sobre la holografía
Numerosas ilusiones que se presentan como imágenes tridimensionales, parecen flotar en el espacio o exhiben otras semejanzas superficiales han sido identificadas incorrectamente como hologramas. Estos incluyen efectos generados por impresión lenticular, impresión de láminas iridiscentes, bubblegrams, la ilusión fantasma de Pepper (y sus iteraciones contemporáneas como Musion Eyeliner), tomografía y pantallas volumétricas. Estas ilusiones engañosas a veces se denominan "fauxlografía".
La técnica del fantasma de Pepper se emplea predominantemente en pantallas 3D que a menudo se comercializan o describen como "holográficas". Mientras que la ilusión teatral original utilizaba objetos físicos y artistas ubicados fuera del escenario, las iteraciones contemporáneas sustituyen el objeto original por una pantalla digital, representando imágenes a través de gráficos por computadora en 3D para proporcionar las señales de profundidad necesarias. Sin embargo, los reflejos de imágenes bidimensionales pueden presentar un realismo reducido en comparación con los objetos tridimensionales genuinos. Por el contrario, la retroproyección de imágenes realistas en pantallas semitransparentes puede lograr un efecto ilusorio idéntico. Ejemplos destacados de las ilusiones fantasmales digitales de Pepper incluyen actuaciones virtuales "en vivo" de Gorillaz (en los MTV Europe Music Awards de 2005 y la 48.ª edición de los premios Grammy), la aparición de Tupac Shakur en el Festival de Música y Artes de Coachella Valley de 2012, el supergrupo sueco ABBA, el grupo de rock estadounidense Kiss y varias aplicaciones que involucran a Hatsune Miku y otros sintetizadores de Vocaloid.
La holografía es fundamentalmente distinta de la especular. holografía, siendo este último un método para generar imágenes tridimensionales manipulando el movimiento de reflejos especulares en un plano bidimensional. Esta técnica opera mediante la manipulación reflectante o refractiva de haces de rayos de luz, en lugar de depender de fenómenos de interferencia y difracción.
Hologramas táctiles
En ficción
Se ha hecho amplia referencia a la holografía en diversos medios, incluidas películas, novelas y televisión, predominantemente dentro del género de ciencia ficción desde finales de la década de 1970. Los autores de ciencia ficción asimilaron conceptos erróneos populares sobre la holografía, que habían sido difundidos por científicos y empresarios demasiado entusiastas que se esforzaban por comercializar el concepto. En consecuencia, esto fomentó expectativas públicas infladas con respecto a las capacidades de la holografía, en gran parte atribuible a sus representaciones poco realistas en la mayoría de las obras de ficción, donde se representa como proyecciones de computadora completamente tridimensionales que ocasionalmente se vuelven táctiles a través de campos de fuerza. Ejemplos ilustrativos de tales representaciones incluyen el holograma de la princesa Leia en Star Wars, Arnold Rimmer de Red Dwarf (posteriormente convertido en "luz dura" para mayor solidez) y la Holodeck y el holograma médico de emergencia de Star Trek.
La holografía ha servido de inspiración para numerosos videojuegos que incorporan elementos de ciencia ficción. En muchos títulos, se ha empleado tecnología holográfica ficticia para reflejar malas interpretaciones del mundo real sobre las posibles aplicaciones militares de los hologramas, ejemplificadas por los "tanques espejismo" en Command & Conquer: Red Alert 2, que pueden camuflarse como árboles. Los personajes jugadores pueden desplegar señuelos holográficos en juegos como Halo: Reach y Crysis 2 para desorientar y desviar a los adversarios. La agente fantasma de Starcraft Nova posee "holo señuelo" como una de sus tres habilidades principales en Heroes of the Storm.
Sin embargo, las representaciones ficticias de hologramas han estimulado avances tecnológicos en otros dominios, como la realidad aumentada, cuyo objetivo es realizar las capacidades representadas en la ficción a través de metodologías alternativas.
Referencias
Referencias
Bibliografía
- Gabor, Dennis. "Autobiografía." Nobelprize.org, 30 de septiembre de 2004.
- "Holografía, Conferencia Nobel 1948-1971". Pronunciado el 11 de diciembre de 1971.
- Wilson, Tracy V. "Cómo funcionan los hologramas". Cómo funcionan las cosas, 30 de agosto de 2023.
- El emporio del pensamiento. "¡¡¡Haciendo hologramas reales!!!!!!" YouTube, 19 de noviembre de 2020.
- Sanderson, Grant (3Blue1Brown). "¿Cómo son posibles los hologramas?" YouTube, 5 de octubre de 2024.