La imagen holográfica se usa cada vez más en la actualidad. Algunos incluso creen que eventualmente puede reemplazar los medios de comunicación que conocemos. Nos guste o no, pero ahora se usa activamente en una variedad de industrias. Por ejemplo, todos estamos familiarizados con las pegatinas holográficas. Muchos fabricantes los utilizan como medio de protección contra la falsificación. La foto de abajo muestra algunas de las pegatinas holográficas. Su uso es una forma muy eficaz de proteger bienes o documentos de la falsificación.
Historia del estudio de la holografía
La imagen tridimensional resultante de la refracción de los rayos comenzó a estudiarse hace relativamente poco tiempo. Sin embargo, ya podemos hablar de la existencia de una historia de su estudio. Dennis Gabor, científico inglés, definió por primera vez la holografía en 1948. Este descubrimiento fue muy importante, pero su gran significado en ese momento aún no era evidente. Los investigadores que trabajaban en la década de 1950 sufrían la f alta de una fuente de luz coherente, una propiedad muy importante para el desarrollo de la holografía. primer láserse hizo en 1960. Con este dispositivo es posible obtener luz que tenga suficiente coherencia. Juris Upatnieks e Immet Leith, científicos estadounidenses, lo utilizaron para crear los primeros hologramas. Con su ayuda, se obtuvieron imágenes tridimensionales de objetos.
En los años siguientes, la investigación continuó. Desde entonces, se han publicado cientos de artículos científicos que exploran el concepto de holografía y se han publicado muchos libros sobre el método. Sin embargo, estos trabajos están dirigidos a especialistas, no al lector en general. En este artículo intentaremos contar todo en un lenguaje accesible.
Qué es la holografía
Se puede proponer la siguiente definición: la holografía es una fotografía tridimensional obtenida mediante un láser. Sin embargo, esta definición no es del todo satisfactoria, ya que existen muchos otros tipos de fotografía tridimensional. Sin embargo, refleja lo más significativo: la holografía es un método técnico que permite "registrar" la apariencia de un objeto; con su ayuda, se obtiene una imagen tridimensional que parece un objeto real; el uso de láser jugó un papel decisivo en su desarrollo.
La holografía y sus aplicaciones
El estudio de la holografía nos permite aclarar muchas cuestiones relacionadas con la fotografía convencional. Como arte visual, las imágenes tridimensionales pueden incluso desafiar a estas últimas, ya que te permiten reflejar el mundo que te rodea de manera más precisa y correcta.
Los científicos a veces señalan épocas en la historia de la humanidad por medioconexiones que se conocían en ciertos siglos. Podemos hablar, por ejemplo, de los jeroglíficos que existían en el antiguo Egipto, de la invención de la imprenta en 1450. En relación con el progreso tecnológico observado en nuestro tiempo, nuevos medios de comunicación, como la televisión y el teléfono, han tomado una posición dominante. Aunque el principio holográfico aún está en pañales en lo que respecta a su uso en los medios, hay razones para creer que los dispositivos basados en él en el futuro podrán reemplazar los medios de comunicación que conocemos, o al menos expandir su alcance.
La literatura de ciencia ficción y la impresión convencional a menudo muestran la holografía bajo una luz distorsionada e incorrecta. A menudo crean una idea errónea acerca de este método. La imagen volumétrica, vista por primera vez, fascina. Sin embargo, no menos impresionante es la explicación física del principio de su dispositivo.
Patrón de interferencia
La capacidad de ver objetos se basa en el hecho de que las ondas de luz, refractadas por ellos o reflejadas por ellos, entran en nuestro ojo. Las ondas de luz reflejadas por algún objeto se caracterizan por la forma del frente de onda correspondiente a la forma de este objeto. El patrón de bandas oscuras y claras (o líneas) es creado por dos grupos de ondas de luz coherentes que interfieren. Así es como se forma una holografía volumétrica. En este caso, estas bandas en cada caso particular constituyen una combinación que depende únicamente de la forma de los frentes de onda de las ondas que interactúan entre sí. Talla imagen se llama interferencia. Se puede fijar, por ejemplo, en una placa fotográfica, si se coloca en un lugar donde se observe interferencia de ondas.
Variedad de hologramas
El método que le permite grabar (registrar) el frente de onda reflejado por el objeto y luego restaurarlo para que al observador le parezca que está viendo un objeto real, y es holografía. Este es un efecto debido al hecho de que la imagen resultante es tridimensional de la misma manera que el objeto real.
Hay muchos tipos diferentes de hologramas con los que es fácil confundirse. Para definir sin ambigüedad una especie en particular, se deben usar cuatro o incluso cinco adjetivos. De todo su conjunto, consideraremos solo las clases principales que utiliza la holografía moderna. Sin embargo, primero debe hablar un poco sobre un fenómeno de onda como la difracción. Es ella quien nos permite construir (o más bien reconstruir) el frente de onda.
Difracción
Si algún objeto se encuentra en el camino de la luz, proyecta una sombra. La luz se curva alrededor de este objeto, entrando parcialmente en el área de sombra. Este efecto se llama difracción. Se explica por la naturaleza ondulatoria de la luz, pero es bastante difícil explicarla estrictamente.
Solo en un ángulo muy pequeño la luz penetra en el área de la sombra, por lo que apenas lo notamos. Sin embargo, si hay muchos obstáculos pequeños en su camino, la distancia entre los cuales es solo unas pocas longitudes de onda de luz, este efecto se vuelve bastante notable.
Si la caída del frente de onda cae sobre un solo obstáculo grande, la parte correspondiente del mismo "se cae", lo que prácticamente no afecta el área restante de este frente de onda. Si hay muchos obstáculos pequeños en su camino, cambia como resultado de la difracción, de modo que la luz que se propaga detrás del obstáculo tendrá un frente de onda cualitativamente diferente.
La transformación es tan fuerte que la luz incluso comienza a extenderse en la otra dirección. Resulta que la difracción nos permite transformar el frente de onda original en uno completamente diferente. Así, la difracción es el mecanismo por el cual obtenemos un nuevo frente de onda. El dispositivo que lo forma de la manera anterior se llama rejilla de difracción. Hablemos de ello con más detalle.
Rejilla de difracción
Este es un plato pequeño con finos trazos rectos paralelos (líneas) aplicados en él. Están separados entre sí por una centésima o incluso una milésima de milímetro. ¿Qué sucede si un rayo láser se encuentra con una rejilla en su camino, que consta de varias franjas oscuras y brillantes borrosas? Una parte irá directamente a través de la rejilla y otra parte se doblará. Así, se forman dos nuevas vigas, que salen de la rejilla en cierto ángulo con respecto a la viga original y se ubican a ambos lados de la misma. Si un rayo láser tiene, por ejemplo, un frente de onda plano, dos nuevos rayos formados a los lados también tendrán frentes de onda planos. Así, pasando porrejilla de difracción del rayo láser, formamos dos nuevos frentes de onda (planos). Aparentemente, una rejilla de difracción se puede considerar como el ejemplo más simple de un holograma.
Registro de holograma
La introducción a los principios básicos de la holografía debe comenzar con el estudio de dos frentes de onda planos. Al interactuar, forman un patrón de interferencia, que se registra en una placa fotográfica colocada en el mismo lugar que la pantalla. Esta etapa del proceso (la primera) en holografía se denomina grabación (o registro) del holograma.
Restauración de imagen
Supondremos que una de las ondas planas es A y la segunda es B. La onda A se denomina onda de referencia y la B se denomina onda de objeto, es decir, reflejada por el objeto cuya imagen es fija. No puede diferir de ninguna manera de la onda de referencia. Sin embargo, al crear un holograma de un objeto real tridimensional, se forma un frente de onda mucho más complejo de luz reflejada desde el objeto.
El patrón de interferencia presentado en una película fotográfica (es decir, la imagen de una red de difracción) es un holograma. Puede colocarse en la trayectoria del haz primario de referencia (un haz de luz láser con un frente de onda plano). En este caso, se forman 2 nuevos frentes de onda en ambos lados. El primero de ellos es una copia exacta del frente de onda del objeto, que se propaga en la misma dirección que la onda B. La etapa anterior se denomina reconstrucción de imagen.
Proceso holográfico
El patrón de interferencia creado por dosondas planas coherentes, tras su registro en una placa fotográfica, es un dispositivo que permite, en el caso de iluminación de una de estas ondas, restituir otra onda plana. El proceso holográfico, por lo tanto, tiene las siguientes etapas: registro y posterior "almacenamiento" del frente del objeto de onda en forma de holograma (patrón de interferencia), y su restauración después de cualquier momento en que la onda de referencia pase a través del holograma.
El frente de onda objetivo en realidad puede ser cualquier cosa. Por ejemplo, puede reflejarse desde algún objeto real, si al mismo tiempo es coherente con la onda de referencia. Formado por dos frentes de onda cualesquiera con coherencia, el patrón de interferencia es un dispositivo que permite, por difracción, transformar uno de estos frentes en otro. Es aquí donde se esconde la clave de un fenómeno como la holografía. Dennis Gabor fue el primero en descubrir esta propiedad.
Observación de la imagen formada por el holograma
En nuestro tiempo, se empieza a utilizar un dispositivo especial, un proyector holográfico, para leer hologramas. Le permite convertir una imagen de 2D a 3D. Sin embargo, para ver hologramas simples, no se requiere ningún proyector holográfico. Hablemos brevemente sobre cómo ver esas imágenes.
Para observar la imagen formada por el holograma más simple, debe colocarlo a una distancia de aproximadamente 1 metro del ojo. Debe mirar a través de la rejilla de difracción en la dirección en la que salen las ondas planas (reconstruidas). Dado que son las ondas planas las que entran en el ojo del observador, la imagen holográfica también es plana. Nos parece una "pared ciega", que está uniformemente iluminada por una luz que tiene el mismo color que la radiación láser correspondiente. Dado que este "muro" carece de características específicas, es imposible determinar qué tan lejos está. Parece como si estuvieras mirando una pared extendida ubicada en el infinito, pero al mismo tiempo ves solo una parte de ella, que puedes ver a través de una pequeña "ventana", es decir, un holograma. Por lo tanto, un holograma es una superficie uniformemente luminosa en la que no notamos nada digno de atención.
La rejilla de difracción (holograma) nos permite observar varios efectos simples. También se pueden demostrar usando otros tipos de hologramas. Al pasar a través de la rejilla de difracción, el haz de luz se divide y se forman dos nuevos haces. Los rayos láser se pueden utilizar para iluminar cualquier rejilla de difracción. En este caso, la radiación debe diferir en color de la utilizada durante su registro. El ángulo de flexión de un haz de color depende del color que tenga. Si es rojo (la longitud de onda más larga), ese rayo se desvía en un ángulo mayor que el rayo azul, que tiene la longitud de onda más corta.
A través de la rejilla de difracción, se puede omitir una mezcla de todos los colores, es decir, el blanco. En este caso, cada componente de color de este holograma se dobla en su propio ángulo. La salida es un espectro.similar a la creada por un prisma.
Colocación del trazo de la rejilla de difracción
Los trazos de la rejilla de difracción deben hacerse muy cerca uno del otro para que se note la curvatura de los rayos. Por ejemplo, para doblar el haz rojo en 20°, es necesario que la distancia entre los trazos no supere los 0,002 mm. Si se colocan más cerca, el haz de luz comienza a curvarse aún más. Para "grabar" esta rejilla se necesita una placa fotográfica, que sea capaz de registrar detalles tan finos. Además, es necesario que la placa permanezca completamente inmóvil durante la exposición, así como durante el registro.
La imagen puede verse significativamente borrosa incluso con el más mínimo movimiento, y tanto que será completamente indistinguible. En este caso, no veremos un patrón de interferencia, sino simplemente una placa de vidrio, uniformemente negra o gris en toda su superficie. Por supuesto, en este caso, los efectos de difracción generados por la rejilla de difracción no se reproducirán.
Hologramas de transmisión y reflexión
La red de difracción que hemos considerado se llama transmisiva, ya que actúa en la luz que la atraviesa. Si aplicamos las líneas de rejilla no sobre una placa transparente, sino sobre la superficie de un espejo, obtendremos una rejilla de difracción reflectante. Refleja diferentes colores de luz desde diferentes ángulos. En consecuencia, hay dos grandes clases de hologramas: reflexivos y transmisivos. Los primeros se observan en luz reflejada, mientras que los segundos se observan en luz transmitida.
