Holografía

Qué es

Pues básicamente la holografía consiste en un tipo de fotografía que captura muchísima más información que la fotografía convencional: somos capaces de simular un frente de onda. Esto conlleva cosas tan impresionantes como que si nos movemos vemos otra perspectiva del objeto como si estuviese ahí realmenete y cosas tan curiosas como que si rompemos el holograma cada uno de los trozos nos dará una perspectiva completa de la imagen.

Podéis pensar en un holograma como si estuviésemos creando una ventana por la cuál podemos mirar. Si tapamos toda la ventana menos un trocito pequeño podemos seguir viendo todo lo que hay fuera solo que tenemos que acercarnos más.
Aquí os dejo una pequeña definición de lo que es el frente de onda:


Se denomina frente de onda al lugar geométrico en que los puntos del medio son alcanzados en un mismo instante por una determinada onda

La fotografía convencional captura intensidad de luz: si un objeto es más brillante o menos brillante y si esto lo hacemos con 3 filtros (rojo,verde,azul)  pues ya tenemos una foto en color. Pero ahí se termina la historia: capturamos sólo la intensidad.

Cada circunferencia es un frente de onda

¿Cómo se crean?

La técnica fue inventada en 1947 por Dennis Gabor. Sin embargo no fue hasta la invención del laser 10 años más tarde cuando esta técnica se pudo realizar con "facilidad".

Hay diversos tipos de hologramas: de transmisión, de reflexión, enfocados, visibles con luz blanca, con luz monocromática, en color... pero básicamente el objetivo de todos es el mismo: interferometría.

Nuestro objetivo va a ser grabar en una película holográfica -con resoluciones altísimas y una sensibilidad bajísima- (aproximadamente 1 ASA!!) la interferencia de dos ondas: la de el rayo de referencia y la de la luz que emite el objeto (también proveniente de la misma fuente).Esto hace que los objetos tengan que estar muy quietos y que además consiguamos una profundidad de campo bastante limitada...

Hologramas de Transmisión

Set-up para crear un holograma de transmisión

Como podéis ver en la figura iluminamos el objeto con el láser y además directamente la película holográfica también con el láser (rayo de referencia). Con esto conseguimos que en la película se creen franjas oscuras donde las ondas se suman constructivamente y zonas blancas (no expuestas a la luz) donde las ondas del objeto y del rayo de referencia se suman desctructivamente (se restan, se anulan) -por venir de la misma fuente los dos rayos, si no no sería posible-. Para  ver cómo funciona a nivel microscópico mejor utilizar algo más simple y luego extrapolarlo.

Imaginemos un objeto pequeño y un rayo de referencia: al grabarlo por este proceso obtendremos franjas en la película holográfica de esta manera:

Grabado holográfico de un objeto puntual

Como podéis ver el rayo de referencia (más bien frente de onda) es plano. Esto quiere decir que nuestro rayo viene del infinito.Con esto eliminamos la variable de "donde tenemos el rayo de referencia"-lo ponemos en el infinito (colimarlo) y listo-. También véis que las ondas que emite el objeto (siempre refelejada de la misma fuente láser) emite ondas. Podéis ver que en el plano de la emulsión se crean zonas con exposición y otras sin exposición.

Bueno, ya tenemos grabado nuestro holograma. Ahora ¿qué necesitamos para verlo? Pues necesitamos iluminar el holograma con el mismo rayo de referencia que hemos utilizado (utilidad en criptografía)

Reconstrucción del Holograma de transmisión

Y ya lo tenemos. Como por arte de magia (más bien por el principio de Huygens-Fresenl) al hacer pasar el rayo original por nuestro entramado de franjas ¡¡¡conseguimos que a la salida obtengamos un frente de onda exactamente igual al que produciría nuestro objeto si estuviese ahí!!!
Para objetos complejos el patrón será mucho más complicado pero todo será igual que para un objeto sencillo.

Imagen de microscopio de un holograma (No es la emulsión completa)

Imagen reconstruida a partir del holograma de la figura anterior

Hologramas de Reflexión
Como hemos visto en los hologramas de transmisión necesitamos un láser para el visionado del holograma y además el holograma se ve en un sólo color (el del láser). Pero esto no tiene por que ser siempre así.

Set-up para crear un holograma de reflexión

Lo bueno de estos hologramas es que pueden ser reproducidos con luz blanca (una lámpara, el Sol...) lo que nos permite prescindir del láser para su visionado. La emulsión holográfica para este tipo de hologramas es diferente. Es una emulsión más gruesa que funciona por la interferencia de la luz procedente de ambos lados de la emulsión: por un lado el láser y por otra la luz láser reflejada en el objeto. La emulsión se graba de manera que sólo deja pasar a su través luz de la misma longitud de onda con la que se grabó. Si se grabó con un láser verde aunque iluminemos con luz blanca el objeto aparecerá con ese color (¿recordáis los de las baterías de los móviles?).

Además están los llamados "Hologramas de arco iris" los cuales cuando los observamos con luz blanca y los movemos en cada dirección se ve de un color diferente. Podéis verlos en el papel moneda y también en etiqueteas de seguridad en muchos establecimientos.

Holograma de arco iris

También podemos encontrar hologramas de color verdadero (True Color Holograms). Básicamente consisten en poner filtros de colores a modo de píxeles (rojo verde y azul) delante de la emulsión holográfica y 3 lásers, también cada uno de cada color para "holografiarlos". Con esto conseguimos 3 interferencias, una para cada color que luego serán posibles de observar.

El futuro de la holografía
Bueno, aparte de los hologramas que se pueden crear hoy en día con varios proyectores y demás yo veo que la holografía pura será el futuro del cine y de la televisión.
Yo pienso (y esto es algo personal y seguramente mucha gente lo considere una locura...) que en un futuro con la tecnología OLED y sobre todo el OLET será posible hacer pantallas con resoluciones bestiales y simular matemáticamente el patrón de que deberá hacer la pantalla para que al iluminarla (por detrás al igual que todos los televisores actuales) crear el frente de onda exacto que produciría. Por ejemplo, toda una panorámica de Time Square. Supongo que también se inventará una tecnología capaz de captar esas imágenes con la velocidad que capturamos todas las imágenes que hay en una película de video.

El cine seguramente irá por otro camino ( manteniendo la proyección) pero estoy 200% seguro de que el futuro de la televisión pasa por la holografía: imágenes sin límite de profundidad en 3D y sin necesidad de gafas. Pronto será posible ver los hologramas que tanto impactaron en Star Wars pero además: a todo color.

Además esta técnica tiene otras utilidades como medidas microscópicas de deformaciones en materiales, criptografía...pero no he querido alargarme más en esta entrada.
Espero que os haya gustado