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

Presente y futuro de los televisores

Todos sabemos que lo que se lleva ahora en el mundo de los televisores es el LED (light emisor diode), ese pequeño pero gran invento que está ahora por todas partes: linternas, semáforos... y ahora televisores. Pero, ¿qué es realmente un televisor LED?
Realmente un televisor LED es un televisor LCD (liquid-crystal display) de los que hemos estado teniendo unos años para atrás.
Vamos a explicar el concepto de esta tecnología:

Para empezar tenemos que entender qué hace un polarizador. No es difícil de entender al nivel que queremos hacerlo aquí y es un pasito que tenemos que dar:
 La luz natural o "no polarizada" (la de una bombilla, el Sol...) es una onda electromagnética y como tal tiene un campo eléctrico perpendicular a la dirección de propagación de dicha luz. Por ser natural este campo vibra en todas direcciones. Si lo hacemos pasar por un polarizador lineal hacemos que éste campo eléctrico sólo vibre en una dirección como aparece en la siguiente figura.

Figura 1

 Como podéis ver el polarizador tiene un eje especial llamado "eje de transmisión" en el cuál vibra el campo eléctrico a la salida. ¿Qué pasa si ahora colocásemos un polarizador igual pero girado 90º con respecto al de la figura 1? Pues lo que pasa es que no tendríamos luz alguna. La relación de éste fenómeno va con el coseno del ángulo al cuadrado, lo que viene a decir que si los ponemos paralelos pasa el 100% de la luz (a la salida del segundo polarizador, a 90º no obtendríamos luz y en todos los términos medios obtendríamos cualquier porcentaje de luz entre 0 y 100%.
¿No es esto una manera de regular luz? Pero sería bastante complicado en un display tener un objeto como un polarizador girando a placer para nosotros. Pero por suerte tenemos el cristal líquido a nuestra disposición.

¿Qué es el cristal líquido?
Se puede decir que el cristal líquido es un estado de agregación de la materia entre líquido y sólido. 
Fue descubierto hace más de cien años (1888) por el botánico austriaco F. Reinitzer
Está constituidos por moléculas que están enrolladas y si aplicamos una diferencia de potencial entre las puntas de las moléculas estas se desenrollan. Esto afecta a la luz de manera que giran la polarización de la luz: si las moléculas está enrollada la polarización se gira y si están desenrolladas la polarización sigue sin verse alterada.
Pues prácticamente ya lo tenemos: colocamos luz, dos polarizadores cruzados, entre ellos moléculas de cristal líquido y algo para aplicarles corriente. Si no tenemos corriente obtendremos luz y si ponemos la corriente adecuada para desenrollar las moléculas tendremos luz máxima y con todas las corrientes intermedias tendremos la intensidad deseada.

Lo que nos falta son los píxeles. Cada píxel está compuesto por 3 colores (sin contar los nuevos televisores Quattron de Sharp que utilizan 4 colores): rojo, verde y azul. Con combinaciones de intensidades de estos 3 colores podemos conseguir toda la gama de colores que tenemos hoy en día

En la figura 2 tenemos un trocito de nuestra pantalla ya construida.

Figura 2

Ahora, ¿qué luz utilizamos?


En los "clásicos" televisores LCD la luz que se utiliza proviene de lámparas fluorescentes de cátodos fríos (CCFT) que vienen siendo los fluorescentes que utilizamos en cocinas, baños... pero con mayor calidad y con luz puramente blanca. Estos tubos son bastante grandes y provocan que estos televisores tengan un grosor considerable.
El otro inconveniente que tienen estos tubos que o están encendidos o apagados pero no se pueden apagar por zonas. Esto provoca que (un ejemplo muy claro) si estamos viendo una imagen fija en un de estos televisores donde la mitad izquierda es blanca y la otra mitad es negra, en la zona negra, como los tubos están encendidos porque el televisor está encendido no se ve ni mucho menos negra, se ve gris. Esto viene a consecuencia de que es prácticamente imposible que la salida de luz por el segundo polarizador sea perfectamente 0. Ya sea porque la diferencia de tensión entre el cristal líquido no es perfecta o porque los polarizadores no están perfectamente a 90º o una mezcla de ambos. El caso es que es algo que no se puede hacer: los negros en un televisor LCD son grises, no negros.

Entonces, ¿cómo solucionamos el problema del grosor y de los negros? Pues la respuesta es clara: con LEDs.

Si sustituimos los tubos CCFT por una matriz de LEDs que cubran la extensión de la pantalla (Full LED) disminuimos muchísimo el espesor. Además, podemos apagar los LEDs en las zonas negras de la imagen consiguiendo por fin negros reales pero esto no acaba aquí.
Además con el LED conseguimos un brillo mayor, unos colores más puros y un aprovechamiento de la luz muy superior que conlleva un ahorro de consumo eléctrico de un 40%

Pero, aunque esta tecnología está desde hace poco a nuestro alcance a un precio medianamente razonable podemos considerarla ya obsoleta.

¿Qué nos espera en el futuro (no muy lejano)?


Lo que nos espera es la tecnología OLED que ya está disponible en algunas pantalla de móviles (concretamente AMOLED).

Esta tecnología en su concepto es muchísimo más simple que la tecnología LCD. El significado de sus siglas es "diodo orgánico emisor de luz".

El OLED es un diodo que se basa en una capa electroluminiscente formada por una película de componentes orgánicos que reaccionan, a una determinada estimulación eléctrica, generando y emitiendo luz por sí mismos. Y aquí está la "gracia". Se iluminan por sí mismos sin necesidad de tener todas las capas de la Figura 2.


Existen muchas tecnologías OLED diferentes, tantas como la gran diversidad de estructuras (y materiales) que se han podido idear (e implementar) para contener y mantener la capa electroluminiscente, así como según el tipo de componentes orgánicos utilizados. 


Como ejemplos podemos encontrar según la tecnología relacionada al OLED el SM-OLED (Small-molecule OLED), el PLED (Polymer Light-Emitting Diodes), el TOLED (Transparent OLED) y el SOLED (Stacked OLED) y en cuanto a la matriz (el equivalente al TFT en la tecnología LCD) el PMOLED (Passive-matrix OLED), el AMOLED (Active-matrix OLED).


Ventajas del OLED
Son muchas las ventajas y aplicaciones "futurísticas" las que se le pueden dar a esta tecnología.
Para empezar, las capas orgánicas son más delgadas, luminosas y sobre todo flexibles. Aquí os dejo un ejemplo un poco burro quizás :D




además de menor consumo todavía, mayor contraste, brillo, más económicos en el futuro... y a mi, la que más me gusta y que habéis visto en el vídeo es la flexibilidad de algunas de estas tecnologías y por último, algunas son transparentes por lo que se podría colocar en una ventana y no apreciar nada hasta encenderlas, o colocarlo en una especie de plástico al estilo de Avatar.

Y por último, yendo un paso más allá (y sin meternos en la tecnología holográfica todavía) tenemos la tecnología OLET, la tecnología que podría reemplazar al OLED (Organic light-emitting transistors)

Figura 3

Esta tecnología promete ser 100 veces más eficiente que el OLED.
Consta de 3 capas:  La inferior que contiene la carga eléctrica, la intermedia que recibe la carga para emitir los fotones de luz y la superior, que sirve como filtro para dejar pasar o no dichos fotones. El conjunto de todo esto no supera los 62 nm de grosor. Para haceros una idea de que son 62 nanómetros estaríamos hablando de 16.000 veces más pequeño que el grosor de un cabello humano.


En no muchos años estaremos disfrutando de esta tecnología en teléfonos móviles, relojes, portátiles etc, etc pero para todo esto primero tendremos que comprarnos todos un televisor LED, y luego un OLED porque ya sabemos todos como funciona el mercado...