Holografia

De Viquipèdia

L'holografia és una tècnica avançada de fotografia, que consisteix en crear imatges sobre suport pla que per il·lusió òptica semblen ser tridimensionals. Per fer-ho s’utilitza un raig làser que grava microscòpicament una pel·lícula fotosensible. Aquesta, al rebre llum des de la perspectiva adequada, projecta una imatge en tres dimensions. A més, processades i il·luminades de forma adequada, les imatges poden aparèixer sortint-se dels seus límits, enfora o endins del marc, i l'observador, sense necessitat de cap accessori, les pot veure sense discontinuitats i variant les perspectives depenent de la seva posició.

L’holografia va ser inventada el 1947 pel físic hongarès Dennis Gabor (1900-1979), que per això va rebre el Premi Nobel de Física el 1971. El descobriment va ser un inesperat resultat de la recerca per millorar els microscopi electrònic, en què Gabor va plantejar un problema interessant: quan s’il·lumina una escletxa amb llum d’un sol color, s’obté una figura de franges que permet conèixer la forma i dimensions de l'escletxa. Tenint la informació, què necessitaríem per veure l'escletxa? Gabor va descriure el procés de descodificació de la informació fotografiada: calia trobar la manera de registrar la inclinació dels rajos de llum que arriben a la pel·lícula fotogràfica.

La diferència entre l'holografia i la fotografia s’entén millor si es considera què és, de fet, una fotografia en blanc i negre: una recopilació punt per punt de la intensitat dels rajos de llum que formen una imatge. Cada punt de la fotografia recull només una cosa, la intensitat de l'ona de llum que ilumina aquell punt particular. En el cas d’una fotografia en color es recull una mica més d’informació (en efecte, la imatge s’emmagatzema tres vegades vista des de tres filtres de color diferents) de forma que a més de la intensitat es fa una reconstrucció de la longitud d’ona de la llum.

Tanmateix, la llum que produeix una escena real no es caracteritza només per la seva amplitud i longitud d’ona, sinó que també hem de tenir en compte la fase. En una fotografia, la fase de la llum provinent de l'objecte es perd. En un holograma, l'amplitud i la fase de la llum (normalment a una determinada longitud d’ona) queden gravades. Quan es reconstrueix la imatge, la llum provinent de l'holograma és idèntica a la que provenia de l'objecte, de forma que obtenim una perfecta imatge tridimensional (encara que normalment és monocromàtic, els hologrames en color són possibles).

Per gravar la fase d’una ona de llum a cada punt d’una imatge, l'holografia utilitza un feix de referència que es combina amb la llum provinent de l'objecte (el feix de l'objecte). La interferència entre el feix de referència i el feix de l'objecte, degut a la superposició de les ones de llum, produeix una sèrie de franges de diferents intensitats que poden ser gravades en una pel·lícula fotogràfica estàndard. Aquestes franges formen una mena de xarxa de difracció a la pel·lícula.

Procés de gravat d'hologrames

Un cop s’ha processat la pel·lícula, si il·luminem de nou amb el feix de referència, la difracció de la franja model sobre la pel·lícula reconstrueix el feix l'objecte original tant en intensitat com en fase. A causa d’això, la imatge que apareix és tridimensional; l'observador pot canviar el seu punt de vista i veure la imatge rotar exactament com ho faria l'objecte original.

Procés de reconstrucció de la imatge

Com que es necessita interferència entre el feix de referència i el feix de l'objecte, tipicament s’utilitza un làser per produir-la. La llum del làser és dividida en dos feixos, un formant el feix de referència i l'altre il·luminant l'objecte per formar el feix de l'objecte. S’utilitza el làser perquè la coherència dels feixos permet que es produeixi la interferència, tot i que els primers hologrames es van fer amb altres fonts de llum coherent (molt menys apropiades) com ara làmpares d’arc de mercuri.

La longitud de coherència del feix determina la profunditat màxima que pot tenir la imatge. Un làser típicament té una longitud de coherència d’uns quants centímetres, suficient per un holograma profund. Els punters làser tendeixen a tenir menys longitud de coherència i van ser considerats massa petits per fer holografia. S’ha demostrat que això era incorrecte, i s’han fet hologrames amb aquest tipus de làser amb èxit.

Es poden fer diversos tipus d’hologrames. Els primers varen ser hologrames anomenats de transmissió, els quals són vistos quan s’il·lumina a través d’ells amb un làser. Més tard es va inventar hologrames de transmissió que es poden veure quan són il·luminats amb llum blanca i que veiem habitualment en targetes de crèdit, CD’s, etc. Aquest tipus d’hologrames acostuma a incorporar una placa reflectant al darrere per tal de proporcionar la llum “del darrere” per reconstruir les imatges. Un segon tipus d’hologrames comprèn els de reflexió, en què la llum prové de la mateixa banda on es troba l'observador.

Un dels avenços més prometedors en la curta història de l'holografia ha estat la producció en massa de lasers de baix cost utilitzats en gravadores de DVD i per a altres aplicacions, a vegades també útils per a l'holografia. Aquests lasers barats, compactes, en estat solid poden substituir o complementar els cars làsers de gas que s’utilitzaven antigament per a fer els hologrames, i estan col·laborant a fer l'holografia més accessible.

El repte actual de l'holografia consisteix a poder registrar hologràficament amb llum blanca, ja que ja s’ha aconseguit projectar sobre una pantalla amb llum d’aquest tipus però encara no s’han pogut crear hologrames.