Holografía
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Holografía. Es una técnica avanzada de fotografía, que consiste en crear imágenes tridimensionales. Para esto se utiliza un rayo láser, que graba microscópicamente una película fotosensible. Ésta, al recibir la luz desde la perspectiva adecuada, proyecta una imagen en tres dimensiones.
Sumario
Historia
En 1948 propuso Dennis Gabor un método nuevo de obtener imágenes radicalmente distinto de los utilizados en los instrumentos ópticos ordinarios. Por este descubrimiento fue galardonado en 1971 con el premio Nobel de Física. La esencia de este método consiste en lo siguiente.
Las imágenes que se obtienen con los instrumentos ópticos ordinarios (cámara fotográfica, linterna de proyección, proyector cinematográfico, ojo, etc.) registran la intensidad de las ondas, o sea, el cuadrado de su amplitud
La fase de la onda se pierde en este caso. Gábor propuso utilizar el fenómeno de la interferencia para registrar las relaciones entre las frecuencias y las fases de la onda y después emplear la figura obtenida para reconstruir las relaciones entre las amplitudes. Si en la fotografía ordinaria sólo se registra un parámetro de la onda, su amplitud, por el método de Gábor se registra una información completa de todos los parámetros de la onda: frecuencia, fase y amplitud. La figura de interferencia que resulta en este caso se llama holograma, y el método para obtener la imagen, holografía.
Holograma
Para obtener el holograma se dirige un haz de luz 1 sobre un espejo semitransparente M que lo divide en dos haces. El haz de referencia 2 incide directamente sobre la placa fotográfica F; el haz objeto o señal 3 ilumina el objeto S y se difunde. Parte de la luz difusa incide sobre la placa fotográfica, en la que interfiere con el haz de referencia. La figura de interferencia que se produce se fija en la emulsión fotosensible. Esto es el holograrna.
Por su aspecto externo el holograma no se parece en nada al objeto. Es un sistema de máximos y mínimos de interferencia análogos, por ejemplo, a un sistema de anillos de Newton
Conviene llamar la atención al hecho de que entre los haces 2 y 3 existe una gran diferencia de marcha, desde unas decenas de centímetros hasta varios metros. Esto crea ciertas dificultades en el proceso de obtención del holograma.
El espejo semitransparente divide cada haz luminoso en dos, los cuales, al encontrarse, deben dar una figura de interferencia. Pero ésta sólo se produce si en el punto dadodel espacio se encuentran oscilaciones pertenecientes a un mismo tren de ondas. Esto debe durar un intervalo de tiempo conmensurable con el tiempo de paso del tren. La longitud del tren L debe ser decenas e incluso centenares de veces mayor que la diferencia de marcha (fig. 66.20, a). En este caso la sucesión de los trenes en el punto de observación será cofásica, las ondas serán coherentes y se observará la figura de interferencia.Pero si la diferencia de marcha resulta ser aproximadamente igual a la longitud del tren), la sucesión de los trenes en la onda de referencia y en la de objeto se efectúa Independientemente y la figura de interferencia desaparece.
La coherencia y cromaticidad de las fuentes ordinarias de luz son insuficientes para obtener los hologramas. Precisamente por eso, como dijo Gábor, la holografía sufrió un letargo de quince años. Hasta 1962— 1963 no se inventaron los generadores ópticos cuánticos o láseres que emiten una luz muy coherente con longitud de tren varios millares de veces mayor que la de los trenes de las fuentes de luz ordinarias (por ejemplo, de las lámparas de mercurio). Con la luz coherente de los láseres se consiguen hologramas de buena calidad.
Esquema de la reconstrucción de la imagen
El haz de reconstrucción 4 de luz coherente incide sobre el holograma bajo el mismo ángulo con que el haz de referencia 2 incidió sobre la placa fotográfica. Al difundirse en los máximos y mínimos de interferencia registrados en el holograma, la luz se transforma en dos haces, uno divergente 5 y otro convergente 6.
El haz 6 da una imagen real en relieve del objeto 87. Esta tiene el defecto, como se ve en la figura, de ser una imagen especular, lo que no siempre es conveniente.
Para la observación se utiliza por lo general el haz divergente 5. El ojo, situado frente a él, mira a través del holograma como por una ventana y ve la imagen virtual del objeto S, que coincide exactamente con el objeto.
Un método pasa obtener hologramas en color fue propuesto en 1962 por Yu. N. Denisiuk1 basándose en la idea de Lipman sobre la fotografía en colores de las interferencias. En la figura la onda de referencia 1 y la onda objeto 2 inciden por los dos lados sobre una capa gruesa de emulsión fotosensible E1 en la cual se produce un sistema de ondas estacionarias. Para la reconstrucción el holograma se ilumina bajo el mismo ángulo con la onda de reconstrucción 3 que se difunde en los vientres de la onda estacionaria. El observador percibe el haz difuso 4 y ve la imagen virtual S•La peculiaridad del holograma en colores consiste en que los vientres formados por las ondas de diferente longitud se encuentran en distintas.Por lo tanto, si el holograma se ilumina con luz en sus distintas partes se amplifican las ondas correspondientes al color que sirvió de base para el holograma ve la imagen en colores y relieve del objeto.
Por el descubrimiento del método para obtener holograma en colores, le fue concedido a Yu.N.Denisiuk el premio Lenin.
Ventajas que tiene el método hololográfico
1-En la fotografía ordinaria cada parte de la emulsión presenta una parte separada del objeto. Por eso la información que contiene una ,parte de la fotografía no tiene ninguna relación con la información que contiene otra parte. La destrucción de una parte cualquiera de una fotografía significa la pérdida de la información correspondiente.
En el holograma cada una de sus partes contiene información sobre toda la figura, por lo que la imagen que se obtiene, incluso de una parte pequeña del holograma, es una representación total y correcta del objeto, aunque menos brillante y nítida. Esto es análogo a como, utilizando un pequeño trozo de lente, se puede obtener la imagen de un objeto que con la lente entera, aunque su calidad sea algo peor. Como almacén de información, el holograma es mucho más seguro que la fotografía ordinaria.
2- Elholograma se caracteriza por tener una capacidad de información mucho mayor que la fotografía. Así, si en una hoja de papel fotográfico o en una placa de 6 x 9 mm puede caber una página de texto impreso, en la misma superficie se puede inscribir, en dependencia de la calidad de la emulsión, de 100 a 300 hologramas. En la actualidad con el aumento brusco experimentado por la producción tipográfica, el problema del almacenamiento compacto de la información se ha agudizado y en el futuro se agudizará aún más. La holografía da la posibilidad de resolver este problema.
3- Por la holografía se puede resolver el problema de la creación del cine y la televisión estereoscópica en colores.
4- Si la longitud l‘ de la onda de reconstrucción de la imagen es mayor que la longitud ? de la onda con que se obtuvo el holograma, la imagen será mayor que el objeto en la proporción ?‘D. Esto permite elevar mucho el aumento y el poder separador del microscopio. Pero este microscopio es por ahora cosa futura.
Advertimos, sin embargo, que esto también tiene un límite: la longitud de onda 2’ del haz de reconstrucción debe ser varias veces menor que la distancia entre las franjas de interferencia. En el caso contrario la emulsión resultará ser para esta onda un medio homogéneo ( 62.8) y el efecto holográfico desaparecerá.
5- Tiene gran interés la holografía acústica. Las ondas sonoras coherentes se obtienen con mucha facilidad y e] sonido (o ultrasonido) se propaga bien en los líquidos y sólidos. Por eso es fácil conseguir un holograma tridimensional acústico de objetos opacos. Si después se reconstruye la imagen con luz visible, podemos ver la estructura interna de estos cuerpos, por ejemplo, la estructura do una varilla metálica, de una viga de hormigón o las entrañas del organismo. Tanto para la técnica como para la medicina esto ofrece un interés colosal. La principal dificultad con que se tropieza en este caso son los métodos para registrar y fijar los hologramas acústicos.
Fuente
B.M.Yavorski,A.A.Pinski. Fundamentos de Física II. Oscilaciones y ondas . Física Cuántica. Editorial MIR. Moscú,1983.240-244P.
