{"id":87,"date":"2010-06-17T11:11:22","date_gmt":"2010-06-17T15:11:22","guid":{"rendered":"http:\/\/blog.espol.edu.ec\/oireyes\/?p=87"},"modified":"2010-06-22T12:18:55","modified_gmt":"2010-06-22T16:18:55","slug":"hiatoria-de-la-holografia","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.espol.edu.ec\/oireyes\/2010\/06\/17\/hiatoria-de-la-holografia\/","title":{"rendered":"Historia de la Holografia"},"content":{"rendered":"

HOLOGRAF\u00cdA<\/strong><\/p>\n

El inventor de la holograf\u00eda fue Dennis Gabor (1900-1981), nacido en Budapest, Hungr\u00eda. Estudi\u00f3 y recibi\u00f3 su doctorado en la Technische Hochschule en Charlottenburg, Alemania, y despu\u00e9s fue investigador de la compa\u00f1\u00eda Siemens & Halske en Berl\u00edn, hasta 1933. Despu\u00e9s se traslad\u00f3 a Inglaterra, donde permaneci\u00f3 hasta su muerte. Viajaba muy frecuentemente a los Estados Unidos, donde trabajaba durante parte de su tiempo en los laboratorios CBS en Stanford, Conn. Dennis Gabor recibi\u00f3 el premio Nobel de F\u00edsica, en 1971.<\/p>\n

En 1947, m\u00e1s de diez a\u00f1os antes de que se construyera el primer l\u00e1ser de helio-ne\u00f3n, Dennis Gabor buscaba un m\u00e9todo para mejorar la resoluci\u00f3n y definici\u00f3n del microscopio electr\u00f3nico, compensando por medios \u00f3pticos las deficiencias de su imagen. Gabor se propuso realizar esto mediante un proceso de registro fotogr\u00e1fico de im\u00e1genes al que llam\u00f3 holagraf\u00eda, que viene del griego holos, que significa completo, pues el registro que se obtiene de la imagen es completo, incluyendo la informaci\u00f3n tridimensional. El m\u00e9todo ideado por Gabor consist\u00eda en dos pasos, el primero de los cuales era el registro, en una placa fotogr\u00e1fica, del patr\u00f3n de difracci\u00f3n producido por una onda luminosa (o un haz de electrones en el caso del microscopio electr\u00f3nico) cuando pasa por el objeto cuya imagen se desea formar. El segundo paso era pasar un haz luminoso a trav\u00e9s del registro fotogr\u00e1fico, una vez revelado. La luz, al pasar por esta placa, se difractaba de tal manera que en una pantalla colocada adelante se formaba una imagen del objeto. Gabor no tuvo \u00e9xito con su prop\u00f3sito fundamental, que era mejorar las im\u00e1genes del microscopio electr\u00f3nico, pero si obtuvo un m\u00e9todo nuevo e interesante para formar im\u00e1genes. Hab\u00eda formado el primer holograma, aunque obviamente era muy rudimentario si lo comparamos con los modernos. Para comenzar, la imagen era muy confusa debido a que las diferentes im\u00e1genes que se produc\u00edan no se separaban unas de otras. Por otro lado, las fuentes de luz coherente de la \u00e9poca no permit\u00edan una iluminaci\u00f3n razonablemente intensa del holograma, lo que hac\u00eda muy dif\u00edcil su observaci\u00f3n. Sin embargo, las bases de la holograf\u00eda quedaron as\u00ed establecidas.<\/p>\n

En 1950 Gordon Rogers explor\u00f3 la t\u00e9cnica de Gabor, obteniendo una idea mucho m\u00e1s clara de los principios \u00f3pticos que estaban en juego. Dos a\u00f1os m\u00e1s tarde, en 1952, Ralph Kirkpatrick y sus dos estudiantes, Albert Baez y Hussein El-Sum, se interesaron en la holograf\u00eda y contribuyeron a ampliar los conocimientos sobre ella. El-Sum produjo la primera tesis doctoral en holograf\u00eda. Adolph Lomann aplic\u00f3 por primera vez en Alemania las t\u00e9cnicas de la teor\u00eda de la comunicaci\u00f3n a la holograf\u00eda, y como consecuencia sugiri\u00f3 lo que ahora se conoce como el \"m\u00e9todo de banda lateral sencilla\", para separar las diferentes im\u00e1genes que se produc\u00edan en el holograma. As\u00ed, los conocimientos sobre holograf\u00eda avanzaban cada vez m\u00e1s, pero en todos estos estudios el obst\u00e1culo principal era la falta de fuentes de luz coherentes suficientemente brillantes.<\/p>\n

Holograf\u00eda
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Figura 36. Esquemas de la exposici\u00f3n y reconstrucci\u00f3n de un holograma: (a) exposici\u00f3n y (b) reconstrucci\u00f3n<\/p>\n

Desconociendo totalmente los trabajos sobre holografia, Emmett N. Leith, un investigador en ingenier\u00eda el\u00e9ctrica de la Universidad de Michigan, buscaba en 1956 un m\u00e9todo para registrar y mostrar gr\u00e1ficamente la forma de onda de las se\u00f1ales de radar, usando t\u00e9cnicas \u00f3pticas. En 1960, cuando ya pr\u00e1cticamente ten\u00eda la soluci\u00f3n a su problema, se enter\u00f3 de los trabajos de Gabor y de sus sucesores, d\u00e1ndose as\u00ed cuenta de que en realidad hab\u00edan redescubierto la holograf\u00eda. A partir de entonces el objetivo de esos trabajos fue perfeccionar el m\u00e9todo. La soluci\u00f3n que encontr\u00f3 Leith, con la colaboraci\u00f3n de su coleg Juris Upatnieks, eliminaba el principal problema de la holograf\u00eda de Gabor, de que no solamente se produc\u00eda una imagen del objeto deseado sino dos, una real y una virtual, que mezcladas entre s\u00ed y con la luz incidente produc\u00edan una imagen muy difusa. La t\u00e9cnica inventada por Emmett N. Leith y Juris Upatnieks resuelve el problema, pues encuentra la forma de separar estas im\u00e1genes. Como adem\u00e1s ya exist\u00eda el l\u00e1ser de gas, los resultados encontrados en poco tiempo fueron impresionantes. Los logros de Leith y Upatnieks se publicaron en los a\u00f1os de 1961 y 1962.<\/p>\n

Holograf\u00eda
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Figura 37. Formaci\u00f3n de un holograma, sobre una mesa estable, en el Centro de Investigaciones en \u00d3ptica.<\/p>\n

BASES DE LA HOLOGRAF\u00cdA<\/strong><\/p>\n

El m\u00e9todo inventado por Leith y Upatnieks para hacer los hologramas consiste primeramente en la iluminaci\u00f3n con el haz luminoso de un l\u00e1ser, del objeto cuya imagen se quiere registrar. Se coloca despu\u00e9s una placa fotogr\u00e1fica en una posici\u00f3n tal que a ella llegue la luz tanto directa del l\u00e1ser, o reflejada en espejos planos, como la que se refleja en el objeto cuya imagen se desea registrar (Figura 36a). Al haz directo que no proviene del objeto se le llama haz de referencia y al otro se le llama haz del objeto. Estos dos haces luminosos interfieren al coincidir sobre la placa fotogr\u00e1fica. La imagen que se obtiene despu\u00e9s de revelar la placa es un patr\u00f3n de franjas de interferencia. Esta es una complicada red de l\u00edneas similares a las de una rejilla de difracci\u00f3n, pero bastante m\u00e1s complejas pues no son rectas, sino muy curvas e irregulares.<\/p>\n

Holograf\u00eda
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Figura 38. Un holograma. (a) Imagen producida por el holograma y (b) franjas de interferencia en el plano del holograma.<\/p>\n

Ya revelado el holograma, para reconstruir la imagen se coloca \u00e9ste frente al haz directo del l\u00e1ser, en la posici\u00f3n original donde se coloc\u00f3 para exponerlo, como se ilustra en la figura 36(b). La luz que llega al holograma es entonces difractada por las franjas impresas en el holograma, generando tres haces luminosos. Uno de los haces es el que pasa directamente sin difractarse, el cual sigue en la direcci\u00f3n del haz iluminador y no forma ninguna imagen. El segundo haz es difractado y es el que forma una imagen virtual del objeto en la misma posici\u00f3n donde estaba al tomar el holograma. El tercer haz tambi\u00e9n es difractado, pero en la direcci\u00f3n opuesta al haz anterior con respecto al haz directo. Este haz forma una imagen real del objeto. Estos tres haces son los que se mezclaban en los hologramas de Gabor. La figura 37 muestra el proceso de exposici\u00f3n de un holograma sobre una mesa estable. La mesa debe ser necesariamente estable, es decir, aislada de las vibraciones del piso, a fin de que las peque\u00f1\u00edsimas franjas de interferencia que forman el holograma no se pierdan. La figura 38(a) muestra la imagen producida por un holograma y la figura 38(b) muestra las franjas de interferencia que se observan en el plano del holograma.<\/p>\n

Observando a trav\u00e9s del holograma como si fuera una ventana, se ve la imagen tridimensional del objeto (la imagen virtual) en el mismo lugar donde estaba el objeto originalmente. La imagen es tan real que no s\u00f3lo es tridimensional o estereosc\u00f3pica, sino que adem\u00e1s tiene perspectiva variable, dentro de los l\u00edmites impuestos por el tama\u00f1o del holograma. As\u00ed, si nos movemos para ver el objeto a trav\u00e9s de diferentes regiones del holograma, el punto de vista cambia como si el objeto realmente estuviera ah\u00ed.<\/p>\n

DIFERENTES TIPOS DE HOLOGRAMAS<\/strong><\/p>\n

La holograf\u00eda ha progresado de una manera impresionante y r\u00e1pida debido a la gran cantidad de aplicaciones que se le est\u00e1n encontrando d\u00eda a d\u00eda. Los hologramas se pueden ahora hacer de muy diferentes maneras, pero todos con el mismo principio b\u00e1sico. Los principales tipos de hologramas son los siguientes:<\/p>\n

a) Hologramas de Fresnel. \u00c9stos son los hologramas m\u00e1s simples, tal cual se acaban de describir e la secci\u00f3n anterior. Tambi\u00e9n son los hologramas m\u00e1s reales e impresionantes, pero tienen el problema de que s\u00f3lo pueden ser observados con la luz de un l\u00e1ser.<\/p>\n

Holograf\u00eda
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Figura 39. Formaci\u00f3n de un holograma de reflexi\u00f3n.<\/p>\n

b) Hologramas de reflexi\u00f3n. Los hologramas de reflexi\u00f3n, inventados por Y N. Denisyuk en la Uni\u00f3n Sovi\u00e9tica, se diferencian de los de Fresnel en que el haz de referencia, a la hora de tomar el holograma, llega por detr\u00e1s y no por el frente, como se muestra en la figura 39. La imagen de este tipo de hologramas tiene la enorme ventaja de que puede ser observada con una l\u00e1mpara de tungsteno com\u00fan y corriente. En cambio, durante la toma del holograma se requiere una gran estabilidad y ausencia de vibraciones, mucho mayor que con los hoogramas de Fresnel. Este tipo de holograma tiene mucho en com\u00fan con el m\u00e9todo de fotograf\u00eda a color por medio de capas de interferencia, inventado en Francia en 1891 por Gabriel Lippmann, y por el cual obtuvo el premio Nobel en 1908.<\/p>\n

c) Hologramas de plano imagen. Un holograma de plano imagen es aquel en el que el objeto se coloca sobre el plano del holograma. Naturalmente, el objeto no est\u00e1 f\u00edsicamente colocado en ese plano, pues esto no ser\u00eda posible. La imagen real del objeto, formada a su vez por una lente, espejo u otro holograma, es la que se coloca en el plano de la placa fotogr\u00e1fica. Al igual que los hologramas de reflexi\u00f3n, \u00e9stos tambi\u00e9n se pueden observar con una fuente luminosa ordinaria, aunque s\u00ed es necesario l\u00e1ser para su exposici\u00f3n.<\/p>\n

d) Hologramas de arco iris. Estos hologramas fueron inventados por Stephen Benton, de la Polaroid Corporation, en 1969. Con estos hologramas no solamente se reproduce la imagen del objeto deseado, sino que adem\u00e1s se reproduce la imagen real de una rendija horizontal sobre los ojos del observador. A trav\u00e9s de esta imagen de la rendija que aparece flotando en el aire se observa el objeto holografiado, como se muestra en la figura 40. Naturalmente, esta rendija hace que se pierda la tridimensionalidad de la imagen si los ojos se colocan sobre una l\u00ednea vertical, es decir, si el observador est\u00e1 acostado. \u00c9sta no es una desventaja, pues generalmente el observador no est\u00e1 en esta posici\u00f3n durante la observaci\u00f3n. Una segunda condici\u00f3n durante la toma de este tipo de hologramas es que el haz de referencia no est\u00e9 colocado a un lado, sino abajo del objeto.<\/p>\n

Este arreglo tiene la gran ventaja de que la imagen se puede observar iluminando el holograma con la luz blanca de una l\u00e1mpara incandescente com\u00fan. Durante la reconstrucci\u00f3n se forma una multitud de rendijas frente a los ojos del observador, todas ellas horizontales y paralelas entre s\u00ed, pero de diferentes colores, cada color a diferente altura. Seg\u00fan la altura a la que coloque el observador sus ojos, ser\u00e1 la imagen de la rendija a trav\u00e9s de la cual se observe, y por lo tanto esto definir\u00e1 el color de la imagen observada. A esto se debe el nombre de holograma de arco iris.<\/p>\n

Holograf\u00eda
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Figura 40. Formaci\u00f3n de un holograma de arco iris.<\/p>\n

Holograf\u00eda
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Figura 41. Holograma prensado, fabricado por J. Tsujiuchi en Jap\u00f3n.<\/p>\n

e) Hologramas de color. Si se usan varios l\u00e1seres de diferentes colores tanto durante la exposici\u00f3n como durante la observaci\u00f3n, se pueden lograr hologramas en color. Desgraciadamente, las t\u00e9cnicas usadas para llevar a cabo estos hologramas son complicadas y caras. Adem\u00e1s, la fidelidad de los colores no es muy alta.<\/p>\n

f) Hologramas prensados. Estos hologramas son generalmente de plano imagen o de arco iris, a fin de hacerlos observables con luz blanca ordinaria. Sin embargo, el proceso para obtenerlos es diferente. En lugar de registrarlos sobre una placa fotogr\u00e1fica, se usa una capa de una resina fotosensible, llamada Fotoresist, depositada sobre una placa de vidrio. Con la exposici\u00f3n a la luz, la placa fotogr\u00e1fica se ennegrece. En cambio, la capa de Fotoresist se adelgaza en esos puntos. Este adelgazamiento, sin embargo, es suficiente para difractar la luz y poder producir la imagen. Dicho de otro modo, la informaci\u00f3n en el holograma no queda grabada como un Sistema de franjas de interferencia obscuras, sino como un sistema de surcos microsc\u00f3picos. La figura 41 muestra un holograma prensado.<\/p>\n

El siguiente paso es recubrir el holograma de Fotoresist, mediante un proceso qu\u00edmico o por evaporaci\u00f3n, de un metal, generalmente n\u00edquel. A continuaci\u00f3n se separa el holograma, para que quede solamente la pel\u00edcula met\u00e1lica, con el holograma grabado en ella. El paso final es mediante un prensado con calor: imprimir este holograma grabado en la superficie del metal, sobre una pel\u00edcula de pl\u00e1stico transparente. Este pl\u00e1stico es el holograma final.<\/p>\n

Este proceso tiene la enorme ventaja de ser adecuado para producci\u00f3n de hologramas en muy grandes cantidades, pues una sola pel\u00edcula met\u00e1lica es suficiente para prensar miles de hologramas. Este tipo de hologramas es muy caro si se hace en peque\u00f1as cantidades, pero es sumamente barato en grandes producciones.<\/p>\n

g) Hologramas de computadora. Las franjas de interferencia que se obtienen con cualquier objeto imaginario o real se pueden calcular mediante una computadora. Una vez calculadas estas franjas, se pueden mostrar en una pantalla y luego fotografiar. Esta fotogral\u00eda ser\u00eda un holograma sint\u00e9tico. Tiene la gran desventaja de que no es f\u00e1cil representar objetos muy complicados con detalle. En cambio, la gran ventaja es que se puede representar cualquier objeto imaginario. Esta t\u00e9cnica se usa mucho para generar frentes de onda de una forma cualquiera, con alta precisi\u00f3n. Esto es muy \u00fatil en interferometr\u00eda.<\/p>\n

LA HOLOGRAFIA DE EXHIBICI\u00d3N<\/strong><\/p>\n

\u00c9sta es la aplicaci\u00f3n m\u00e1s frecuente y popular de la holograf\u00eda. Es muy conocida, por ejemplo, la exhibici\u00f3n que hizo una famosa joyer\u00eda de la Quinta Avenida de Nueva York, donde por medio de un holograma sobre el vidrio de un escaparate se proyectaba hacia la calle la imagen tridimensional de una mano femenina, mostrando un collar de esmeraldas. La imagen era tan real que provoc\u00f3 la admiraci\u00f3n de much\u00edsimas personas, e incluso temor en algunas. Se dice que una anciana, al ver la imagen, se atemoriz\u00f3 tanto que comenzo a tratar de golpear la mano con su bast\u00f3n, pero al no lograrlo, corri\u00f3 despavorida.<\/p>\n

Una aplicaci\u00f3n que se ha mencionado mucho es la de la exhibici\u00f3n de piezas arqueol\u00f3gicas o de mucho valor en museos. Esto se puede lograr con tanto realismo que s\u00f3lo un experto podr\u00eda distinguir la diferencia.<\/p>\n

Otra aplicaci\u00f3n que se ha explorado es la generaci\u00f3n de im\u00e1genes m\u00e9dicas tridimensionales, que no pueden ser observadas de otra manera. Como ejemplo, solamente describiremos ahora el trabajo desarrollado en Jap\u00f3n por el doctor Jumpei Tsujiuchi. El primer paso en este trabajo fue obtener una serie de im\u00e1genes de rayos X de una cabeza de una persona viva. Estas im\u00e1genes estaban tomadas desde muchas direcciones, al igual que se hace al tomar una tomograf\u00eda. Todas estas im\u00e1genes se sintetizaron en un holograma, mediante un m\u00e9todo \u00f3ptico que no describiremos aqu\u00ed. El resultado fue un holograma que al ser iluminado con una l\u00e1mpara ordinaria produc\u00eda una imagen tridimensional del interior del cr\u00e1neo. Esta imagen cubre 360 grados, pues el holograma tiene forma cil\u00edndrica. El observador pod\u00eda moverse alrededor del holograma para observar cualquier detalle que desee. La imagen es realmente impresionante si se considera que se est\u00e1 viendo el interior del cr\u00e1neo de una persona viva, que obviamente puede ser el mismo observador.<\/p>\n

Otra aplicaci\u00f3n natural es la obtenci\u00f3n de la imagen tridimensional de una persona. Esto se ha hecho ya con tanto realismo que la imagen es increiblemente natural y bella. Sin duda \u00e9sta es la fotograf\u00eda del futuro. Lamentablemente, por el momento es tan alto el costo, sobre todo por el equipo que se requiere, que no se ha podido comercializar y hacer popular.<\/p>\n

Se podr\u00edan mencionar muchas m\u00e1s aplicaciones de la holograf\u00eda de exhibici\u00f3n, pero los ejemplos anteriores son suficientes para dar una idea de las posibilidades, que cada d\u00eda se explotan m\u00e1s.<\/p>\n

LA HOLOGRAF\u00cdA COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA<\/strong><\/p>\n

La holograf\u00eda es tambi\u00e9n un instrumento muy \u00fatil, asociado con la interferometr\u00eda (la cual ya se ha descrito antes en este libro), para efectuar medidas sumamente precisas.<\/p>\n

La utilidad de la holograf\u00eda proviene del hecho de que mediante ella es posible reconstruir un frente de onda de cualquier forma que se desee, para posteriormente compararlo con otro frente de onda generado en alg\u00fan momento posterior. De esta manera es posible observar si el frente de onda original es id\u00e9ntico al que se produjo despu\u00e9s, o bien si tuvo alg\u00fan cambio. Esto permite determinar las deformaciones de cualquier objeto con una gran exactitud, aunque los cambios sean tan peque\u00f1os como la longitud de onda de la luz. Para ilustrar esto con algunos ejemplos, mencionaremos los siguientes:<\/p>\n

a) Deformaciones muy peque\u00f1as en objetos sujetos a tensiones o presiones. Mediante holograf\u00eda interferom\u00e9trica ha sido posible determinar y medir las deformaciones de objetos sujetos a tensiones o presiones. Por ejemplo, las deformaciones de una m\u00e1quina, de un gran espejo de telescopio o de cualquier otro aparato se pueden evaluar con la holograf\u00eda.<\/p>\n

b) Deformaciones muy peque\u00f1as en objetos sujetos a calentamiento. De manera id\u00e9ntica a las deformaciones producidas mec\u00e1nicamente, se pueden evaluar las deformaciones producidas por peque\u00f1os calentamientos. Ejemplo de esto es el examen de posibles zonas calientes en circuitos impresos en operaci\u00f3n, en partes de maquinaria en operaci\u00f3n, y muchos m\u00e1s.<\/p>\n

c) Determinaci\u00f3n de la forma de superficies \u00f3pticas de alta calidad. Como ya se ha comentado antes, la uni\u00f3n de la interferometr\u00eda con el l\u00e1ser y las t\u00e9cnicas hologr\u00e1ficas les da un nuevo vigor y poder a los m\u00e9todos interferom\u00e9tricos para medir la calidad de superficies \u00f3pticas.<\/p>\n

LA HOLOGRAF\u00cdA COMO ALMAC\u00c9N DE INFORMACI\u00d3N<\/strong><\/p>\n

La holograf\u00eda tambi\u00e9n es \u00fatil para almacenar informaci\u00f3n. Esta se puede registrar como la direcci\u00f3n del rayo que sale del holograma, donde diferentes direcciones corresponder\u00edan a diferentes valores num\u00e9ricos o l\u00f3gicos. Esto es particularmente \u00fatil, ya que existen materiales hologr\u00e1ficos que se pueden grabar y borrar a voluntad, de forma muy r\u00e1pida y sencilla. Con el tiempo, cuando se resuelvan algunos problemas pr\u00e1cticos que no se ven ahora como muy complicados, ser\u00e1 sin duda posible substituir las memorias magn\u00e9ticas o las de estado s\u00f3lido que se usan ahora en las computadoras, por memorias hologr\u00e1ficas.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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