Holografía

Dos fotografías de un solo holograma tomadas desde diferentes puntos de vista

La holografía es una técnica que permite registrar un frente de onda y reconstruirlo posteriormente. La holografía es mejor conocida como un método para generar imágenes tridimensionales reales, pero también tiene una amplia gama de otras aplicaciones. En principio, es posible hacer un holograma para cualquier tipo de onda.

Un holograma se crea superponiendo un segundo frente de onda (normalmente llamado haz de referencia) al frente de onda de interés, generando así un patrón de interferencia que se registra en un medio físico. Cuando solo el segundo frente de onda ilumina el patrón de interferencia, se difracta para recrear el frente de onda original. Los hologramas también se pueden generar por computadora modelando los dos frentes de onda y sumándolos digitalmente. La imagen digital resultante se imprime luego en una máscara o película adecuada y se ilumina con una fuente adecuada para reconstruir el frente de onda de interés.

Resumen e historial

El físico húngaro-británico Dennis Gabor (en húngaro: Gábor Dénes) fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1971 "por su invención y desarrollo del método holográfico".

Su trabajo, realizado a fines de la década de 1940, se basó en el trabajo pionero en el campo de la microscopía de rayos X realizado por otros científicos, incluidos Mieczysław Wolfke en 1920 y William Lawrence Bragg en 1939. Este descubrimiento fue un resultado inesperado de la investigación para mejorar microscopios electrónicos en la British Thomson-Houston Company (BTH) en Rugby, Inglaterra, y la empresa presentó una patente en diciembre de 1947 (patente GB685286). La técnica tal como se inventó originalmente todavía se usa en microscopía electrónica, donde se conoce como holografía electrónica, pero la holografía óptica no avanzó realmente hasta el desarrollo del láser en 1960. La palabra holografía proviene del griego palabras ὅλος (holos; "entero&# 34;) y γραφή (graphē; "escribir" o "dibujar").

Un holograma es una grabación de un patrón de interferencia que puede reproducir un campo de luz 3D mediante difracción. El campo de luz reproducido puede generar una imagen que todavía tiene la profundidad, el paralaje y otras propiedades de la escena original. Un holograma es una grabación fotográfica de un campo de luz, en lugar de una imagen formada por una lente. El medio holográfico, por ejemplo, el objeto producido por un proceso holográfico (que puede denominarse holograma) suele ser ininteligible cuando se observa bajo luz ambiental difusa. Es una codificación del campo de luz como un patrón de interferencia de variaciones en la opacidad, densidad o perfil de la superficie del medio fotográfico. Cuando está adecuadamente iluminado, el patrón de interferencia difracta la luz en una reproducción precisa del campo de luz original, y los objetos que estaban en él exhiben señales visuales de profundidad como paralaje y perspectiva que cambian de manera realista con los diferentes ángulos de visión. Es decir, la vista de la imagen desde diferentes ángulos representa al sujeto visto desde ángulos similares. En este sentido, los hologramas no solo tienen la ilusión de profundidad, sino que son imágenes verdaderamente tridimensionales.

Texto simétrico horizontal, por Dieter Jung

El desarrollo del láser permitió que Yuri Denisyuk en la Unión Soviética y Emmett Leith y Juris Upatnieks en la Universidad de Michigan, EE. UU., hicieran los primeros hologramas ópticos prácticos que registraron objetos en 3D en 1962. Los primeros hologramas usaban emulsiones fotográficas de haluro de plata como medio de grabación. No eran muy eficientes ya que la rejilla producida absorbía gran parte de la luz incidente. Se desarrollaron varios métodos para convertir la variación en la transmisión en una variación en el índice de refracción (conocido como 'blanqueo') que permitieron producir hologramas mucho más eficientes.

La holografía óptica necesita una luz láser para registrar el campo de luz. En sus inicios, la holografía requería láseres costosos y de alta potencia, pero actualmente, los diodos láser de bajo costo producidos en masa, como los que se encuentran en las grabadoras de DVD y se usan en otras aplicaciones comunes, se pueden usar para hacer hologramas y han hecho holografía. mucho más accesible para investigadores, artistas y aficionados dedicados de bajo presupuesto. Se puede reproducir un nivel microscópico de detalle en toda la escena grabada. Sin embargo, la imagen 3D se puede ver con luz que no sea láser. Sin embargo, en la práctica común, se hacen compromisos importantes en la calidad de la imagen para eliminar la necesidad de iluminación láser para ver el holograma y, en algunos casos, para hacerlo. El retrato holográfico a menudo recurre a un procedimiento de imagen intermedio no holográfico, para evitar los peligrosos láseres pulsados de alta potencia que serían necesarios para "congelar" sujetos en movimiento tan perfectamente como lo requiere el proceso de grabación holográfica extremadamente intolerante al movimiento. Los hologramas ahora también pueden generarse completamente por computadora para mostrar objetos o escenas que nunca existieron. La mayoría de los hologramas producidos son de objetos estáticos, pero ahora se están desarrollando sistemas para mostrar escenas cambiantes en una pantalla volumétrica holográfica.

La holografía también se usa con muchos otros tipos de ondas.

Conceptos básicos de holografía

Grabando un holograma

Reconstruyendo un holograma

Esta es una fotografía de una pequeña parte de un holograma de transmisión sin blanquear visto a través de un microscopio. El holograma grabó una imagen de una furgoneta de juguete y un coche. No es más posible discernir el tema del holograma de este patrón que identificar lo que la música ha sido grabada mirando una superficie de CD. La información holográfica es grabada por el patrón de espectro.

La holografía es una técnica que permite registrar un campo de luz (que generalmente es el resultado de una fuente de luz dispersada por objetos) y luego reconstruirlo cuando el campo de luz original ya no está presente, debido a la ausencia de los objetos originales.. Se puede considerar que la holografía es algo similar a la grabación de sonido, en la que un campo de sonido creado por materia en vibración, como instrumentos musicales o cuerdas vocales, se codifica de tal manera que puede reproducirse más tarde, sin la presencia de la materia en vibración original. Sin embargo, es aún más similar a la grabación de sonido Ambisonic en la que se puede reproducir cualquier ángulo de escucha de un campo de sonido en la reproducción.

Láser

En la holografía láser, el holograma se graba utilizando una fuente de luz láser, que es muy pura en su color y ordenada en su composición. Se pueden usar varias configuraciones y se pueden hacer varios tipos de hologramas, pero todos involucran la interacción de la luz que proviene de diferentes direcciones y produce un patrón de interferencia microscópico que una placa, película u otro medio registra fotográficamente.

En un arreglo común, el rayo láser se divide en dos, uno conocido como el rayo del objeto y el otro como el rayo de referencia. El haz del objeto se expande al pasarlo a través de una lente y se utiliza para iluminar el sujeto. El medio de grabación está ubicado donde esta luz, después de ser reflejada o dispersada por el sujeto, la incidirá. Los bordes del medio servirán en última instancia como una ventana a través de la cual se ve el sujeto, por lo que su ubicación se elige teniendo eso en cuenta. El haz de referencia se expande y se hace que brille directamente sobre el medio, donde interactúa con la luz que proviene del sujeto para crear el patrón de interferencia deseado.

Al igual que la fotografía convencional, la holografía requiere un tiempo de exposición adecuado para afectar correctamente el medio de grabación. A diferencia de la fotografía convencional, durante la exposición, la fuente de luz, los elementos ópticos, el medio de grabación y el sujeto deben permanecer inmóviles entre sí, dentro de aproximadamente un cuarto de la longitud de onda de la luz, o el patrón de interferencia se verá borroso. y el holograma estropeado. Con sujetos vivos y algunos materiales inestables, eso solo es posible si se utiliza un pulso de luz láser muy intenso y extremadamente breve, un procedimiento peligroso que rara vez se realiza fuera de los laboratorios científicos e industriales. Las exposiciones que duran de varios segundos a varios minutos, utilizando un láser de funcionamiento continuo de potencia mucho menor, son típicas.

Aparato

Se puede hacer un holograma haciendo brillar una parte del haz de luz directamente sobre el medio de grabación y la otra parte sobre el objeto de tal manera que parte de la luz dispersa caiga sobre el medio de grabación. Una disposición más flexible para grabar un holograma requiere que el rayo láser apunte a través de una serie de elementos que lo modifican de diferentes maneras. El primer elemento es un divisor de haz que divide el haz en dos haces idénticos, cada uno dirigido en diferentes direcciones:

• Un rayo (conocido como la 'iluminación' o 'viga objeta') se extiende utilizando lentes y se dirige a la escena utilizando espejos. Parte de la luz dispersa (reflejada) de la escena luego cae sobre el medio de grabación.
• El segundo haz (conocido como el 'viga de referencia') también se extiende a través del uso de lentes, pero se dirige para que no entre en contacto con la escena, y en cambio viaja directamente al medio de grabación.

Se pueden utilizar varios materiales diferentes como medio de grabación. Una de las más comunes es una película muy similar a la película fotográfica (emulsión fotográfica de haluro de plata), pero con granos reactivos a la luz mucho más pequeños (preferiblemente con diámetros inferiores a 20 nm), lo que la hace capaz de la resolución mucho más alta que requieren los hologramas. Una capa de este medio de grabación (por ejemplo, haluro de plata) se une a un sustrato transparente, que suele ser de vidrio, pero también puede ser de plástico.

Proceso

Cuando los dos rayos láser alcanzan el medio de grabación, sus ondas de luz se cruzan e interfieren entre sí. Es este patrón de interferencia el que se imprime en el medio de grabación. El patrón en sí es aparentemente aleatorio, ya que representa la forma en que la luz de la escena interfería con la fuente de luz original, pero no con la fuente de luz original en sí. El patrón de interferencia se puede considerar una versión codificada de la escena, que requiere una clave particular, la fuente de luz original, para ver su contenido.

Esta clave faltante se proporciona más tarde al hacer brillar un láser, idéntico al que se usó para grabar el holograma, en la película revelada. Cuando este haz ilumina el holograma, es difractado por el patrón de superficie del holograma. Esto produce un campo de luz idéntico al que produjo originalmente la escena y se dispersó en el holograma.

Comparación con la fotografía

La holografía puede entenderse mejor mediante un examen de sus diferencias con la fotografía ordinaria:

• Un holograma representa una grabación de información sobre la luz que vino de la escena original como dispersa en una gama de direcciones en lugar de sólo una dirección, como en una fotografía. Esto permite que la escena sea vista desde diferentes ángulos, como si estuviera todavía presente.
• Una fotografía se puede grabar utilizando fuentes de luz normales (luz o iluminación eléctrica) mientras que se requiere un láser para grabar un holograma.
• Se requiere una lente en la fotografía para grabar la imagen, mientras que en la holografía, la luz del objeto se dispersa directamente en el medio de grabación.
• Una grabación holográfica requiere un segundo rayo de luz (el rayo de referencia) que se dirija al medio de grabación.
• Una fotografía se puede ver en una amplia gama de condiciones de iluminación, mientras que los hologramas sólo se pueden ver con formas muy específicas de iluminación.
• Cuando una fotografía se corta en la mitad, cada pieza muestra la mitad de la escena. Cuando un holograma se corta en la mitad, toda la escena todavía se puede ver en cada pieza. Esto es porque, mientras que cada punto de una fotografía representa sólo la luz dispersa desde un solo punto en la escena, cada punto en una grabación holográfica incluye información sobre la luz dispersa cada punto en la escena. Se puede pensar como ver una calle fuera de una casa a través de una ventana de 120 cm × 120 cm (4 pies × 4 pies) y luego a través de una ventana de 60 cm × 120 cm (2 pies × 4 pies). Uno puede ver todas las mismas cosas a través de la ventana más pequeña (moviendo la cabeza para cambiar el ángulo de visualización), pero el espectador puede ver más a la vez a través de la ventana de 120 cm (4 pies).
• Una fotografía es una representación bidimensional que sólo puede reproducir un efecto tridimensional rudimentario, mientras que el rango de visualización reproducido de un holograma añade muchos más puntos de percepción de profundidad que estaban presentes en la escena original. Estos cues son reconocidos por el cerebro humano y traducidos a la misma percepción de una imagen tridimensional como cuando la escena original pudo haber sido vista.
• Una fotografía mapea claramente el campo de luz de la escena original. La superficie del holograma desarrollado consiste en un patrón muy fino, aparentemente aleatorio, que parece no tener relación con la escena que grabó.

Física de la holografía

Para una mejor comprensión del proceso, es necesario comprender la interferencia y la difracción. La interferencia ocurre cuando se superponen uno o más frentes de onda. La difracción se produce cuando un frente de onda se encuentra con un objeto. El proceso de producción de una reconstrucción holográfica se explica a continuación puramente en términos de interferencia y difracción. Está algo simplificado pero es lo suficientemente preciso como para dar una idea de cómo funciona el proceso holográfico.

Para aquellos que no estén familiarizados con estos conceptos, vale la pena leer esos artículos antes de seguir leyendo este artículo.

Frentes de onda planos

Una rejilla de difracción es una estructura con un patrón repetitivo. Un ejemplo simple es una placa de metal con ranuras cortadas a intervalos regulares. Una onda de luz que incide sobre una rejilla se divide en varias ondas; la dirección de estas ondas difractadas está determinada por el espaciado de la rejilla y la longitud de onda de la luz.

Se puede hacer un holograma simple superponiendo dos ondas planas de la misma fuente de luz en un medio de grabación holográfica. Las dos ondas interfieren, dando un patrón de franjas en línea recta cuya intensidad varía sinusoidalmente a través del medio. El espaciado del patrón de franjas está determinado por el ángulo entre las dos ondas y por la longitud de onda de la luz.

El patrón de luz registrado es una rejilla de difracción. Cuando está iluminado por solo una de las ondas utilizadas para crearlo, se puede demostrar que una de las ondas difractadas emerge en el mismo ángulo en el que incidió originalmente la segunda onda, de modo que la segunda onda ha sido ' reconstruido'. Por lo tanto, el patrón de luz grabado es una grabación holográfica como se define anteriormente.

Fuentes puntuales

Placa de zona sinusoidal

Si el medio de grabación se ilumina con una fuente puntual y una onda plana normalmente incidente, el patrón resultante es una placa de zona sinusoidal, que actúa como una lente de Fresnel negativa cuya distancia focal es igual a la separación de la fuente puntual y la plano de grabación.

Cuando un frente de onda plano ilumina una lente negativa, se expande en una onda que parece divergir del punto focal de la lente. Así, cuando el patrón registrado se ilumina con la onda plana original, parte de la luz se difracta en un haz divergente equivalente a la onda esférica original; se ha creado una grabación holográfica de la fuente puntual.

Cuando la onda plana incide en un ángulo no normal en el momento de la grabación, el patrón formado es más complejo, pero aún actúa como una lente negativa si se ilumina en el ángulo original.

Objetos complejos

Para grabar un holograma de un objeto complejo, primero se divide un rayo láser en dos haces de luz. Un haz ilumina el objeto, que luego dispersa la luz sobre el medio de grabación. De acuerdo con la teoría de la difracción, cada punto del objeto actúa como una fuente puntual de luz, por lo que se puede considerar que el medio de grabación está iluminado por un conjunto de fuentes puntuales ubicadas a diferentes distancias del medio.

El segundo haz (de referencia) ilumina directamente el soporte de grabación. Cada onda de fuente puntual interfiere con el haz de referencia, dando lugar a su propia placa de zona sinusoidal en el medio de grabación. El patrón resultante es la suma de todas estas 'placas de zona', que se combinan para producir un patrón aleatorio (moteado) como en la fotografía de arriba.

Cuando el holograma es iluminado por el haz de referencia original, cada una de las placas de zona individuales reconstruye la onda del objeto que la produjo, y estos frentes de onda individuales se combinan para reconstruir la totalidad del haz del objeto. El espectador percibe un frente de onda que es idéntico al frente de onda dispersado desde el objeto sobre el medio de grabación, de modo que parece que el objeto todavía está en su lugar incluso si se ha retirado.

Aplicaciones

Arte

Al principio, los artistas vieron el potencial de la holografía como medio y obtuvieron acceso a laboratorios científicos para crear su trabajo. El arte holográfico es a menudo el resultado de colaboraciones entre científicos y artistas, aunque algunos hológrafos se considerarían tanto artistas como científicos.

Salvador Dalí afirmó haber sido el primero en emplear la holografía artísticamente. Sin duda, fue el primer surrealista y el más conocido en hacerlo, pero la exhibición de hologramas de Dalí en Nueva York en 1972 había sido precedida por la exhibición de arte holográfico que se llevó a cabo en la Academia de Arte de Cranbrook en Michigan en 1968 y por la exhibición en el Galería Finch College en Nueva York en 1970, que atrajo la atención de los medios nacionales. En Gran Bretaña, Margaret Benyon comenzó a utilizar la holografía como medio artístico a fines de la década de 1960 y realizó una exposición individual en la galería de arte de la Universidad de Nottingham en 1969. A esto le siguió en 1970 una exposición individual en la Galería Lisson de Londres, que fue anunciada como la "primera exposición londinense de hologramas y pinturas estereoscópicas".

Durante la década de 1970, se establecieron varios estudios y escuelas de arte, cada uno con su enfoque particular de la holografía. En particular, estaba la Escuela de Holografía de San Francisco establecida por Lloyd Cross, el Museo de Holografía de Nueva York fundado por Rosemary (Posy) H. Jackson, el Royal College of Art de Londres y los Simposios del Lake Forest College organizados por Tung Jeong. Ninguno de estos estudios todavía existe; sin embargo, existe el Centro para las Artes Holográficas en Nueva York y el HOLOcenter en Seúl, que ofrece a los artistas un lugar para crear y exhibir obras.

Durante la década de 1980, muchos artistas que trabajaron con holografía ayudaron a la difusión de este llamado "nuevo medio" en el mundo del arte, como Harriet Casdin-Silver de los Estados Unidos, Dieter Jung de Alemania y Moysés Baumstein de Brasil, cada uno en busca de un "lenguaje" para utilizar con la obra tridimensional, evitando la simple reproducción holográfica de una escultura u objeto. En Brasil, por ejemplo, muchos poetas concretos (Augusto de Campos, Décio Pignatari, Julio Plaza y José Wagner García, asociado a Moysés Baumstein) encontraron en la holografía una forma de expresarse y renovar la Poesía Concreta.

Un pequeño pero activo grupo de artistas aún integra elementos holográficos en su trabajo. Algunos están asociados con nuevas técnicas holográficas; por ejemplo, el artista Matt Brand empleó un diseño de espejo computacional para eliminar la distorsión de la imagen de la holografía especular.

El Museo del MIT y Jonathan Ross tienen extensas colecciones de holografía y catálogos en línea de hologramas de arte.

Almacenamiento de datos

El almacenamiento de datos holográficos es una técnica que puede almacenar información a alta densidad dentro de cristales o fotopolímeros. La capacidad de almacenar grandes cantidades de información en algún tipo de medio es de gran importancia, ya que muchos productos electrónicos incorporan dispositivos de almacenamiento. A medida que las técnicas de almacenamiento actuales, como Blu-ray Disc, alcanzan el límite de la posible densidad de datos (debido al tamaño limitado por difracción de los haces de escritura), el almacenamiento holográfico tiene el potencial de convertirse en la próxima generación de medios de almacenamiento populares. La ventaja de este tipo de almacenamiento de datos es que se usa el volumen de los medios de grabación en lugar de solo la superficie. Los SLM disponibles actualmente pueden producir alrededor de 1000 imágenes diferentes por segundo a una resolución de 1024 × 1024 bits, lo que daría como resultado una velocidad de escritura de aproximadamente un gigabit por segundo.

En 2005, empresas como Optware y Maxell produjeron un disco de 120 mm que usa una capa holográfica para almacenar datos en un potencial de 3,9 TB, un formato llamado Holographic Versatile Disc. A partir de septiembre de 2014, no se ha lanzado ningún producto comercial.

Otra empresa, InPhase Technologies, estaba desarrollando un formato competitivo, pero quebró en 2011 y todos sus activos se vendieron a Akonia Holographics, LLC.

Si bien muchos modelos de almacenamiento de datos holográficos han utilizado "basado en páginas" almacenamiento, donde cada holograma registrado contiene una gran cantidad de datos, investigaciones más recientes sobre el uso de "microhologramas" ha dado como resultado varias soluciones potenciales de almacenamiento de datos ópticos en 3D. Si bien este enfoque para el almacenamiento de datos no puede alcanzar las altas tasas de datos del almacenamiento basado en páginas, las tolerancias, los obstáculos tecnológicos y el costo de producir un producto comercial son significativamente más bajos.

Holografía dinámica

En la holografía estática, la grabación, el revelado y la reconstrucción ocurren secuencialmente y se produce un holograma permanente.

También existen materiales holográficos que no necesitan el proceso de revelado y pueden grabar un holograma en muy poco tiempo. Esto permite utilizar la holografía para realizar algunas operaciones simples de forma totalmente óptica. Ejemplos de aplicaciones de tales hologramas en tiempo real incluyen espejos conjugados de fase ('inversión de tiempo' de la luz), memorias caché ópticas, procesamiento de imágenes (reconocimiento de patrones de imágenes variables en el tiempo) y computación óptica.

La cantidad de información procesada puede ser muy alta (terabits/s), ya que la operación se realiza en paralelo sobre una imagen completa. Esto compensa el hecho de que el tiempo de registro, que es del orden de un microsegundo, sigue siendo muy largo en comparación con el tiempo de procesamiento de una computadora electrónica. El procesamiento óptico realizado por un holograma dinámico también es mucho menos flexible que el procesamiento electrónico. Por un lado, uno tiene que realizar la operación siempre sobre la imagen completa, y por otro lado, la operación que puede realizar un holograma es básicamente una multiplicación o una conjugación de fase. En óptica, la suma y la transformada de Fourier ya se realizan fácilmente en materiales lineales, esta última simplemente mediante una lente. Esto habilita algunas aplicaciones, como un dispositivo que compara imágenes de forma óptica.

La búsqueda de nuevos materiales ópticos no lineales para la holografía dinámica es un área activa de investigación. Los materiales más comunes son los cristales fotorrefractivos, pero en semiconductores o heteroestructuras semiconductoras (como los pozos cuánticos), vapores y gases atómicos, plasmas e incluso líquidos, era posible generar hologramas.

Una aplicación particularmente prometedora es la conjugación de fase óptica. Permite eliminar las distorsiones del frente de onda que recibe un haz de luz al atravesar un medio aberrante, enviándolo de vuelta por el mismo medio aberrante con una fase conjugada. Esto es útil, por ejemplo, en comunicaciones ópticas en el espacio libre para compensar la turbulencia atmosférica (el fenómeno que da lugar al centelleo de la luz de las estrellas).

Uso aficionada

Paz dentro del alcance, un holograma de Denisyuk DCG por amateur Dave Battin

Desde el comienzo de la holografía, los experimentadores aficionados han explorado sus usos.

En 1971, Lloyd Cross abrió la Escuela de Holografía de San Francisco y enseñó a los aficionados cómo hacer hologramas usando solo un pequeño (normalmente 5 mW) láser de helio-neón y equipos caseros económicos. Se suponía que la holografía requería una mesa óptica de metal muy costosa para bloquear todos los elementos involucrados en su lugar y amortiguar cualquier vibración que pudiera desdibujar las franjas de interferencia y arruinar el holograma. La alternativa casera de Cross era una caja de arena hecha de un muro de contención de bloques de hormigón sobre una base de madera contrachapada, apoyada sobre pilas de neumáticos viejos para aislarla de las vibraciones del suelo y llena de arena que había sido lavada para eliminar el polvo. El láser estaba montado de forma segura sobre la pared de bloques de cemento. Los espejos y lentes simples necesarios para dirigir, dividir y expandir el rayo láser se colocaron en tramos cortos de tubería de PVC, que se clavaron en la arena en los lugares deseados. El sujeto y el soporte de la placa fotográfica fueron sostenidos de manera similar dentro de la caja de arena. El holografista apagó la luz de la habitación, bloqueó el rayo láser cerca de su fuente utilizando un pequeño obturador controlado por relé, cargó una placa en el soporte en la oscuridad, salió de la habitación, esperó unos minutos para que todo se asentara y luego realizó la exposición. operando remotamente el obturador láser.

Muchos de estos hológrafos producirían hologramas artísticos. En 1983, Fred Unterseher, cofundador de la Escuela de Holografía de San Francisco y conocido artista holográfico, publicó el Manual de holografía, una guía fácil de leer para hacer hologramas en casa. Esto trajo una nueva ola de hológrafos y proporcionó métodos simples para usar los materiales de grabación de haluro de plata AGFA disponibles en ese momento.

En 2000, Frank DeFreitas publicó el Libro de holografía de caja de zapatos e introdujo el uso de punteros láser económicos a innumerables aficionados. Durante muchos años, se supuso que ciertas características de los diodos láser semiconductores los hacían prácticamente inútiles para crear hologramas, pero cuando finalmente se pusieron a prueba en experimentos prácticos, se descubrió que no solo era falso, sino que algunos en realidad proporcionó una longitud de coherencia mucho mayor que la de los láseres de gas de helio-neón tradicionales. Este fue un desarrollo muy importante para los aficionados, ya que el precio de los diodos láser rojos había bajado de cientos de dólares a principios de la década de 1980 a alrededor de $ 5 después de que ingresaron al mercado masivo como un componente de los reproductores de DVD a fines de la década de 1990. Ahora, hay miles de hológrafos aficionados en todo el mundo.

A finales de 2000, los kits de holografía con diodos de puntero láser económicos entraron en el mercado de consumo general. Estos kits permitieron a los estudiantes, maestros y aficionados hacer varios tipos de hologramas sin equipo especializado y se convirtieron en artículos de regalo populares en 2005. La introducción de kits de holografía con placas de desarrollo propio en 2003 hizo posible que los aficionados crearan hologramas sin la molestia de procesamiento químico húmedo.

En 2006, una gran cantidad de excedentes de láseres verdes con calidad holográfica (Coherent C315) estuvieron disponibles y pusieron la holografía de gelatina dicromatada (DCG) al alcance del holografista aficionado. La comunidad de holografía se sorprendió de la asombrosa sensibilidad de DCG a la luz verde. Se había supuesto que esta sensibilidad sería inútilmente escasa o inexistente. Jeff Blyth respondió con la formulación G307 de DCG para aumentar la velocidad y la sensibilidad de estos nuevos láseres.

Kodak y Agfa, los antiguos proveedores principales de placas y películas de haluro de plata con calidad holográfica, ya no están en el mercado. Mientras que otros fabricantes han ayudado a llenar el vacío, muchos aficionados ahora están fabricando sus propios materiales. Las formulaciones favoritas son la gelatina bicromatada, la gelatina bicromatada sensibilizada con azul de metileno y las preparaciones de haluro de plata del método de difusión. Jeff Blyth ha publicado métodos muy precisos para fabricarlos en un pequeño laboratorio o garaje.

Un pequeño grupo de aficionados está incluso construyendo sus propios láseres pulsados para hacer hologramas de sujetos vivos y otros objetos inestables o en movimiento.

Interferometría holográfica

La interferometría holográfica (HI) es una técnica que permite medir los desplazamientos estáticos y dinámicos de objetos con superficies ópticamente rugosas con precisión interferométrica óptica (es decir, fracciones de una longitud de onda de luz). También se puede utilizar para detectar variaciones de la longitud del camino óptico en medios transparentes, lo que permite, por ejemplo, visualizar y analizar el flujo de fluidos. También se puede utilizar para generar contornos que representan la forma de la superficie o las regiones de isodosis en dosimetría de radiación.

Se ha utilizado ampliamente para medir la tensión, la deformación y la vibración en estructuras de ingeniería.

Microscopía interferométrica

El holograma guarda la información sobre la amplitud y fase del campo. Varios hologramas pueden guardar información sobre una misma distribución de luz, emitida en varias direcciones. El análisis numérico de tales hologramas permite emular una gran apertura numérica, lo que, a su vez, permite mejorar la resolución de la microscopía óptica. La técnica correspondiente se llama microscopía interferométrica. Los logros recientes de la microscopía interferométrica permiten acercarse al límite de resolución de un cuarto de longitud de onda.

Sensores o biosensores

El holograma está hecho con un material modificado que interactúa con ciertas moléculas generando un cambio en la periodicidad de la franja o índice de refracción, por lo tanto, el color del reflejo holográfico.

Seguridad

Identigram como elemento de seguridad en una tarjeta de identidad alemana

Los hologramas se usan comúnmente para la seguridad, ya que se replican a partir de un holograma maestro que requiere equipo costoso, especializado y tecnológicamente avanzado y, por lo tanto, es difícil de falsificar. Se utilizan ampliamente en muchas monedas, como los billetes brasileños de 20, 50 y 100 reales; billetes británicos de 5, 10 y 20 libras; billetes de 5000, 10,000 y 50,000 wones de Corea del Sur; billetes japoneses de 5000 y 10,000 yenes, billetes indios de 50, 100, 500 y 2000 rupias; y todos los billetes actualmente en circulación de dólar canadiense, kuna croata, corona danesa y euro. También se pueden encontrar en tarjetas de crédito y bancarias, así como en pasaportes, documentos de identidad, libros, envases de alimentos, DVD y equipos deportivos. Dichos hologramas vienen en una variedad de formas, desde tiras adhesivas que se laminan en empaques para bienes de consumo de rápido movimiento hasta etiquetas holográficas en productos electrónicos. A menudo contienen elementos textuales o pictóricos para proteger las identidades y separar los artículos genuinos de las falsificaciones.

Los escáneres holográficos se utilizan en oficinas de correos, grandes empresas de envío y sistemas de transporte automatizados para determinar el tamaño tridimensional de un paquete. A menudo se utilizan junto con controladoras de peso para permitir el preenvasado automático de volúmenes determinados, como un camión o palé para el envío de mercancías a granel. Los hologramas producidos en elastómeros se pueden utilizar como indicadores de tensión-deformación debido a su elasticidad y compresibilidad, la presión y la fuerza aplicada se correlacionan con la longitud de onda reflejada, por lo tanto, su color. La técnica de holografía también se puede utilizar con eficacia para la dosimetría de radiación.

Placas de alta seguridad

Los hologramas de alta seguridad se pueden usar en placas de vehículos como automóviles y motocicletas. A partir de abril de 2019, se requieren placas de matrícula holográficas en los vehículos en partes de la India para ayudar en la identificación y la seguridad, especialmente en casos de robo de automóviles. Dichas placas de matrícula contienen datos electrónicos de vehículos y tienen un número de identificación único y una etiqueta para indicar la autenticidad.

Holografía utilizando otros tipos de ondas

En principio, es posible hacer un holograma para cualquier ola.

La holografía electrónica es la aplicación de técnicas de holografía a ondas de electrones en lugar de ondas de luz. La holografía electrónica fue inventada por Dennis Gabor para mejorar la resolución y evitar las aberraciones del microscopio electrónico de transmisión. Hoy en día, se usa comúnmente para estudiar campos eléctricos y magnéticos en películas delgadas, ya que los campos magnéticos y eléctricos pueden cambiar la fase de la onda de interferencia que pasa a través de la muestra. El principio de la holografía de electrones también se puede aplicar a la litografía de interferencia.

La holografía acústica permite generar mapas de sonido de un objeto. Las mediciones del campo acústico se realizan en muchos puntos cercanos al objeto. Estas medidas se procesan digitalmente para producir las "imágenes" del objeto.

La holografía atómica ha evolucionado a partir del desarrollo de los elementos básicos de la óptica atómica. Con la lente de difracción de Fresnel y los espejos atómicos, la holografía atómica sigue un paso natural en el desarrollo de la física (y las aplicaciones) de los haces atómicos. Recientes desarrollos que incluyen espejos atómicos y especialmente espejos estriados han proporcionado las herramientas necesarias para la creación de hologramas atómicos, aunque dichos hologramas aún no se han comercializado.

La holografía de haz de neutrones se ha utilizado para ver el interior de objetos sólidos.

Los hologramas con rayos X se generan mediante el uso de sincrotrones o láseres de electrones libres de rayos X como fuentes de radiación y detectores pixelados, como los CCD, como medio de grabación. A continuación, la reconstrucción se recupera mediante cálculo. Debido a la longitud de onda más corta de los rayos X en comparación con la luz visible, este enfoque permite obtener imágenes de objetos con una resolución espacial más alta. Dado que los láseres de electrones libres pueden proporcionar pulsos ultracortos y de rayos X en el rango de femtosegundos que son intensos y coherentes, la holografía de rayos X se ha utilizado para capturar procesos dinámicos ultrarrápidos.

Falsos hologramas

Los efectos producidos por la impresión lenticular, la ilusión fantasma de Pepper (o variantes modernas como el delineador de ojos Musion), la tomografía y las pantallas volumétricas a menudo se confunden con hologramas. Tales ilusiones han sido llamadas "falografía".

El fantasma de Pepper con un vídeo 2D. La imagen de vídeo que se muestra en el suelo se refleja en una hoja de vidrio angular.

La técnica fantasma de Pepper, que es la más fácil de implementar de todos estos métodos, prevalece más en las pantallas 3D que afirman ser (o se denominan) "holográficas". Mientras que la ilusión original, utilizada en el teatro, involucraba objetos físicos y personas reales, ubicados fuera del escenario, las variantes modernas reemplazan el objeto fuente con una pantalla digital, que muestra imágenes generadas con gráficos de computadora en 3D para proporcionar las señales de profundidad necesarias. Sin embargo, el reflejo, que parece flotar en el aire, sigue siendo plano, por lo que es menos realista que si se reflejara un objeto 3D real.

Ejemplos de esta versión digital de la ilusión del fantasma de Pepper incluyen las actuaciones de Gorillaz en los MTV Europe Music Awards de 2005 y la 48.ª entrega de los premios Grammy; y la actuación virtual de Tupac Shakur en el Festival de Música y Artes de Coachella Valley en 2012, rapeando junto a Snoop Dogg durante su presentación con Dr. Dre.

El supergrupo sueco ABBA volvió a los escenarios en mayo de 2022, como avatares digitales interpretando éxitos muy queridos utilizando tecnología que es una versión actualizada de Pepper's Ghost.

Se puede crear una ilusión aún más simple al retroproyectar imágenes realistas en pantallas semitransparentes. La retroproyección es necesaria porque de lo contrario la semitransparencia de la pantalla permitiría que el fondo fuera iluminado por la proyección, lo que rompería la ilusión.

Crypton Future Media, una empresa de software musical que produjo Hatsune Miku, una de las muchas aplicaciones de sintetizador vocal de Vocaloid, ha producido conciertos en los que Miku, junto con otros Crypton Vocaloids, actúan en el escenario como "holográficos" caracteres. Estos conciertos utilizan retroproyección sobre una pantalla DILAD semitransparente para lograr su aspecto "holográfico" efecto.

En 2011, en Pekín, la empresa de ropa Burberry produjo el "Burberry Prorsum Autumn/Winter 2011 Hologram Runway Show", que incluía proyecciones 2D de tamaño real de modelos. El propio video de la compañía muestra varias tomas centradas y descentradas de la pantalla principal de proyección bidimensional, esta última revelando la planitud de los modelos virtuales. La afirmación de que se utilizó holografía se informó como un hecho en los medios comerciales.

En Madrid, el 10 de abril de 2015, una presentación visual pública llamada "Hologramas por la Libertad" (Hologramas por la libertad), que presenta una multitud virtual fantasmal de manifestantes, se utilizó para protestar contra una nueva ley española que prohíbe a los ciudadanos manifestarse en lugares públicos. Aunque ampliamente llamado "protesta de hologramas" en los informes de noticias, no se trataba de una holografía real: era otra variante tecnológicamente actualizada de la ilusión de Pepper's Ghost.

La holografía es distinta de la holografía especular, que es una técnica para crear imágenes tridimensionales mediante el control del movimiento de las especulares en una superficie bidimensional. Funciona mediante la manipulación reflexiva o refractiva de haces de rayos de luz, no mediante el uso de interferencia y difracción.

En la ficción

La holografía ha sido ampliamente mencionada en películas, novelas y programas de televisión, generalmente en ciencia ficción, desde fines de la década de 1970. Los escritores de ciencia ficción absorbieron las leyendas urbanas en torno a la holografía que habían sido difundidas por científicos y empresarios excesivamente entusiastas que intentaban comercializar la idea. Esto tuvo el efecto de dar al público expectativas demasiado altas de la capacidad de la holografía, debido a las representaciones poco realistas de la misma en la mayoría de la ficción, donde son proyecciones de computadora completamente tridimensionales que a veces son táctiles mediante el uso de campos de fuerza. Ejemplos de este tipo de representación incluyen el holograma de la princesa Leia en Star Wars, Arnold Rimmer de Red Dwarf, que luego se convirtió en "luz dura" para hacerlo sólido, y el Holodeck y el Holograma médico de emergencia de Star Trek.

La holografía sirvió de inspiración para muchos videojuegos con elementos de ciencia ficción. En muchos títulos, se ha utilizado tecnología holográfica ficticia para reflejar tergiversaciones de la vida real sobre el posible uso militar de hologramas, como los "tanques de espejismo" en Comando & Conquer: Red Alert 2 que pueden disfrazarse de árboles. Los personajes jugadores pueden usar señuelos holográficos en juegos como Halo: Reach y Crysis 2 para confundir y distraer al enemigo. El agente fantasma de Starcraft Nova tiene acceso al "holo señuelo" como una de sus tres habilidades principales en Heroes of the Storm.

Sin embargo, las representaciones ficticias de hologramas han inspirado avances tecnológicos en otros campos, como la realidad aumentada, que prometen cumplir con las representaciones ficticias de hologramas por otros medios.

En Encanto, la visión de Bruno Madrigal es holográfica.