¿Qué se puede hacer con la holografía?

2015, Año de la Luz y de las Tecnologías basadas en la Luz.

Emmett Leith (1927-2005), uno de los pioneros de la holografía, en 1986 señaló:

La holografía puede parecer un campo de investigación no muy amplio. Sin embargo, si la combinas con otros campos conseguirás un área lo suficientemente grande para poder dedicarle toda una vida.

Prueba de ello es que la técnica holográfica ha proporcionado y sigue proporcionando innumerables aplicaciones en multitud de campos científicos y tecnológicos, además de tratarse de uno de los “raros” campos científicos que ha proporcionado un medio para el arte. Es difícil, por no decir imposible, enumerar todos los desarrollos y aplicaciones a los que ha dado lugar de la holografía, por lo que a continuación únicamente se van a mencionar algunos de ellos.

Aunque la reconstrucción de una imagen en tres dimensiones dando la sensación perfecta de relieve es, sin duda, una de las realizaciones más espectaculares y más conocidas de la holografía, hay otras muchas aplicaciones en ámbitos muy diferentes. Recordemos que la primera emisión láser es de 1960, el primer holograma de un objeto bidimensional de 1963 y el de un objeto tridimensional de 1964. Pues bien, una de las primeras aplicaciones científicas y tecnológicas de la holografía se inició justo un año después, en 1965, justo ahora hace cincuenta años, y fue la interferometría holográfica y supone un método muy poderoso de análisis no destructivo. Mediante esta técnica se pueden visualizar los modos de vibración de instrumentos, estudiar las deformaciones de objetos debidas a esfuerzos o bien analizar la distribución de temperatura, por ejemplo, en el interior de una bombilla. A lo largo de las líneas que aparecen en el interferograma de la imagen la temperatura es constante.

interferometria-holografica

Puede aplicarse al estudio de fenómenos de transporte, la visualización del flujo de fluidos, medidas de componentes en ambientes hostiles o corrosivos, la realización de ensayos no destructivos e incluso se ha aplicado en otros campos como la ortopedia, en el estudio de las deformaciones de huesos y prótesis, o en estudios relacionados con la conservación y restauración de obras de arte.

El análisis de partículas microscópicas distribuidas en un determinado volumen es otro campo en el que la holografía ha mostrado ser de gran utilidad. En esta aplicación se hace uso tanto de configuraciones en eje como fuera de eje y suele utilizarse un láser pulsante. Con esta técnica es posible analizar el tamaño, la posición, el desplazamiento y la velocidad de las partículas y permite estudiar desde aerosoles hasta el plancton marino e incluso se ha utilizado para analizar la dinámica de partículas microscópicas y el crecimiento de cristales en condiciones de microgravedad mediante experimentos realizados a bordo del trasbordador espacial Discovery en los que se registraron más de mil hologramas, lo que permitió disponer de un verdadero laboratorio espacial “virtual” en la Tierra.

También se fabrican elementos ópticos holográficos como redes de difracción, lentes, espejos y otros dispositivos más complejos como interconectores de fibras ópticas formados tanto por lentes holográficas como por espejos holográficos o concentradores solares utilizando lentes y espejeos holográficos.

elementos-opticos-holograficos

También se han fabricado como escáneres con los que se leen los códigos de barras y que están formados por un disco con sectores cada uno de los cuales es una lente holográfica que deflecta el de luz incidente en una determinada dirección.

Captura de pantalla 2015-07-05 a las 12.00.04

La función de los visores holográficos es formar la imagen en el infinito de la información presentada en una pantalla y superponerla con los objetos observados en el mundo exterior. Estos visores también se han incorporado tanto en el propio casco de los pilotos de los aviones de combate como en el interior de los aviones. El año pasado, la empresa TruLifeOptics, formada por miembros del National Physical Laboratory y la empresa Colour Holographic, ambos de Gran Bretaña, ha presentado unas gafas formadas por dos elementos ópticos holográficos y que también permiten ver simultáneamente información proporcionada por un sistema electrónico junto con los objetos exteriores.

visores-holograficos

Visores holográficos. Crédito: TruLifeOptics.

En nuestra sociedad, dominada por las tecnologías de la información, la utilización de la holografía en el almacenamiento de información es una de las aplicaciones que presentan en estos momentos más interés. Mediante el multiplexado se puede registrar un gran número de hologramas en una misma placa y posteriormente es posible recuperar la información separadamente. Éste es el principio de las memorias holográficas en las que se puede almacenar en poco espacio una gran cantidad de información. Aunque las mayores dificultades técnicas para llevarla a la práctica han estado relacionadas con la obtención de un material de registro adecuado, ya se han fabricado los primeros prototipos de sistemas de almacenamiento holográfico con discos holográficos con una capacidad de almacenamiento de 300 mil MB e incluso se habla de TB.

Memorias holográficas. Crédito: Akonia (http://akoniaholographics.com).

Se pueden obtener hologramas generados por ordenador, en los que se calcula con un ordenador el diagrama interferencial sobre la superficie del holograma y se representa, por ejemplo, en un modulador espacial de luz (SLM). Estos hologramas son sólo una parte de un campo más amplio conocido como holografía digital.

CGH

Hologramas generados por ordenador. Crédito: Centre of molecular materials for photonics and electronics, University of Cambridge (http://www-g.eng.cam.ac.uk/CMMPE/displays3d.html).

En 2014 se publicó un artículo en la revista Advanced Optical Materials que demostraba la posibilidad de utilizar sensores holográficos basados en las propiedades de los hologramas de reflexión, en particular a la ley de Bragg, ya que cuando se iluminan con luz blanca, el color de la luz reflejada depende de las variaciones de espesor del holograma pues cambia la separación entre las franjas de interferencia almacenadas. Se ha propuesto su aplicación, por ejemplo, para medir el pH e incluso para el diagnóstico médico.

Los hologramas de seguridad son quizás la aplicación más importante de la holografía desde el punto de vista comercial. La dificultad técnica que tiene la realización de hologramas y el hecho de que sólo con medios complejos y sofisticados sea posible producir en serie copias de un holograma original han hecho de la holografía una técnica adecuada para sistemas de seguridad como los utilizados en tarjetas de crédito, billetes de banco, documentos de identidad o etiquetas de productos comerciales, incluidos algunos productos farmacéuticos que se comercializan en el sudeste asiático, donde está muy extendida la venta de medicinas ilegales. En todos estos casos, la utilización de hologramas pretende evitar o por lo menos hacer mucho más difícil su falsificación. Asimismo, también se están empezando a utilizar métodos holográficos para la autentificación de huellas digitales.

hologramas-de-seguridad

También es posible realizar retratos holográficos. El primero de ellos fue realizado la noche de Halloween de 1967 y fue un autorretrato de Lawrence Siebert de la Empresa Conductron de Ann Arbor, Michigan. Realizar hologramas de personas presenta dos problemas importantes, en primer lugar, las personas no pueden estar quietas durante la exposición y, en segundo lugar, tienden a cerrar los ojos cuando se exponen a la luz del láser. Aunque la persona intente estar completamente en reposo, no puede dejar de respirar, sus músculos no están rígidos y su corazón sigue palpitando. Todo ello produce movimientos. Siebert resolvió este problema utilizando láseres pulsantes cuyos breves pulsos de luz duran unos pocos nanosegundos. Mediante la utilización de este tipo de láseres es posible realizar retratos holográficos pues la alteración de la escena a registrar es prácticamente nula durante el tiempo de duración del pulso. Un retrato holográfico histórico es el holograma de transmisión de Dennis Gabor (1900-1979) realizado en 1971 por R. Rhinehaart de la McDonell Douglas Electronics Corporation para celebrar la concesión del Premio Nobel de Física. También Hans I. Bjelkhagen realizó un retrato holográfico al presidente de los Estados Unidos, Ronald Reagan, y en 2004 Chris Levine hizo un retrato holográfico de la reina Isabel II de Inglaterra para conmemorar el 800 aniversario de la llegada de la corona a las Islas Británicas.

Chris Levine junto con el holograma de la Reina Isabel II de Inglaterra.

El problema de los hologramas registrados con la luz de un único láser, es que al reconstruirlos se ven de ese color. Sin embargo, se pueden conseguir hologramas en color si en el proceso de registro se utilizan tres láseres (rojo, verde y azul). En la imagen se muestra el montaje de registro de un holograma de reflexión en color realizado por hans I. Bjelkaghen..

holografia-color-1

La fidelidad en la reproducción de formas, colores y brillos es tan espectacular que es difícil decir si lo que se ve es el objeto mismo detrás de una ventana de vidrio o una reproducción holográfica.

La holografía también se utiliza en los museos para sustituir algunos objetos delicados y valiosos por hologramas de los mismos o para sustituir los objetos originales por hologramas en exposiciones itinerantes. Éste es, por ejemplo, el caso del Hombre de Lindow, una momia de más de 2300 años de antigüedad encontrada en Cheshire, Inglaterra, en 1984. El original se encuentra en una cámara del Museo Británico, en Londres, con temperatura y humedad controladas, mientras que se hizo un holograma de la momia tanto para exponerlo al público como para que distintos investigadores pudieran estudiarla. La realización de hologramas de piezas valiosas ha hecho posible que éstas puedan observarse en lugares distintos de los que realmente se encuentran. Hologramas del tipo Denisyuk se utilizaron en la antigua Unión Soviética y en otros países para la conservación de obras de arte consideradas tesoros arqueológicos, a través de un vasto programa de colaboración entre físicos y museólogos. De hecho, en muchas ocasiones se hace uso de la técnica de Denisyuk para sustituir los objetos originales por hologramas en exposiciones itinerantes. En 1984 se realizaron en la Universidad de Alicante una serie de hologramas de reflexión sobre el tesoro de Villena. La fidelidad en la reproducción de formas, colores y brillos es tan espectacular que es difícil decir si lo que se ve es el objeto detrás de una ventana de vidrio o una reproducción holográfica.

hologramas-museos

Stephen Benton (1941-2003) es una pieza clave en el desarrollo de la holografía moderna y no sólo por sus contribuciones científicas, sino que también destaca su faceta artística. En una ocasión señaló:

La creatividad no pertenece solamente al dominio del arte, existe en todas las áreas de nuestra existencia y uno de los aspectos más interesantes de la holografía es la relación simbiótica que se da entre las ciencias y las artes

En 1966, Emmett Leith y Juris Upatnieks realizaron un holograma en colaboración con el fotógrafo Fritz Goro para la revista Life.

Fritz-Goro

Emmett Leith y Juris Upatnieks con el objeto original del holograma de Goro (1966) y Emmett Leith con el mismo objeto original (2003).

En el año 1968 se publicó en la revista Leonardo un artículo señalando la posibilidad de utilizar la holografía como una nueva forma de arte y enseguida algunos artistas se adentraron en la aventura holográfica como Salvador Dalí, que realizó en 1972 una exposición que incluía hologramas en la Galería Knoedler de Nueva York a la que asistió el propio Gabor. La holografía posee un innegable interés como una de las técnicas más revolucionarias de creación de imágenes tridimensionales y su capacidad de atracción-fascinación es enorme. Frente al espacio estático y constante de la pintura o la fotografía, el espacio holográfico implica el movimiento del espectador y una variación de la imagen en tanto en cuanto se producen ángulos de visión distintos en la percepción dinámica de la imagen holográfica. Lejos de ser una ventana fija abierta a un espacio fijo, el holograma actúa, en este caso, como una “ventana con memoria”.

Hologramas de Margaret Benyon.

Para terminar señalar que la holografía puede aplicarse utilizando una gran parte del espectro electromagnético, desde imágenes con microondas y radar, pasando por los infrarrojos, el espectro visible y la radiación ultravioleta, hasta los rayos X. También se pueden utilizar haces de electrones o neutrones e incluso ondas sonoras. Existen hologramas artísticos, retratos holográficos, hologramas en color y también se encuentran hologramas en las tiendas de regalos, en libros, en museos, en tarjetas de felicitación o en sellos de correos. Los hologramas de seguridad son un gran negocio: tarjetas de crédito, billetes de banco y hasta hay hologramas en las etiquetas de ciertos productos como la ropa deportiva para asegurar su autenticidad y distinguirla de las imitaciones. La interferometría holográfica es una técnica que se aplica en áreas muy diversas, los elementos ópticos holográficos se emplean es sistemas ópticos muy variados, el almacenamiento holográfico de información es ya una realidad y la holografía aparece también en investigaciones de física fundamental como la teoría de la relatividad o la física cuántica. En sus casi setenta años de vida, y a pesar de sus erráticos inicios, podemos afirmar, sin riesgo a equivocarnos, que

la holografía ha demostrado tener un gran pasado y un magnífico presente, pero desde luego lo que es innegable es que sigue teniendo un futuro muy prometedor.

creative-commons

About Augusto Beléndez

Catedrático de Universidad de Física Aplicada en el Departamento de Física, Ingeniería de Sistemas y Teoría de la Señal de la Universidad de Alicante. Director del Instituto Universitario de Física Aplicada a las Ciencias y las Tecnologías (IUFACyT) así como del Grupo de Investigación "Holografía y Procesado Óptico" (GHPO) y del Grupo de Innovación Tecnológica-Educativa "Física, Óptica y Telecomunicaciones" (GITE-FOT).
This entry was posted in Año de la Luz-2015, Divulgación, Investigación and tagged , , , . Bookmark the permalink.