holografia 156KB Jun 22 2010 01:09:39 PM

Institución: Comisión Chilena de Energía Nuclear, CCHEN, con el apoyo de
la Sociedad Chilena de Física, SOCHIFI
Título: HOLOGRAFÍA, Una aplicación del “rayo láser”
El Láser
Una consecuencia de las investigaciones de Albert Einstein es la teoría que permitió
idear y construir un dispositivo capaz de producir una luz intensa, de un color muy
definido y ordenada, el láser. Técnicamente se dice que el láser es monocromático y
coherente
Monocromático: color muy definido, una longitud de onda muy definida.
Coherente: luz ordenada, todos los fotones están en fase (“marchan al mismo
paso”).
Holografía
 Es una técnica óptica que permite el registro y visualización de objetos
tridimensionales.
 Se usa en publicidad y arte.
 En combinación con otras técnicas ópticas como la interferometría es una útil
herramienta de medición de propiedades que sufren variaciones muy
pequeñas.
 Cuando se observa el holograma, es equivalente a mirar el objeto a través de
una ventana, se puede cambiar el punto de observación apreciando así otras
partes del objeto que son imposibles de captar en una sola fotografía. Otra
característica de un holograma es que cada uno de sus puntos guarda
información de todos los puntos del objeto, es decir, si un holograma se parte
en varios pedazos, cada pedazo tiene la información de todo el objeto
iluminado, tan sólo se limitan los puntos de vista desde donde se puede
observar el objeto.
La holografía se basa en tres fenómenos de la luz:
 Scattering o dispersión
 Interferencia
 Difracción
Para hacer un holograma se necesita una fuente luminosa coherente (un láser), una
placa fotosensible y naturalmente un objeto. La emulsión fotosensible tiene un
espesor de aproximadamente 10 micrones. El objeto es iluminado por la luz de un
láser, cada punto del objeto dispersa la luz en todas direcciones incidiendo sobre la
placa. A diferencia de la fotografía, donde se graba sólo una imagen de la luz
proveniente del objeto, en un holograma incide sobre la placa, simultáneamente con
un haz limpio (haz de referencia) que proviene de la misma fuente (figura 1). Estos
dos haces de luz, el que viene del objeto y el de referencia se unen registrando un
patrón de interferencia sobre la placa, esta placa una vez revelada recibe el nombre
de holograma. Se usa un láser porque es capaz de producir un patrón de
interferencia muy definido.
Figura 1
La siguiente etapa consiste en
reconstruir la imagen. Se coloca el
holograma en el mismo lugar que
ocupara al momento del registro y se
ilumina con una fuente análoga al haz
de referencia usado en la grabación.
Por efecto de la interacción entre la
luz y la estructura registrada en el
holograma, aparecen rayos luminosos
(rayos difractados) que corresponden
con exactitud a los reflejados por el
objeto real, viéndose éste en toda su
magnitud tridimensional (figura 2).
Modelo geométrico
Para hacer accesible la holografía a personas de otras áreas no necesariamente
científicas y especializadas, como por ejemplo a artistas, arquitectos, publicistas,
técnicos, etc., existe un modelo geométrico que explica las características físicas de
un holograma sin requerir de conocimientos matemáticos.
La idea básica de este modelo está en la comprensión de cómo interfieren dos
ondas en el espacio. Las ondas provenientes de una fuente pueden ser
representadas en un plano como un conjunto de círculos concéntricos, donde la
diferencia de radios entre círculos sucesivos representa la longitud de la onda . En
el centro de los círculos están ubicadas las fuentes. La interferencia entre dos
fuentes luminosas de la misma frecuencia que emiten en fase, puede ser
representada por dos conjuntos de círculos concéntricos, tal como muestra la figura
3 a). Suponiendo que las áreas blancas representan interferencia constructiva, i.e.
zonas con máxima intensidad de luz, y las zonas negras representan interferencia
destructiva, i.e. zonas con ausencia de luz, vemos que las zonas blancas forman
una familia hipérbolas sucesivas distanciadas del orden de  (=0.63 micrones para
un láser rojo de He-Ne). Esta familia de hipérbolas está representada en la figura 3
b), con A y B los focos que representan las fuentes de las ondas. Lo que estamos
viendo es la proyección en un plano de un fenómeno que ocurre en todo el espacio,
en rigor lo que se obtiene es una familia de hiperboloides de revolución, cuyo eje es
la línea entre los dos focos.
Una característica particular de las
hipérbolas se muestra en la figura 3
c),
si
se
dibujan
dos
líneas
provenientes de los focos de manera
que
se
intersecten
sobre
una
hipérbola, la normal a la hipérbola
bisecta un ángulo formado por esta
líneas (divide en dos ángulos iguales).
Dicho de otra manera si la hipérbola
fuese un espejo, un rayo que nace del
foco A, al reflejarse por la normal a la
hipérbola parecerá que proviene del
foco B. Ahora si todas las hipérbolas
de la familia fuesen de un material
Figura 3
semireflectante, se verá que la
información proviene desde el foco B,
desde cualquier punto de vista.
Precisamente esto es un holograma.
Consideremos un objeto que dispersa la luz en todas direcciones (objeto difusor).
En la figura 3 d), la fuente de luz ubicada en B representa un punto del objeto,
mientras que A representa la fuente del haz de referencia. Si se pone una placa
fotosensible en el espacio de interferencia de los haces, la placa será ennegrecida
siguiendo la forma de los hiperboloides. Una vez revelada y fijada se obtiene el
holograma que es una parte de estos hiperboloides, o una red de difracción. Si
iluminamos el holograma con la fuente A (figura 4 a)), se reproducirá la información
del punto del objeto ubicado en B. Esto ocurre para todos los puntos del objeto,
guardando las posiciones relativas entre ellos, lográndose así una imagen del objeto
igual a la que había en el momento de registrar el holograma. Nótese que si
partimos el holograma por la mitad o bloqueamos parte de él, igual se verá todo el
objeto.
•Holograma
por
transmisión:
Cuando los dos haces, objeto y
referencia, llegan a la placa por el
mismo lado, se denomina holograma
por transmisión (figura 4 b) y 4 c)).
Este tipo de holograma sólo puede
ser visto apropiadamente con luz
láser, debido a que la red de
difracción
que
constituye
el
holograma
difracta
la
luz
en
diferentes ángulos dependiendo de la
longitud de onda. Es decir, si lo
ilumináramos con luz blanca, cada
color será desviado a diferentes
lugares haciendo imposible lograr una
imagen nítida del objeto.
•Holograma
por reflexión: Si los haces objeto y referencia llegan por lados
contrarios a la película (figura 4 c)), se está haciendo un holograma por reflexión.
En este caso la red de difracción serán planos paralelos a la placa fotográfica. Este
tipo de holograma puede ser visto con luz blanca, debido a que este tipo de red
selecciona sólo una longitud de onda, aquella que es igual a la distancia entre
planos, se puede demostrar que los demás colores interfieren destructivamente
(figura 4 d)). El mecanismo de selección del color es equivalente al de las alas de
mariposas tornasol (figura 5).
La mariposa a) corresponde a una de
color tornasolado. Aún cuando su
pigmentación es café esta mariposa
se ve de color azul. El color azul se
produce
por
interferencia
constructiva.
La mariposa b) es una mariposa
común y su color se debe a su
pigmentación.