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Ciencia y tecnología Act. 02 nov 2018

Historia de la Holografía

holograma bbva

“Quiero hablar del Universo como si fuera un holograma. Como probablemente sabrán, un holograma es la representación de un objeto tridimensional en una superficie bidimensional, como una placa fotográfica. Supuestamente yo estaba representado por un holograma en uno de los primeros episodios de Star Trek, la Siguiente Generación. Digo supuestamente porque, a pesar de aparecer tridimensional en la nave espacial Enterprise, las pantallas de la televisión de aquella época no podían, y todavía no pueden, mostrar imágenes holográficas tridimensionales. Eso será la próxima revolución tecnológica. En aquel episodio jugaba al póker con Isaac Newton, Albert Einstein y el comandante Data”.

Este es el comienzo del discurso que pronunció el científico Stephen Hawking en Tenerife en 2014 en el que define de forma más atractiva que la RAE la holografía. La Real Academia Española señala que es "la técnica fotográfica basada en el empleo de la luz coherente producida por el láser". En la placa fotográfica se impresionan las interferencias causadas por la luz reflejada de un objeto con la luz indirecta. Iluminada, después de revelada, la placa fotográfica con la luz del láser, se forma la imagen tridimensional del objeto original".

La fotografía ordinaria es capaz de reproducir una imagen bidimensional, obtenida enfocando la luz reflejada por un objeto sobre una placa fotográfica que registra la intensidad de luz que recibe. De esta forma, el mapa bidimensional, una vez revelado, reconstruye la imagen correspondiente al plano enfocado. El holograma está, en cambio, formado por un confuso esquema de puntos brillantes y oscuros donde está “plegada” (enfolded) toda la información óptica del objeto, con la particularidad fundamental de que cada porción del holograma contiene a su vez toda la información plasmada en el holograma completo. Al iluminar la placa con luz láser, aparece la imagen holográfica que reproduce tridimensionalmente el objeto, la cual mostrará la información óptica desplegada (unfolded).

La fotografía ordinaria es capaz de reproducir una imagen bidimensional, obtenida enfocando la luz reflejada por un objeto sobre una placa fotográfica

Dennis Gabor, padre de la holografía

El húngaro Dennis Gabor es el inventor del holograma y explica de forma sencilla en un artículo publicado en 1948 su descubrimiento: "El objeto de este trabajo es un nuevo método de formación de imágenes ópticas en dos etapas. En una primera etapa, el objeto se ilumina con una onda monocromática coherente, y el patrón de difracción resultante de la interferencia de la onda secundaria coherente proveniente del objeto con el fondo coherente se registra en una placa fotográfica. Si la placa fotográfica, procesada adecuadamente, se sitúa después en su posición original y se ilumina sólo con el fondo coherente, aparecerá una imagen del objeto detrás de ella, en la posición original."

La holografía, según señala Augusto Beléndez, catedrático de Física Aplicada de la Universidad de Alicante y miembro de la Real Sociedad Española de Física, en el artículo de Open Mind "Dennis Gabor el padre de la Holografía", comienza a dar sus primeros pasos en 1947 en un laboratorio de una empresa de ingeniería eléctrica en el que Gabor trabajaba en la mejora del microscopio electrónico. Con este instrumento se había aumentado en cien veces el poder de resolución de los mejores microscopios ópticos y se estaba muy cerca de resolver las estructuras atómicas, pero los sistemas no eran lo bastante perfectos. Su limitación estaba relacionada con la aberración esférica de las lentes magnéticas del microscopio. Para resolver este problema Gabor se preguntó: "¿Por qué no tomar una mala imagen electrónica, pero que contenga la información ‘total’ de la misma, reconstruirla y corregirla mediante métodos ópticos?".

La contestación a esta pregunta se le ocurrió mientras esperaba para jugar un partido de tenis en 1947 y consistía en considerar un proceso en dos etapas. En la primera etapa, el registro, produciría el diagrama interferencial entre el haz de electrones objeto (onda objeto) y un "fondo coherente" (onda de referencia) que registraría en una placa fotográfica. A este interferograma Gabor lo llamó holograma, del griego‘holos’, que significa ‘la totalidad’, pues contiene la información total (la amplitud y la fase) de la onda objeto. En la segunda etapa, la reconstrucción, iluminaría el holograma con luz visible, reconstruiría el frente de onda original y podría corregirlo por métodos ópticos para obtener una buena imagen. Así pues, los principios físicos de la holografía están basados en la naturaleza ondulatoria de la luz y son la interferencia (en la etapa de registro) y la difracción (en la etapa de reconstrucción). Gabor dedicó el resto del año trabajando en su ‘nuevo principio de microscopía’ (new microscopic principle).

Abandono

En los años 50 se publicaron unos cincuenta artículos sobre la técnica de Gabor. Sin embargo, sólo se consiguieron imágenes pequeñas y borrosas. Los investigadores perdieron el interés por dos razones. La primera, la imposibilidad de obtener resultados óptimos cuando aplicaban el método al microscopio electrónico y la segunda, la etapa de reconstrucción del holograma que era imperfecta. El método de Gabor genera un holograma en eje cuya calidad es pobre debido al solapamiento de la imagen virtual y la imagen real o conjugada. Al contemplar la imagen virtual o la real siempre aparece la otra imagen desenfocada como fondo. En 1955, y tras investigar varios montajes ópticos para minimizar el efecto de la imagen conjugada, Gabor abandonó sus investigaciones sobre holografía.

Pero, como cuenta el científico español, todo cambió en la década de los 60. La explosión holográfica, originada en los Estados Unidos en los primeros años de la década de los sesenta del siglo pasado tras la invención de láser en 1960 y gracias sobre todo a las contribuciones de Emmett Leith -que registró el primer holograma de un objeto tridimensional en 1964-  rehabilitaron la figura de Gabor que pasó de ser prácticamente un desconocido a recibir en 1971 el Premio Nobel de Física “por su invención y desarrollo del método holográfico”. También recibió el homenaje de Salvador Dalí- apasionado por la óptica- en el genial holograma Holos! Holos! Velázquez! Gabor! que fue presentado en la galería Knoedler de Nueva York.

bbva-hologramas

Estación espacial sobre la Tierra.

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