Holografía 3D: definición, cómo funciona y aplicaciones
Descubre qué es la holografía 3D, cómo funciona con láser y ondas de luz, y sus sorprendentes aplicaciones en arte, medicina y tecnología.
La holografía es una forma de hacer una imagen tridimensional (3-D) realizada con un láser. Permite al holografista hacer una imagen más exacta que con la fotografía. El holograma parece moverse y cambiar ligeramente para parecer tridimensional. La holografía utiliza el aspecto ondulatorio de la luz.
¿Qué es exactamente un holograma?
Un holograma no es una fotografía tradicional: mientras la fotografía registra sólo la intensidad de la luz que llega a la placa, la holografía registra tanto la amplitud como la fase de la onda luminosa. Gracias a ello se conserva la información sobre la dirección y la profundidad de la luz, lo que permite recrear una imagen con paralaje (cambio de perspectiva al mover el observador) y sensación de volumen.
Principios básicos: cómo funciona
- Fuente coherente: normalmente se usa un láser porque produce luz coherente (ondas con fase estable), necesaria para generar patrones de interferencia claros.
- Interferencia: el haz láser se divide en dos: uno ilumina el objeto (haz objeto) y otro sirve como referencia (haz referencia). Las ondas reflejadas por el objeto interfieren con el haz de referencia y forman un patrón de interferencia.
- Grabación: ese patrón se registra en una placa fotosensible o en un soporte digital. El patrón codifica la información de fase y amplitud de la luz proveniente del objeto.
- Reconstrucción: al iluminar el patrón grabado con luz adecuada (a menudo el mismo tipo de láser o, en algunos hologramas, luz blanca), se recrea el frente de onda original que produjo la imagen, de modo que el observador percibe la imagen en tres dimensiones.
Tipos de hologramas
- Hologramas de transmisión: se iluminan por detrás y la imagen se observa al otro lado de la placa.
- Hologramas de reflexión (Denisyuk): se iluminan desde el frente; muchos hologramas comerciales y artísticos son de este tipo y se ven con luz blanca.
- Hologramas arco o multiplexados: permiten mostrar distintas vistas según el ángulo de visión.
- Holografía digital y electroholografía: usan sensores y pantallas electrónicas para registrar y reconstruir hologramas, lo que facilita el procesamiento por ordenador y la transmisión de hologramas por medios digitales.
- Hologramas de arco iris (Benton): optimizados para visualización bajo luz blanca pero con reducción de resolución en una de las dimensiones para facilitar la reproducción comercial.
Aplicaciones
- Seguridad y autenticación: hologramas en documentos, tarjetas bancarias y billetes para dificultar la falsificación.
- Almacenamiento de datos: conceptos de almacenamiento holográfico ofrecen alta densidad y acceso paralelo a la información.
- Medicina y diagnóstico: microscopía holográfica para observar células y tejidos en 3D sin lentes complejas; imágenes volumétricas en investigación biomédica.
- Industria y metrología: control de calidad, inspección de piezas y mediciones de deformaciones por interferometría holográfica.
- Arte y exposición: instalaciones artísticas y presentación de objetos en tres dimensiones sin necesidad de pantallas volumétricas.
- Entretenimiento y visualización: proyecciones en conciertos, displays publicitarios y prototipos de pantallas holográficas para objetos virtuales.
- Ciencia e investigación: estudio de campos de onda, dinámica de fluidos y visualización de fenómenos ópticos.
Procedimiento básico (pasos)
- Preparar una fuente láser estable y dividir el haz en haz objeto y haz referencia.
- Iluminar el objeto con el haz objeto; la luz reflejada recoge la información espacial del mismo.
- Combinar la luz reflejada con el haz de referencia sobre una placa fotosensible o sensor.
- Revelar o digitalizar el patrón de interferencia grabado.
- Reconstruir la imagen iluminando el holograma con luz adecuada para observar la imagen tridimensional.
Ventajas y limitaciones
- Ventajas: reproducciones con profundidad real y parallax, capacidad de almacenar información de fase, múltiples vistas desde distintos ángulos.
- Limitaciones: muchos procesos requieren láseres y ambiente controlado (vibraciones y movimientos afectan la grabación), resolución y tamaño del holograma están limitados por la técnica y el material, y la producción comercial de pantallas holográficas interactivas aún es costosa.
Materiales y tecnologías modernas
Además de las placas fotosensibles clásicas (placas fotográficas y emulsiones), existen materiales fotopolímeros, películas de polímero y sensores digitales (cámaras CCD/CMOS) usados en holografía digital. La computación permite generar hologramas sintéticos mediante algoritmos de propagación de ondas y pantallas moduladoras de luz (SLM) para reconstrucción en tiempo real.
Tendencias y futuro
La investigación actual se centra en holografía digital en tiempo real, pantallas volumétricas, reducción de la necesidad de fuentes láser estrictas y aplicaciones en realidad aumentada/mixta. Si bien las grandes pantallas holográficas reales aún no son de uso cotidiano, avances en procesamiento, optoelectrónica y materiales acortan la distancia hacia dispositivos más accesibles.
Consideraciones de seguridad
Al trabajar con láseres hay que seguir normas básicas de seguridad: protección ocular adecuada, control de haces y evitar reflejos directos. En contextos comerciales y artísticos, elegir hologramas según el entorno de iluminación y el ángulo de visión deseado maximiza su efectividad.
En resumen, la holografía aprovecha la naturaleza ondulatoria de la luz para registrar y reconstruir información tridimensional completa, con aplicaciones que van desde la seguridad hasta la medicina y el arte. Su evolución digital promete ampliar aún más sus usos en los próximos años.
Dos fotografías de un mismo holograma tomadas desde distintos puntos de vista
Cómo se hace un holograma
Los hologramas se hacen con luz que se proyecta sobre una placa o pantalla, casi como se hacen las fotos. Para hacer un holograma en lugar de una fotografía, parte de la luz, llamada "haz de referencia", tiene que ir directamente a la pantalla. La luz tiene que ser un láser porque los láseres son más precisos y tienen una longitud de onda que no cambia como lo hacen las longitudes de onda de la luz de otras fuentes, como la luz de las bombillas. Para evitar que otra luz estropee el holograma, los hologramas se suelen tomar en la oscuridad. Como la más mínima vibración puede impedir que el holograma se forme correctamente, las mesas sobre las que el holografista coloca el equipo pueden estar construidas con amortiguadores o cámaras infladas para detener las vibraciones del suelo.
Hologramas frente a fotografías
Los hologramas pueden compararse con las fotografías. La holografía registra tanto la intensidad de la luz, como la fotografía, pero también registra la diferencia de fase de la luz. La holografía registra toda la información de la luz que refleja el objeto.
- Un holograma graba (escribe) la luz que proviene de muchos lugares, por lo que una persona que lo mira puede verlo desde muchos ángulos.
- Una foto puede hacerse con luz normal, como la del sol o la de una bombilla, pero los hologramas sólo pueden hacerse con láser.
- Un holograma necesita un segundo láser (el rayo de referencia) para ir a la placa o pantalla donde se hace el holograma.
- Cuando una foto se corta por la mitad, cada pieza muestra la mitad de la foto. Cuando un holograma se corta por la mitad, todo el holograma se muestra en cada pieza. Esto se debe a que cada trozo de una foto muestra sólo esa parte de la foto, pero cada punto de un holograma muestra la luz de todas partes.
- De cerca, los hologramas parecen un montón de bultos al azar.
Fotografía de cerca de la superficie de un holograma. Este es un holograma de un coche de juguete.
Funcionalidad
La holografía utiliza una onda de referencia (que va a la placa) y una onda de exposición (onda del objeto, que proviene del objeto). La onda de referencia puede guardar la información de fase como patrones de luz y oscuridad en una película. La onda del objeto y la de referencia deben tener la misma longitud de onda para poder guardar la información de fase y suelen proceder del mismo láser.
Historia
La persona más famosa en la historia de la holografía es el médico Dennis Gábor, inventor del holograma. En 1947, tratando de mejorar los microscopios, descubrió cómo mostrar objetos tridimensionales.
Fechas importantes
- 1920: Mieczysław Wolfke propone el principio de la reconstrucción del campo de ondas por difracción sobre patrones de difracción
- 1947: Dennis Gábor desarrolló el principio de la holografía
- 1960: Theodor Maiman inventa el láser (amplificación de la luz por emisión estimulada de radiación)
- 1963: Emmeth Leith y Juris Upatnieks mejoran la técnica de grabación
- 1964: Producción del primer holograma por Leith y Upatnieks ("Train and Bird").
- 1965: Juri Nikolajewitsch Denisjuk inventa la holografía de luz blanca
- 1967: El primer holograma de una persona
- 1968: Stephen A. Benton inventó la holografía de transmisión del arco iris
- 1971: Concesión del Premio Nobel de Física a Dennis Gábor por la invención de la holografía
Detalles físicos
Grabación
Los hologramas necesitan rayos láser. Una lente de dispersión agranda el haz y lo hace pasar por un espejo especial. Sólo una parte de este rayo láser puede atravesar el espejo. Este haz se convierte en la onda de referencia y se graba en la película. La otra parte del rayo láser se refleja en el espejo. Este trozo se convierte en la onda de exposición en el objeto. El objeto refleja esta onda en la película.
Reconstrucción
Hacer un holograma es muy parecido a hacer una fotografía, y necesita productos químicos. Para ver un holograma hay que iluminar la película con la onda de referencia. Estas ondas se reflejan en la película (holograma) y crean una imagen virtual del objeto grabado, aunque esa imagen sólo pueda verse desde un ángulo concreto.
Aplicaciones
Medición
Las industrias utilizan hologramas para medir cosas. En la industria automovilística, los coches se miden con holografía para que los ingenieros puedan ver las protuberancias y las características de las vibraciones. La holografía por desplazamiento de fase es un tipo de holografía que se utiliza para fabricar coches.
El primer paso para hacer un holograma es examinar el estado del objeto a nivel del suelo, y luego sobrecargar el objeto mediante calor o presión mecánica. Al cubrir el holograma original y el holograma modificado se pueden producir franjas de interferencia. Midiendo las franjas de interferencia, los ingenieros aprenden la magnitud de la deformación u otro problema. Los ingenieros pueden medir pequeñas dilataciones o vibraciones en los sistemas mecánicos. Para ello se necesitan dos ondas de referencia.
Almacenamiento de datos
Existen máquinas de almacenamiento holográfico para imágenes analógicas y datos digitales. La información digital se afiliará mediante un patrón de bits bidimensional.
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es la holografía?
R: La holografía es una técnica utilizada para crear imágenes tridimensionales con láser.
P: ¿En qué se diferencia la holografía de la fotografía?
R: La holografía produce una imagen tridimensional más precisa que la fotografía.
P: ¿Qué hace que un holograma parezca tridimensional?
R: El holograma parece tridimensional porque parece moverse y cambiar ligeramente.
P: ¿Qué utiliza la holografía para su funcionamiento?
R: La holografía utiliza el aspecto ondulatorio de la luz para su funcionamiento.
P: ¿Cómo se fabrica un holograma?
R: Un holograma se fabrica utilizando un láser para grabar la interacción de dos haces de luz.
P: ¿Se puede ver un holograma sin un equipo especial?
R: No, para ver un holograma se necesita un equipo especial, como un visor holográfico o un puntero láser.
P: ¿Cuáles son las ventajas de la holografía sobre otras técnicas de imagen?
R: La holografía produce una imagen tridimensional más precisa y permite manipular la imagen.
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