6 cosas que quizás no sepa sobre la holografía

Si una imagen en 2D vale más que mil palabras, una imagen en 3D vale un millón. Con la holografía, es posible reconstruir imágenes en 3D utilizando hologramas, y el proceso es diferente a todo lo que se encuentra en la tecnología de visualización tradicional. A pesar de que se inventó hace más de 70 años, la holografía sigue siendo el mejor candidato para lograr verdaderas pantallas 3D. Aquí presentamos seis cosas que quizás no sepa sobre el extraño y maravilloso mundo de la holografía.

1. Tupac no es un holograma



Cuando ves a Tupac, Michael Jackson o cualquier otra persona proyectada de la forma en que ves en conciertos o similares, no son hologramas. Es un truco, y el holograma fundamental no tiene relación alguna con esto. El truco que se está utilizando fue inventado en el siglo XIX por John Pepper para sorprender a los espectadores desprevenidos de que había aparecido un fantasma junto a los actores en el escenario (en la foto de arriba). En realidad, se empleó una ilusión inteligente, mediante la cual un trozo de vidrio en ángulo se colocó entre el público. El escenario se usó para reflejar la luz de un actor debajo del escenario hacia la audiencia, pero aún permitiéndoles ver a través del escenario adelante. Debido a que el vidrio es efectivamente transparente, creemos que hay un fantasma flotando en el escenario. Como tal, la mayoría de los 'hologramas' que se ven en la televisión son una variante del truco fantasma de Pepper.



2. Solo un holograma es holograma: es notablemente diferente a cualquier otra cosa.

Considere que acaba de tomar una foto de una escena. Tomó su cámara, apuntó, hizo clic y capturó información. Desde un punto de vista óptico, ha almacenado una amplitud promediada en el tiempo del campo de luz que emana de esa escena utilizando algún tipo de sensor (en canales RGB separados). Como resultado, una gran cantidad de información dentro de ese campo de luz acaba de ser descartada. Recopilar solo esta información está capturando efectivamente un pequeño porcentaje de lo que hay. Un holograma (inventado en 1947 por Dennis Gabor, holografía (del griego que significa 'dibujo completo') en su sentido más básico, es el registro y luego la reconstrucción de toda la información del campo de luz de tal manera que cuando se ve, el observador no puede Diga la diferencia de la escena original porque el holograma está 'dando' al observador toda la información original.



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Ahora, naturalmente, preguntará: ¿cómo podemos hacer esto? Bueno, si toma el objeto que desea mostrar, lo ilumina con un láser e interfiere esta luz dispersa con otro láser (ver Figura), una grabación de este patrón creado es el holograma (2). Captura la información de amplitud, fase y longitud de onda del objeto. Ahora bien, si miramos este patrón bajo el microscopio, simplemente veríamos estas franjas de interferencia, lo cual no es interesante. Sin embargo, si iluminamos con la misma fuente, la luz se dispersa desde todas las franjas simultáneamente e interfiere consigo misma para reconstruir el campo de luz del objeto original.



La belleza de esta técnica es que sigue siendo la única forma de reconstruir realmente la información 3D y lograr pantallas 3D reales. Sin embargo, esta técnica se realizó originalmente hace casi 70 años para formar hologramas estáticos. Pero, ¿por qué no podemos simplemente cambiar dinámicamente los hologramas y crear efectivamente una pantalla holográfica? Esto se analiza en la siguiente sección.

3. Las pantallas holográficas 3D en su hogar aún están a décadas de distancia

El problema con la creación de pantallas holográficas en 3D es que la cantidad de información que contiene un holograma típico es enorme; ¡la luz contiene mucha información! Como ejemplo, se cree que se requieren del orden de un millón de billones de píxeles para lograr una pantalla holográfica 3D pura (1,3), y con una frecuencia de actualización típica de, digamos, 30 fps, esta es una asombrosa la cantidad de datos. No solo esto, también necesitamos tecnología que pueda registrar (en tiempo real) toda la información compleja del campo de luz, tecnología de comunicaciones capaz de transmitir esta enorme cantidad de datos, y luego una computadora para procesar estos datos. Teniendo en cuenta que estamos a punto de entrar en la era de la televisión 4K (que es una pantalla de aproximadamente 10 millones de píxeles), estamos un poco lejos.

4. Se puede generar y mostrar un holograma con computadoras

Como se ha comentado, estamos tratando con mucha información. Los métodos actuales de última generación para mostrar hologramas dinámicos se denominan moduladores de luz espacial (SLM). Son esencialmente dispositivos de visualización pequeños, similares a los de una televisión, en los que se muestran hologramas, la luz láser brilla o se refleja y el patrón se forma en el otro lado.

Ahora, ¿cómo calculamos un holograma? Idealmente, podríamos registrar toda la información del campo de luz de una escena, pero no tenemos tecnología comercial para hacer esto. Podríamos hacer simulaciones completas de ondas electromagnéticas de una escena simulada para descubrir cómo se ve el campo de luz dispersado por un objeto en todos los puntos del espacio, y luego registrar esta información para formar un holograma. Sin embargo, esto es computacionalmente una pesadilla con la tecnología actual. Una forma aparentemente mejor (hasta que las simulaciones de onda completa se puedan hacer rápidamente) es que podemos ser inteligentes sobre las cosas y profundizar en las matemáticas fundamentales detrás de los fenómenos.

Básicamente, hacemos una aproximación. Resulta que, cuando la luz se difracta, si estás lo suficientemente lejos del punto de difracción, el patrón que ves está relacionado con la transformada de Fourier de la representación matemática del objeto de difracción. Lo que esto significa es que, debido a que nuestras computadoras actualmente pueden realizar FFT rápidamente, podemos generar rápidamente hologramas generados por computadora sobre la marcha. Por lo tanto, al mostrar esto en un SLM, podemos difractar la luz para formar imágenes arbitrarias a voluntad. Esta zona se llama holografía generada por computadora. UNA Ahora que las computadoras son cada vez más rápidas y eficientes, se está convirtiendo en un área de investigación candente.

5. El mejor intento de una televisión holográfica se hizo hace una década y costó una fortuna

Qinetiq desarrolló un prototipo de pantalla holográfica basado en tecnología de modulación de luz espacial hace 12 años. Usó un sistema de mosaico activo con dos moduladores de luz espacial diferentes para proporcionar todas las señales de profundidad necesarias para producir una imagen 3D. Era costoso de producir y se suspendió poco después del desarrollo, pero sigue siendo la pantalla holográfica real más cercana que se ha demostrado.

6. La holografía no es solo para tu TV

A pesar de que hemos discutido el hecho de que las pantallas holográficas 3D aún están un poco lejos, la holografía como disciplina es invaluable y tiene aplicaciones en muchas áreas. Estos son solo algunos ejemplos:

  • Imágenes de electrones : Al observar el cambio de fase de la interferencia de electrones (debido al campo eléctrico y material) a medida que pasan a través de materiales de película delgada, es posible determinar la composición de los materiales.
  • Almacenamiento de datos : Los discos ópticos convencionales almacenan información en la superficie. Sin embargo, con la holografía es posible registrar información en todo el volumen de un material y en diferentes ángulos; por lo tanto, es posible almacenar órdenes de magnitud más de información que las técnicas convencionales de almacenamiento de datos ópticos.
  • Pinzas ópticas holográficas: Las pinzas ópticas utilizan fuerzas de la luz para moverse alrededor de partículas pequeñas (principalmente para aplicaciones biológicas) y crear trampas ópticas. Mediante el uso de hologramas generados por computadora, los investigadores pueden manipular grandes conjuntos de partículas a distancias pequeñas.
  • Seguridad Los hologramas se han utilizado en billetes de banco y tarjetas de crédito durante décadas. Por lo general, se utilizan porque la tecnología requerida para producir tales estructuras es bastante avanzada.

Referencias

(1) J. Geng, Adv. Optar. Fotónica 5 , 456 (2013).

(2) B. C. Kress y P. Meyrueis, Óptica digital aplicada (Wiley, 2000).

(3) M. Lucente, en SMPTE 2nd Annu. En t. Conf. Stereosc. Entretenimiento multimedia 3D. - Soc. Motion Pict. Telev. Ing. (2011).

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