Holografia - Holography

Duas fotos de um único holograma tiradas de diferentes pontos de vista

Holografia é uma técnica que permite que uma frente de onda seja registrada e posteriormente reconstruída. A holografia é mais conhecida como um método de geração de imagens tridimensionais, mas também tem uma ampla gama de outras aplicações . Em princípio, é possível fazer um holograma para qualquer tipo de onda .

Um holograma é feito pela sobreposição de uma segunda frente de onda (normalmente chamada de feixe de referência) na frente de onda de interesse, gerando assim um padrão de interferência que é registrado em um meio físico. Quando apenas a segunda frente de onda ilumina o padrão de interferência, ela é difratada para recriar a frente de onda original. Os hologramas também podem ser gerados por computador modelando as duas frentes de onda e adicionando-as digitalmente. A imagem digital resultante é então impressa em uma máscara ou filme adequado e iluminada por uma fonte adequada para reconstruir a frente de onda de interesse.

Visão geral e história

O físico húngaro - britânico Dennis Gabor (em húngaro: Gábor Dénes ) recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1971 "por sua invenção e desenvolvimento do método holográfico".

Seu trabalho, feito no final da década de 1940, foi baseado em um trabalho pioneiro no campo da microscopia de raios X por outros cientistas, incluindo Mieczysław Wolfke em 1920 e William Lawrence Bragg em 1939. Esta descoberta foi um resultado inesperado da pesquisa para melhorar os microscópios eletrônicos em a British Thomson-Houston Company (BTH) em Rugby , Inglaterra, e a empresa registrou uma patente em dezembro de 1947 (patente GB685286). A técnica originalmente inventada ainda é usada na microscopia eletrônica , onde é conhecida como holografia eletrônica , mas a holografia óptica não avançou realmente até o desenvolvimento do laser em 1960. A palavra holografia vem das palavras gregas ὅλος ( holos ; "todo ") e γραφή ( graphe ;" escrita "ou" desenho ").

Um holograma é uma gravação de um padrão de interferência que pode reproduzir um campo de luz 3D usando difração. O campo de luz reproduzido pode gerar uma imagem que ainda possui a profundidade, paralaxe e outras propriedades da cena original. Um holograma é uma gravação fotográfica de um campo de luz, em vez de uma imagem formada por uma lente . O meio holográfico, por exemplo, o objeto produzido por um processo holográfico (que pode ser referido como um holograma) é geralmente ininteligível quando visto sob luz ambiente difusa . É uma codificação do campo de luz como um padrão de interferência de variações na opacidade , densidade ou perfil de superfície do meio fotográfico. Quando adequadamente iluminado, o padrão de interferência difrata a luz em uma reprodução precisa do campo de luz original, e os objetos que estavam nele exibem pistas de profundidade visual , como paralaxe e perspectiva, que mudam de forma realista com os diferentes ângulos de visão. Ou seja, a visualização da imagem de ângulos diferentes representa o assunto visto de ângulos semelhantes. Nesse sentido, os hologramas não têm apenas a ilusão de profundidade, mas são imagens verdadeiramente tridimensionais.

Texto simétrico horizontal, de Dieter Jung

O desenvolvimento do laser permitiu que os primeiros hologramas ópticos práticos que registravam objetos 3D fossem feitos em 1962 por Yuri Denisyuk na União Soviética e por Emmett Leith e Juris Upatnieks na Universidade de Michigan , EUA. Os primeiros hologramas usavam emulsões fotográficas de haleto de prata como meio de registro. Eles não eram muito eficientes, pois a grade produzida absorvia grande parte da luz incidente. Vários métodos de conversão da variação na transmissão em uma variação no índice de refração (conhecido como "branqueamento") foram desenvolvidos, o que permitiu que hologramas muito mais eficientes fossem produzidos.

A holografia óptica precisa de uma luz laser para registrar o campo de luz. Em seus primeiros dias, a holografia exigia lasers caros e de alta potência, mas atualmente, diodos de laser de baixo custo produzidos em massa , como aqueles encontrados em gravadores de DVD e usados ​​em outras aplicações comuns, podem ser usados ​​para fazer hologramas e fazer holografia muito mais acessível a pesquisadores de baixo orçamento, artistas e amadores dedicados. Um nível microscópico de detalhes em toda a cena gravada pode ser reproduzido. A imagem 3D pode, no entanto, ser visualizada com luz não laser. Na prática comum, no entanto, grandes compromissos de qualidade de imagem são feitos para remover a necessidade de iluminação a laser para visualizar o holograma e, em alguns casos, para fazê-lo. O retrato holográfico freqüentemente recorre a um procedimento de imagem intermediário não holográfico, para evitar os perigosos lasers pulsados ​​de alta potência que seriam necessários para "congelar" opticamente objetos em movimento tão perfeitamente quanto o processo de gravação holográfica extremamente intolerante ao movimento requer. Os hologramas agora também podem ser inteiramente gerados por computador para mostrar objetos ou cenas que nunca existiram. A maioria dos hologramas produzidos são de objetos estáticos, mas sistemas para exibir cenas de mudança em uma tela volumétrica holográfica estão agora sendo desenvolvidos.

A holografia é diferente da lenticular e de outras tecnologias de exibição 3D autostereoscópica anteriores , que podem produzir resultados superficialmente semelhantes, mas são baseadas em imagens de lentes convencionais. Imagens que requerem o auxílio de óculos especiais ou outras ópticas intermediárias , ilusões de palco como Pepper's Ghost e outras imagens incomuns, desconcertantes ou aparentemente mágicas são freqüentemente chamadas incorretamente de hologramas.

Também é diferente da holografia especular, que é uma técnica para fazer imagens tridimensionais controlando o movimento das especularidades em uma superfície bidimensional. Ele funciona por meio da manipulação reflexiva ou refrativa de feixes de raios de luz, não por meio de interferência e difração.

A holografia também é usada com muitos outros tipos de ondas .

Como funciona

Gravando um holograma
Reconstruindo um holograma
Esta é uma fotografia de uma pequena parte de um holograma de transmissão não branqueado visto através de um microscópio. O holograma gravou imagens de uma van e um carro de brinquedo. Não é mais possível discernir o assunto do holograma a partir desse padrão do que identificar que música foi gravada olhando para a superfície de um CD . A informação holográfica é registrada pelo padrão de manchas .

Holografia é uma técnica que permite que um campo de luz (que geralmente é o resultado de uma fonte de luz espalhada por objetos) seja registrado e posteriormente reconstruído quando o campo de luz original não estiver mais presente, devido à ausência dos objetos originais. A holografia pode ser considerada algo semelhante à gravação de som , em que um campo sonoro criado por matéria vibrante como instrumentos musicais ou cordas vocais , é codificado de tal forma que pode ser reproduzido posteriormente, sem a presença da matéria vibrante original. No entanto, é ainda mais semelhante à gravação de som Ambisonic , em que qualquer ângulo de escuta de um campo sonoro pode ser reproduzido na reprodução.

Laser

Na holografia a laser, o holograma é gravado usando uma fonte de luz laser , que é muito pura em sua cor e ordenada em sua composição. Vários arranjos podem ser usados, e vários tipos de hologramas podem ser feitos, mas todos envolvem a interação da luz vinda de diferentes direções e produzindo um padrão de interferência microscópico que uma placa , filme ou outro meio registra fotograficamente .

Em um arranjo comum, o feixe de laser é dividido em dois, um conhecido como feixe de objeto e o outro como feixe de referência . O feixe do objeto é expandido ao ser passado através de uma lente e usado para iluminar o assunto. A mídia de gravação está localizada onde esta luz, após ser refletida ou espalhada pelo assunto, irá atingi-la. As bordas do meio servirão, em última análise, como uma janela através da qual o assunto é visto, portanto, sua localização é escolhida com isso em mente. O feixe de referência é expandido e feito para brilhar diretamente no meio, onde interage com a luz proveniente do assunto para criar o padrão de interferência desejado.

Como a fotografia convencional, a holografia requer um tempo de exposição apropriado para afetar corretamente o meio de gravação. Ao contrário da fotografia convencional, durante a exposição a fonte de luz, os elementos ópticos, o meio de gravação e o assunto devem permanecer imóveis em relação uns aos outros, a cerca de um quarto do comprimento de onda da luz, ou o padrão de interferência será desfocado e o holograma estragou. Com assuntos vivos e alguns materiais instáveis, isso só é possível se um pulso de luz laser muito intenso e extremamente breve for usado, um procedimento perigoso que é raro e raramente feito fora dos ambientes de laboratórios científicos e industriais. São típicas exposições que duram vários segundos a vários minutos, usando um laser operando continuamente com potência muito menor.

Aparelho

Um holograma pode ser feito brilhando parte do feixe de luz diretamente na mídia de gravação e a outra parte no objeto de forma que parte da luz espalhada caia na mídia de gravação. Um arranjo mais flexível para registrar um holograma requer que o feixe de laser seja direcionado através de uma série de elementos que o alteram de maneiras diferentes. O primeiro elemento é um divisor de feixe que divide o feixe em dois feixes idênticos, cada um voltado para direções diferentes:

  • Um feixe (conhecido como 'iluminação' ou 'feixe de objeto') é espalhado usando lentes e direcionado para a cena usando espelhos . Parte da luz espalhada (refletida) da cena cai na mídia de gravação.
  • O segundo feixe (conhecido como 'feixe de referência') também é espalhado pelo uso de lentes, mas é direcionado de forma que não entre em contato com a cena e, em vez disso, viaje diretamente para a mídia de gravação.

Vários materiais diferentes podem ser usados ​​como meio de gravação. Um dos mais comuns é um filme muito semelhante ao filme fotográfico ( emulsão fotográfica de haleto de prata ), mas com uma concentração muito maior de grãos reativos à luz, tornando-o capaz de uma resolução muito maior que os hologramas exigem. Uma camada desse meio de gravação (por exemplo, haleto de prata) é fixada em um substrato transparente, que normalmente é de vidro, mas também pode ser de plástico.

Processo

Quando os dois feixes de laser alcançam o meio de gravação, suas ondas de luz se cruzam e interferem umas nas outras. É esse padrão de interferência que é impresso na mídia de gravação. O padrão em si é aparentemente aleatório, pois representa a maneira como a luz da cena interferiu na fonte de luz original - mas não a própria fonte de luz original. O padrão de interferência pode ser considerado uma versão codificada da cena, exigindo uma chave particular - a fonte de luz original - para visualizar seu conteúdo.

Essa chave que faltava é fornecida posteriormente pelo brilho de um laser, idêntico ao usado para registrar o holograma, no filme revelado. Quando esse feixe ilumina o holograma, ele é difratado pelo padrão de superfície do holograma. Isso produz um campo de luz idêntico ao originalmente produzido pela cena e espalhado no holograma.

Comparação com fotografia

A holografia pode ser melhor compreendida por meio de um exame de suas diferenças em relação à fotografia comum :

  • Um holograma representa um registro de informações sobre a luz que veio da cena original espalhada em uma variedade de direções, em vez de apenas uma direção, como em uma fotografia. Isso permite que a cena seja vista de uma variedade de ângulos diferentes, como se ainda estivesse presente.
  • Uma fotografia pode ser gravada usando fontes de luz normais (luz solar ou elétrica), enquanto um laser é necessário para gravar um holograma.
  • Uma lente é necessária na fotografia para registrar a imagem, enquanto na holografia, a luz do objeto é espalhada diretamente na mídia de gravação.
  • Uma gravação holográfica requer um segundo feixe de luz (o feixe de referência) a ser direcionado para a mídia de gravação.
  • Uma fotografia pode ser visualizada em uma ampla gama de condições de iluminação, enquanto os hologramas só podem ser visualizados com formas muito específicas de iluminação.
  • Quando uma fotografia é cortada ao meio, cada peça mostra a metade da cena. Quando um holograma é cortado ao meio, toda a cena ainda pode ser vista em cada peça. Isso ocorre porque, enquanto cada ponto em uma fotografia representa apenas a luz espalhada de um único ponto da cena, cada ponto em uma gravação holográfica inclui informações sobre a luz espalhada de todos os pontos da cena. Pode ser considerado como ver uma rua fora de uma casa através de uma janela de 120 cm × 120 cm (4 pés × 4 pés) e, em seguida, através de uma janela de 60 cm × 120 cm (2 pés × 4 pés). Pode-se ver todas as mesmas coisas através da janela menor (movendo a cabeça para mudar o ângulo de visão), mas o observador pode ver mais de uma vez através da janela de 120 cm (4 pés).
  • Uma fotografia é uma representação bidimensional que só pode reproduzir um efeito tridimensional rudimentar, enquanto o alcance de visualização reproduzido de um holograma adiciona muito mais pistas de percepção de profundidade que estavam presentes na cena original. Essas pistas são reconhecidas pelo cérebro humano e traduzidas na mesma percepção de uma imagem tridimensional de quando a cena original poderia ter sido visualizada.
  • Uma fotografia mapeia claramente o campo de luz da cena original. A superfície do holograma desenvolvido consiste em um padrão muito fino, aparentemente aleatório, que parece não ter relação com a cena que gravou.

Física da Holografia

Para uma melhor compreensão do processo, é necessário entender a interferência e a difração. A interferência ocorre quando uma ou mais frentes de onda são sobrepostas. A difração ocorre quando uma frente de onda encontra um objeto. O processo de produção de uma reconstrução holográfica é explicado abaixo puramente em termos de interferência e difração. É um pouco simplificado, mas é preciso o suficiente para dar uma compreensão de como funciona o processo holográfico.

Para quem não está familiarizado com esses conceitos, vale a pena ler esses artigos antes de continuar lendo este artigo.

Frentes de onda planas

Uma rede de difração é uma estrutura com um padrão de repetição. Um exemplo simples é uma placa de metal com fendas cortadas em intervalos regulares. Uma onda de luz que incide sobre uma grade é dividida em várias ondas; a direção dessas ondas difratadas é determinada pelo espaçamento da grade e pelo comprimento de onda da luz.

Um holograma simples pode ser feito sobrepondo duas ondas planas da mesma fonte de luz em um meio de gravação holográfico. As duas ondas interferem, dando um padrão de franja em linha reta cuja intensidade varia sinusoidalmente ao longo do meio. O espaçamento do padrão de franja é determinado pelo ângulo entre as duas ondas e pelo comprimento de onda da luz.

O padrão de luz registrado é uma rede de difração. Quando ele é iluminado por apenas uma das ondas usadas para criá-lo, pode ser mostrado que uma das ondas difratadas emerge no mesmo ângulo em que a segunda onda foi originalmente incidente, de modo que a segunda onda foi 'reconstruída'. Assim, o padrão de luz registrado é um registro holográfico conforme definido acima.

Fontes pontuais

Placa da zona sinusoidal

Se a mídia de gravação for iluminada com uma fonte pontual e uma onda plana normalmente incidente, o padrão resultante é uma placa de zona senoidal , que atua como uma lente de Fresnel negativa cujo comprimento focal é igual à separação da fonte pontual e do plano de gravação.

Quando uma frente de onda plana ilumina uma lente negativa, ela se expande em uma onda que parece divergir do ponto focal da lente. Assim, quando o padrão registrado é iluminado com a onda plana original, parte da luz é difratada em um feixe divergente equivalente à onda esférica original; uma gravação holográfica da fonte pontual foi criada.

Quando a onda plana incide em um ângulo não normal no momento do registro, o padrão formado é mais complexo, mas ainda age como uma lente negativa se for iluminada no ângulo original.

Objetos complexos

Para registrar o holograma de um objeto complexo, um feixe de laser é primeiro dividido em dois feixes de luz. Um feixe ilumina o objeto, que então espalha a luz na mídia de gravação. De acordo com a teoria da difração, cada ponto no objeto atua como uma fonte pontual de luz, de modo que o meio de gravação pode ser considerado iluminado por um conjunto de fontes pontuais localizadas a distâncias variáveis ​​do meio.

O segundo feixe (referência) ilumina a mídia de gravação diretamente. Cada onda de origem pontual interfere com o feixe de referência, dando origem a sua própria placa de zona senoidal no meio de gravação. O padrão resultante é a soma de todas essas 'placas de zona', que se combinam para produzir um padrão aleatório ( manchas ) como na fotografia acima.

Quando o holograma é iluminado pelo feixe de referência original, cada uma das placas de zona individuais reconstrói a onda do objeto que a produziu, e essas frentes de onda individuais são combinadas para reconstruir todo o feixe do objeto. O visualizador percebe uma frente de onda que é idêntica à frente de onda espalhada do objeto para a mídia de gravação, de forma que parece que o objeto ainda está no lugar, mesmo que tenha sido removido.

Formulários

Arte

Logo no início, os artistas viram o potencial da holografia como meio e tiveram acesso a laboratórios de ciências para criar seus trabalhos. A arte holográfica é freqüentemente o resultado de colaborações entre cientistas e artistas, embora alguns hológrafos se considerem tanto um artista quanto um cientista.

Salvador Dalí afirmou ter sido o primeiro a empregar a holografia artisticamente. Ele foi certamente o primeiro e mais conhecido surrealista a fazê-lo, mas a exposição de 1972 dos hologramas de Dalí em Nova York foi precedida pela exposição de arte holográfica realizada na Cranbrook Academy of Art em Michigan em 1968 e pela exposição no Galeria Finch College em Nova York em 1970, que atraiu a atenção da mídia nacional. Na Grã-Bretanha, Margaret Benyon começou a usar a holografia como meio artístico no final dos anos 1960 e teve uma exposição individual na galeria de arte da Universidade de Nottingham em 1969. Em 1970, foi seguida uma exposição individual na Lisson Gallery em Londres, que foi anunciada como a "primeira exposição londrina de hologramas e pinturas estereoscópicas".

Durante a década de 1970, vários estúdios de arte e escolas foram estabelecidos, cada um com sua abordagem particular à holografia. Notavelmente, havia a Escola de Holografia de São Francisco, estabelecida por Lloyd Cross , o Museu de Holografia de Nova York fundado por Rosemary (Posy) H. Jackson, o Royal College of Art de Londres e os Simpósios do Lake Forest College organizados por Tung Jeong . Nenhum desses estúdios ainda existe; no entanto, há o Centro de Artes Holográficas em Nova York e o HOLOcenter em Seul, que oferece aos artistas um local para criar e exibir trabalhos.

Durante a década de 1980, muitos artistas que trabalharam com holografia ajudaram na difusão desse chamado "novo meio" no mundo da arte, como Harriet Casdin-Silver dos Estados Unidos, Dieter Jung da Alemanha e Moysés Baumstein do Brasil , cada um busca-se uma "linguagem" adequada para utilizar com a obra tridimensional, evitando a simples reprodução holográfica de uma escultura ou objeto. Por exemplo, no Brasil, muitos poetas concretos (Augusto de Campos, Décio Pignatari, Julio Plaza e José Wagner Garcia, associados a Moysés Baumstein ) encontraram na holografia uma forma de se expressar e renovar a Poesia Concreta .

Um pequeno mas ativo grupo de artistas ainda integra elementos holográficos em seu trabalho. Alguns estão associados a novas técnicas holográficas; por exemplo, o artista Matt Brand empregou um design de espelho computacional para eliminar a distorção da imagem da holografia especular .

O Museu do MIT e Jonathan Ross têm extensas coleções de holografia e catálogos on-line de hologramas de arte.

Armazenamento de dados

O armazenamento de dados holográficos é uma técnica que pode armazenar informações em alta densidade dentro de cristais ou fotopolímeros. A capacidade de armazenar grandes quantidades de informações em algum tipo de meio é de grande importância, pois muitos produtos eletrônicos incorporam dispositivos de armazenamento. À medida que as técnicas atuais de armazenamento, como o disco Blu-ray, atingem o limite da densidade de dados possível (devido ao tamanho limitado por difração dos feixes de gravação), o armazenamento holográfico tem o potencial de se tornar a próxima geração de mídia de armazenamento popular. A vantagem desse tipo de armazenamento de dados é que o volume da mídia de gravação é usado em vez de apenas a superfície. Os SLMs disponíveis atualmente podem produzir cerca de 1000 imagens diferentes por segundo com resolução de 1024 × 1024 bits. Com o tipo certo de meio (provavelmente polímeros em vez de algo como LiNbO 3 ), isso resultaria em uma velocidade de gravação de cerca de um gigabit por segundo . As velocidades de leitura podem ultrapassar isso, e os especialistas acreditam que a leitura de um terabit por segundo é possível.

Em 2005, empresas como Optware e Maxell produziram um disco de 120 mm que usa uma camada holográfica para armazenar dados em um potencial de 3,9 TB , um formato denominado Disco Versátil Holográfico . Em setembro de 2014, nenhum produto comercial foi lançado.

Outra empresa, a InPhase Technologies , estava desenvolvendo um formato concorrente, mas faliu em 2011 e todos os seus ativos foram vendidos para a Akonia Holographics, LLC.

Embora muitos modelos de armazenamento de dados holográficos tenham usado o armazenamento "baseado em página", onde cada holograma gravado contém uma grande quantidade de dados, pesquisas mais recentes sobre o uso de "microhologramas" de tamanho submicrométrico resultou em várias soluções de armazenamento óptico 3D em potencial . Embora essa abordagem de armazenamento de dados não consiga atingir as altas taxas de dados do armazenamento baseado em páginas, as tolerâncias, os obstáculos tecnológicos e o custo de produção de um produto comercial são significativamente menores.

Holografia dinâmica

Na holografia estática, o registro, o desenvolvimento e a reconstrução ocorrem sequencialmente e um holograma permanente é produzido.

Também existem materiais holográficos que não precisam do processo de revelação e podem registrar um holograma em um tempo muito curto. Isso permite que se use a holografia para realizar algumas operações simples de uma forma totalmente ótica. Exemplos de aplicações de tais hologramas em tempo real incluem espelhos conjugados de fase ("reversão de luz no tempo"), memórias de cache óptico, processamento de imagem (reconhecimento de padrão de imagens que variam no tempo) e computação óptica .

A quantidade de informações processadas pode ser muito elevada (terabits / s), pois a operação é realizada em paralelo em uma imagem inteira. Isso compensa o fato de que o tempo de gravação, que é da ordem de um microssegundo , ainda é muito longo se comparado ao tempo de processamento de um computador eletrônico. O processamento óptico realizado por um holograma dinâmico também é muito menos flexível do que o processamento eletrônico. Por um lado, deve-se realizar a operação sempre em toda a imagem e, por outro lado, a operação que um holograma pode realizar é basicamente uma multiplicação ou uma conjugação de fases. Na ótica, a adição e a transformada de Fourier já são realizadas facilmente em materiais lineares, este último simplesmente por uma lente. Isso ativa alguns aplicativos, como um dispositivo que compara imagens de forma ótica.

A busca por novos materiais ópticos não lineares para holografia dinâmica é uma área ativa de pesquisa. Os materiais mais comuns são os cristais fotorrefrativos , mas em semicondutores ou heteroestruturas semicondutoras (como poços quânticos ), vapores e gases atômicos, plasmas e até líquidos, era possível gerar hologramas.

Uma aplicação particularmente promissora é a conjugação de fase óptica . Permite a remoção das distorções da frente de onda que um feixe de luz recebe ao passar por um meio aberrante, enviando-o de volta pelo mesmo meio aberrante com uma fase conjugada. Isso é útil, por exemplo, em comunicações ópticas no espaço livre para compensar a turbulência atmosférica (o fenômeno que dá origem ao piscar da luz das estrelas).

Uso amador

Peace Within Reach , um holograma Denisyuk DCG do amador Dave Battin

Desde o início da holografia, os experimentadores amadores têm explorado seus usos.

Em 1971, Lloyd Cross abriu a Escola de Holografia de São Francisco e ensinou amadores a fazer hologramas usando apenas um pequeno laser de hélio-néon (normalmente 5 mW) e equipamento caseiro barato. Supunha-se que a holografia exigia uma configuração de mesa ótica de metal muito cara para travar todos os elementos envolvidos no lugar e amortecer quaisquer vibrações que pudessem borrar as franjas de interferência e arruinar o holograma. A alternativa caseira de Cross era uma caixa de areia feita de um muro de contenção de blocos de concreto em uma base de madeira compensada, apoiada em pilhas de pneus velhos para isolá-la das vibrações do solo e cheia de areia que tinha sido lavada para remover a poeira. O laser foi montado com segurança no topo da parede de blocos de concreto. Os espelhos e lentes simples necessárias para direcionar, dividir e expandir o feixe de laser foram fixados em pequenos tubos de PVC, que foram cravados na areia nos locais desejados. O assunto e o porta- placa fotográfica foram apoiados de forma semelhante dentro da caixa de areia. O hológrafo desligou a luz da sala, bloqueou o feixe de laser perto de sua fonte usando uma pequena veneziana controlada por relé , carregou uma placa no suporte no escuro, saiu da sala, esperou alguns minutos para deixar tudo se acalmar e então fez a exposição operando remotamente o obturador do laser.

Muitos desses hológrafos continuariam a produzir hologramas de arte. Em 1983, Fred Unterseher, co-fundador da Escola de Holografia de São Francisco e um conhecido artista holográfico, publicou o Holography Handbook , um guia fácil de ler para fazer hologramas em casa. Isso trouxe uma nova onda de hológrafos e forneceu métodos simples para usar os materiais de gravação de haleto de prata AGFA então disponíveis .

Em 2000, Frank DeFreitas publicou o Shoebox Holography Book e introduziu o uso de ponteiros laser baratos para incontáveis amadores . Por muitos anos, presumiu-se que certas características dos diodos de laser semicondutores os tornavam virtualmente inúteis para a criação de hologramas, mas quando eles foram finalmente testados em experimentos práticos, descobriu-se que isso não era apenas falso, mas que alguns realmente forneceu um comprimento de coerência muito maior do que os lasers de gás hélio-neon tradicionais. Este foi um desenvolvimento muito importante para os amadores, já que o preço dos diodos laser vermelho caiu de centenas de dólares no início dos anos 1980 para cerca de US $ 5 depois que eles entraram no mercado de massa como um componente dos aparelhos de DVD no final dos anos 1990. Agora, existem milhares de hológrafos amadores em todo o mundo.

No final de 2000, os kits de holografia com diodos apontadores laser de baixo custo entraram no mercado de consumo convencional. Esses kits permitiram que alunos, professores e amadores fizessem vários tipos de hologramas sem equipamento especializado e se tornaram itens de presente populares em 2005. A introdução dos kits de holografia com placas autodesenvolventes em 2003 possibilitou que os amadores criassem hologramas sem o incômodo de processamento químico úmido.

Em 2006, um grande número de lasers verdes excedentes com qualidade de holografia (Coherent C315) tornou-se disponível e colocou a holografia de gelatina dicromada (DCG) ao alcance do hológrafo amador. A comunidade holográfica ficou surpresa com a incrível sensibilidade do DCG à luz verde . Supunha-se que essa sensibilidade seria inutilmente leve ou inexistente. Jeff Blyth respondeu com a formulação G307 de DCG para aumentar a velocidade e a sensibilidade a esses novos lasers.

Kodak e Agfa, os antigos principais fornecedores de placas e filmes de haleto de prata com qualidade holográfica, não estão mais no mercado. Enquanto outros fabricantes ajudaram a preencher o vazio, muitos amadores agora estão fazendo seus próprios materiais. As formulações favoritas são gelatina dicromada, gelatina dicromada sensibilizada com azul de metileno e preparações de haleto de prata por método de difusão. Jeff Blyth publicou métodos muito precisos para fazer isso em um pequeno laboratório ou garagem.

Um pequeno grupo de amadores está até construindo seus próprios lasers pulsados ​​para fazer hologramas de objetos vivos e outros objetos instáveis ​​ou em movimento.

Interferometria holográfica

A interferometria holográfica (HI) é uma técnica que permite que os deslocamentos estáticos e dinâmicos de objetos com superfícies opticamente ásperas sejam medidos com precisão interferométrica óptica (ou seja, em frações de um comprimento de onda de luz). Ele também pode ser usado para detectar variações de comprimento de caminho óptico em meios transparentes, o que permite, por exemplo, o fluxo de fluido ser visualizado e analisado. Também pode ser usado para gerar contornos que representam a forma da superfície ou as regiões de isodose na dosimetria de radiação.

Tem sido amplamente utilizado para medir tensões, deformações e vibrações em estruturas de engenharia.

Microscopia interferométrica

O holograma mantém as informações sobre a amplitude e a fase do campo. Vários hologramas podem manter informações sobre a mesma distribuição de luz, emitida em várias direções. A análise numérica de tais hologramas permite emular uma grande abertura numérica , o que, por sua vez, possibilita o aprimoramento da resolução da microscopia óptica . A técnica correspondente é chamada de microscopia interferométrica . Realizações recentes da microscopia interferométrica permitem que se aproxime o limite de resolução de um quarto de comprimento de onda.

Sensores ou biossensores

O holograma é feito com um material modificado que interage com certas moléculas gerando uma mudança na periodicidade da franja ou índice de refração, portanto, na cor da reflexão holográfica.

Segurança

Identigrama como elemento de segurança em carteira de identidade alemã

Os hologramas são comumente usados ​​para segurança, pois são replicados de um holograma mestre que requer equipamento caro, especializado e tecnologicamente avançado e, portanto, são difíceis de falsificar. Eles são amplamente usados ​​em muitas moedas , como as notas brasileiras de 20, 50 e 100 reais; Notas britânicas de 5, 10 e 20 libras; Notas sul-coreanas de 5.000, 10.000 e 50.000 won; Notas japonesas de 5.000 e 10.000 ienes, notas indianas de 50, 100, 500 e 2.000 rupias; e todas as notas de banco atualmente em circulação de dólar canadense , kuna croata , coroa dinamarquesa e euro . Eles também podem ser encontrados em cartões de crédito e bancários, bem como em passaportes , carteiras de identidade, livros , embalagens de alimentos, DVDs e equipamentos esportivos. Esses hologramas vêm em uma variedade de formas, desde tiras adesivas que são laminadas em embalagens para bens de consumo de movimento rápido até etiquetas holográficas em produtos eletrônicos . Eles geralmente contêm elementos textuais ou pictóricos para proteger identidades e separar artigos genuínos de falsificações .

Outras aplicações

Scanners holográficos são usados ​​em correios, grandes empresas de transporte e sistemas de transporte automatizado para determinar o tamanho tridimensional de um pacote. Eles são frequentemente usados ​​em conjunto com controladores de peso para permitir a pré-embalagem automatizada de determinados volumes, como um caminhão ou palete para remessa a granel de mercadorias. Hologramas produzidos em elastômeros podem ser usados ​​como repórteres de tensão-deformação devido à sua elasticidade e compressibilidade, a pressão e a força aplicadas são correlacionadas ao comprimento de onda refletido, portanto sua cor. A técnica de holografia também pode ser usada com eficácia para dosimetria de radiação.

Placas de registro de alta segurança

Hologramas de alta segurança podem ser usados ​​em placas de veículos como carros e motocicletas. A partir de abril de 2019, placas holográficas são exigidas em veículos em partes da Índia para ajudar na identificação e segurança, especialmente em casos de roubo de carro. Essas placas de matrícula contêm dados eletrônicos de veículos e têm um número de identificação exclusivo e um adesivo para indicar a autenticidade.

Holografia não óptica

Em princípio, é possível fazer um holograma para qualquer onda .

A holografia de elétrons é a aplicação de técnicas de holografia a ondas de elétrons, em vez de ondas de luz. A holografia de elétrons foi inventada por Dennis Gabor para melhorar a resolução e evitar as aberrações do microscópio eletrônico de transmissão . Hoje é comumente usado para estudar campos elétricos e magnéticos em filmes finos, já que os campos magnéticos e elétricos podem mudar a fase da onda de interferência que passa pela amostra. O princípio da holografia eletrônica também pode ser aplicado à litografia de interferência .

Holografia acústica é um método usado para estimar o campo de som perto de uma fonte medindo parâmetros acústicos longe da fonte por meio de uma matriz de transdutores de pressão e / ou velocidade de partícula. As técnicas de medição incluídas na holografia acústica estão se tornando cada vez mais populares em vários campos, principalmente os de transporte, design de veículos e aeronaves e NVH. A ideia geral de holografia acústica levou a diferentes versões, como holografia acústica de campo próximo (NAH) e holografia acústica de campo próximo estatisticamente ótima (SONAH). Para renderização de áudio, a síntese do campo de onda é o procedimento mais relacionado.

A holografia atômica evoluiu a partir do desenvolvimento dos elementos básicos da óptica atômica . Com as lentes de difração de Fresnel e os espelhos atômicos, a holografia atômica segue um passo natural no desenvolvimento da física (e aplicações) dos feixes atômicos. Desenvolvimentos recentes, incluindo espelhos atômicos e especialmente espelhos estriados , forneceram as ferramentas necessárias para a criação de hologramas atômicos, embora tais hologramas ainda não tenham sido comercializados.

A holografia de feixe de nêutrons tem sido usada para ver o interior de objetos sólidos.

Hologramas com raios-x são gerados usando síncrotrons ou lasers de elétrons livres de raios-x como fontes de radiação e detectores pixelados, como CCDs, como meio de gravação. A reconstrução é então recuperada por meio de computação. Devido ao menor comprimento de onda dos raios-x em comparação com a luz visível, esta abordagem permite a geração de imagens de objetos com resolução espacial mais alta. Como os lasers de elétrons livres podem fornecer pulsos ultracurtos e de raios X na faixa de femtossegundos que são intensos e coerentes, a holografia de raios X tem sido usada para capturar processos dinâmicos ultrarrápidos.

Hologramas falsos

Os efeitos produzidos pela impressão lenticular , a ilusão do fantasma do Pepper (ou variantes modernas como o Eyeliner Musion ), tomografia e exibições volumétricas são frequentemente confundidos com hologramas. Essas ilusões são chamadas de "fauxlografia".

O fantasma de Pepper com um vídeo 2D. A imagem de vídeo exibida no chão é refletida em uma lâmina de vidro inclinada.

A técnica do fantasma do Pepper, sendo o mais fácil de implementar desses métodos, é mais prevalente em monitores 3D que afirmam ser (ou são referidos como) "holográficos". Enquanto a ilusão original, usada no teatro, envolvia pessoas e objetos físicos reais, localizados fora do palco, variantes modernas substituem o objeto de origem por uma tela digital, que exibe imagens geradas com gráficos de computador 3D para fornecer as dicas de profundidade necessárias . A reflexão, que parece flutuar no ar, ainda é plana, entretanto, menos realista do que se um objeto 3D real estivesse sendo refletido.

Exemplos dessa versão digital da ilusão do fantasma de Pepper incluem as performances do Gorillaz no MTV Europe Music Awards de 2005 e no 48º Grammy Awards ; e a performance virtual de Tupac Shakur no Coachella Valley Music and Arts Festival em 2012, fazendo rap ao lado de Snoop Dogg durante seu set com Dr. Dre .

Uma ilusão ainda mais simples pode ser criada projetando imagens realistas em telas semitransparentes. A retroprojeção é necessária porque, caso contrário, a semitransparência da tela permitiria que o fundo fosse iluminado pela projeção, o que quebraria a ilusão.

A Crypton Future Media , uma empresa de software musical que produziu Hatsune Miku , um dos muitos aplicativos de sintetizador de canto de Vocaloid , produziu shows em que Miku, junto com outros Vocaloids da Crypton, atuou no palco como personagens "holográficos". Esses shows usam projeção traseira em uma tela DILAD semitransparente para atingir seu efeito "holográfico".

Em 2011, em Pequim, a empresa de vestuário Burberry produziu o "Burberry Prorsum Outono / Inverno 2011 Hologram Runway Show", que incluiu projeções 2-D em tamanho real de modelos. O vídeo da própria empresa mostra várias tomadas centralizadas e descentralizadas da tela de projeção bidimensional principal, a última revelando a planura dos modelos virtuais. A alegação de que a holografia foi usada foi relatada como um fato na mídia comercial.

Em Madrid , a 10 de abril de 2015, uma apresentação visual pública chamada "Hologramas por la Libertad" (Hologramas pela Liberdade), apresentando uma multidão virtual fantasmagórica de manifestantes, foi usada para protestar contra uma nova lei espanhola que proíbe os cidadãos de se manifestarem em locais públicos. Embora amplamente chamado de "protesto do holograma" nas notícias, nenhuma holografia real foi envolvida - era mais uma variante tecnologicamente atualizada da ilusão do Fantasma do Pepper .

Em ficção

A holografia foi amplamente mencionada em filmes, romances e TV, geralmente na ficção científica , a partir do final dos anos 1970. Os escritores de ficção científica absorveram as lendas urbanas em torno da holografia que haviam sido disseminadas por cientistas e empreendedores excessivamente entusiasmados que tentavam comercializar a ideia. Isso teve o efeito de dar ao público expectativas excessivamente altas da capacidade da holografia, devido às representações irrealistas dela na maioria da ficção, onde são projeções de computador totalmente tridimensionais que às vezes são táteis através do uso de campos de força . Exemplos desse tipo de representação incluem o holograma da Princesa Leia em Star Wars , Arnold Rimmer de Red Dwarf , que mais tarde foi convertido em "luz dura" para torná-lo sólido, e o Holodeck e o Holograma Médico de Emergência de Star Trek .

A holografia serviu de inspiração para muitos videogames com elementos de ficção científica. Em muitos títulos, a tecnologia holográfica fictícia foi usada para refletir deturpações da vida real do uso militar potencial de hologramas, como os "tanques miragem" em Command & Conquer: Red Alert 2 que podem se disfarçar como árvores. Os personagens dos jogadores podem usar iscas holográficas em jogos como Halo: Reach e Crysis 2 para confundir e distrair o inimigo. A agente fantasma Starcraft Nova tem acesso ao "holo engodo" como uma de suas três habilidades principais em Heroes of the Storm .

As representações fictícias de hologramas, no entanto, inspiraram avanços tecnológicos em outros campos, como a realidade aumentada , que prometem cumprir as representações fictícias de hologramas por outros meios.

Veja também

Referências

Bibliografia

Leitura adicional

  • Lasers e holografia: uma introdução à óptica coerente WE Kock, Dover Publications (1981), ISBN  978-0-486-24041-1
  • Principles of holography HM Smith, Wiley (1976), ISBN  978-0-471-80341-6
  • G. Berger et al., Armazenamento de dados digitais em um sistema de memória holográfica codificada por fase: qualidade e segurança de dados , Proceedings of SPIE, Vol. 4988, pp. 104-111 (2003)
  • Visões holográficas: A History of New Science Sean F. Johnston, Oxford University Press (2006), ISBN  0-19-857122-4
  • Saxby, Graham (2003). Holografia prática, terceira edição . Taylor e Francis. ISBN 978-0-7503-0912-7.
  • Técnicas de imagem tridimensional Takanori Okoshi, Atara Press (2011), ISBN  978-0-9822251-4-1
  • Microscopia holográfica de objetos microscópicos de fase: teoria e prática Tatyana Tishko, Tishko Dmitry, Titar Vladimir, World Scientific (2010), ISBN  978-981-4289-54-2
  • Richardson, Martin J .; Wiltshire, John D. (2017). Richardson, Martin J .; Wiltshire, John D. (eds.). O holograma: princípios e técnicas . Wiley. doi : 10.1002 / 9781119088929 . ISBN 9781119088905. OCLC  1000385946 .

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