Holografia

Holografia

Holografia é uma técnica fotográfica que registra a luz difusa de um objeto, e depois apresenta-lo de uma forma que parece tridimensional.

Os hologramas são imagens fotográficas tridimensionais e parecem ter profundidade.

Hologramas funcionam através da criação de uma imagem composta de duas imagens de duas dimensões, sobreposto do mesmo objeto visto a partir de diferentes pontos de referência.

Holografia requer o uso de luz de um único e exato comprimento de onda, de modo que devem ser utilizados por lasers. Em hologramas de reflexão, o tipo de holografia que podem ser vistas à luz normal, são dois feixes de laser e uma chapa fotográfica que são usados para capturar uma imagem de um objeto.

Ambos os feixes de laser usados em uma holografia passam por espalhadores de feixe, que espalhou a luz do laser para fora como uma lanterna. A coerência do feixe está perdido, mas continua a ser um comprimento de onda exata. Um raio ilumina o objeto de lado. A outra viga, conhecida como um feixe de referência, se desloca através de uma chapa fotográfica e atinge o objetivo de frente, semelhante à maneira pela qual uma câmara convencional toma uma imagem de 2-D. A luz refletida a partir do feixe de referência deixa uma imagem, ou holograma, na placa fotográfica, mas o mesmo acontece com a luz refletida pelo objeto do feixe de lado.

O resultado é uma placa fotográfica que regista duas imagens simultaneamente, a criação de um holograma.

Ao visualizar qualquer objeto, os olhos humanos e cada um recebe uma imagem distinta, a partir de pontos de referência ligeiramente compensado. O cérebro combina-os em uma imagem tridimensional. O holograma produz o mesmo efeito artificialmente.

Quando desenvolvido, o holograma é impresso em um conjunto de placas ultra-finas de prata curvas, que são feitas de difração da luz.

Difração é o que um prisma faz – ela se divide multi-comprimento de onda de luz branca em cada comprimento de onda específico. Quando a luz branca atinge as placas de prata, as reflexões difratam em cada cor específica, criando duas imagens compostas de cores que refletem aproximadamente o que o objeto original parecia. O resultado é uma imagem tridimensional, um holograma. O holograma é constituído por o padrão de interferência entre as duas imagens originais.

Fonte: www.wisegeek.com

Holografia

Em 1947, o físico Denis Gabor desenvolveu uma técnica com o objetivo de melhorar a resolução de imagens geradas por microscopia eletrônica. A teoria da sua idéia foi desenvolvida numa época que não possuia os meios materiais para sua execução ideal, pois ela necessitava de uma fonte de luz coerente e monocromática que ainda não existia.

Sua idéia era registrar uma imagem, ainda que imperfeita, contendo toda a informação luminosa do objeto observado, e reconstruí-la por meios óticos. Para tanto, era necessário utilizar a fase das ondas luminosas, que na fotografia tradicional é completamente perdida, pois ela só grava a amplitude das mesmas. Entretanto, se fosse adicionada uma referência luminosa padrão à montagem, a coisa mudava completamente de figura, pois haveria um ponto de comparação para se reconstruir a frente de ondas original.

A montagem holográfica tradicional, consiste de uma fonte de luz coerente e monocromática (hoje utilizamos o laser), que é dividido em dois percursos. Um deles ilumina diretamente o objeto a ser holografado, enquanto o outro ilumina o filme holográfico, servindo de referência. No plano do filme, ocorrem interferências destrutivas e construtivas entre o feixe de referência e o feixe refletido pelo objeto, que são registradas na forma de franjas microscópicas claras e escuras. Estas franjas contém a totalidade da informação da frente de ondas luminosas refletida pelo objeto, inclusive sua fase. Quando o filme holográfico revelado é iluminado pelo mesmo ângulo em que foi atingido pelo feixe de referência no momento da exposição, e com o mesmo tipo de fonte de luz, o feixe objeto é reconstruído mostrando toda a tridimensionalidade do objeto original, visível daquele ponto de vista.

O trabalho de Gabor não serviu para os propósitos originais de melhorar a microscopia eletrônica, pois vários aperfeiçoamentos técnicos posteriores conseguiram o resultado que ele almejava, sem entretanto utilizar sua idéia original. Apesar disso Gabor conseguiu realizar seu primeiro holograma, ainda tosco e ineficiente, com uma luz filtrada de uma lâmpada a arco de mercúrio. Posteriormente, na década de 60 surgiu o laser, que veio a resolver todos os problemas iniciais com relação à monocromaticidade e coerência de fase da fonte luminosa, permitindo uma verdadeira explosão de pesquisas na área. Em reconhecimento ao desenvolvimento original da idéia, Gabor recebeu o Prêmio Nobel 23 anos após sua descoberta.

A holografia veio a se revelar como uma técnica extraordinariamente eficiente para o registro fiel de objetos tridimensionais. O filme holográfico, por sua vez, é um meio fácil de ser copiado e barato de se transportar quando se deseja utilizá-lo em demonstrações e exposições, permitindo uma maior democratização cultural ao se realizarem verdadeiros museus holográficos volantes. [Mark]

Há diversas outras aplicações industriais da holografia, tais como: elementos óticos holográficos (redes de difração, filtros, etc.), memórias holográficas com altíssima capacidade, sistemas holográficos de varredura (scanning), testes não destrutivos, estudos de fotoelasticidade, processamento ótico de informação, análise de deformações por interferometria holográfica, etc.

AS TÉCNICAS HOLOGRÁFICAS

Para a execução de um holograma de um objeto tridimensional em qualquer uma das técnicas que serão descritas a seguir, são necessários:

Um laser de, no mínimo, 5 mW (quanto maior a potência, menor o tempo requerido para a exposição, minimizando o risco de ocorrerem instabilidades mecânicas durante a exposição);

Uma bancada ótica absolutamente estável e à prova de vibrações (se a montagem ótica vibrar o equivalente a um comprimento de onda da luz utilizada (633 nm para o laser vermelho de HeNe), o holograma não é formado);

Um ambiente escuro ou iluminado por luz de segurança (complementar à cor do laser) de baixa potência (15 W);
elementos óticos diversos (espelhos, filtros espaciais, divisores de feixe, lentes, suportes, etc.);

Filmes especiais (os filmes holográficos da série Agfa 8E75HD, mais utilizados até saírem de fabricação em 1997, possuíam uma resolução de 5000 linhas por milímetro).

De posse deste equipamento podemos dispor de uma série de montagens óticas diferentes, para a obtenção de resultados holográficos também diferentes. As montagens principais são apresentadas a seguir.

O HOLOGRAMA DE TRANSMISSÃO COM FEIXE SIMPLES

O holograma de transmissão com feixe simples foi a primeira montagem funcional para a execução de um holograma. Ele foi desenvolvido por Emmett Leith e Juris Upatnieks na Universidade de Michigan entre 1962 e 1964 [Holo79]. O objeto a ser holografado é colocado a uma pequena distância do filme e o conjunto é iluminado com um laser pelo mesmo lado do objeto. A luz refletida pelo objeto interfere com a porção da mesma que atinge diretamente o filme, criando o padrão de interferência que armazena a informação espacial do objeto. Este tipo de holograma pode ser comparado a uma lente extremamente complexa, pois quando iluminado novamente com o feixe de referência, difrata a luz com suas franjas microscópicas de modo a focalizar a imagem do objeto no espaço, reproduzindo a maneira como a luz provém do objeto real.

O holograma de transmissão deste tipo é visível apenas através da sua iluminação com a mesma fonte de luz que o originou, e do mesmo ângulo original em que se encontrava no momento da exposição. Este holograma tem limitações sérias de visualização (é necessário um laser para a sua reconstrução), além daquelas relacionadas com o volume do objeto, pois o laser comum possui um comprimento de coerência de apenas alguns centímetros, o que limita o volume do objeto a ser holografado com esta técnica. Por este último motivo, apenas as partes do objeto mais próximas ao filme são melhor registradas. Também por este motivo, o comprimento do feixe de referência deve ser o mais próximo possível do feixe objeto, para que se mantenha a coerência de fase entre os dois. A iluminação do objeto também é comprometida pela dificuldade de distribuição da luz sobre o mesmo de uma forma homogênea. Entretanto este holograma pode ser copiado por contato, permitindo sua reprodução. Além disso, é a montagem recomendada para o iniciante, pela simplicidade e baixo custo da montagem.

O HOLOGRAMA DE REFLEXÃO COM FEIXE SIMPLES

Os hologramas de transmissão possuem a melhor paralaxe, profundidade e resolução quando bem executados, entretanto possuem o inconveniente de não serem visíveis com luz branca, apenas com luz laser. Um dos hologramas que conseguem satisfazer esta exigência é o holograma de reflexão (holograma de ângulo de Braggs) com feixe simples, também chamado de holograma Denisyuk, em homenagem ao cientista soviético Y. N. Denisyuk, que desenvolveu a sua técnica em 1961 [Fred87]. Este holograma tem a vantagem de ter a sua imagem reconstruída com luz branca incoerente, permitindo a sua visualização com uma lâmpada incandescente comum. Da mesma forma como fizemos uma analogia entre uma lente extremamente sofisticada e o holograma de transmissão, podemos imaginar o holograma de reflexão como um espelho inimaginavelmente complexo, que seria capaz de posicionar precisamente a luz refletida por cada ponto da sua superfície. Sua visualização é feita com o observador e a fonte de luz localizados no mesmo lado do filme.

A montagem é feita colocando-se o objeto a ser holografado o mais próximo possível ao plano do filme, e iluminando-o pelo lado oposto com um único feixe de laser. Quando o feixe atinge o filme, seu padrão serve como referência para a luz que será refletida pelo objeto ao atravessar o filme transparente, possibilitando a interferência entre os dois, que armazenará toda a informação necessária para sua reconstrução. Neste tipo de holograma, apenas a parte do objeto mais próxima ao filme será bem registrada, A impossibilidade de se fazer cópias deste tipo de holograma também é uma limitação séria. Adicionalmente, não temos flexibilidade para variar a iluminação do objeto, pois a mesma será sempre alinhada com o ângulo do feixe de referência. Quando necessitamos iluminar um objeto mais complexo, um feixe único de luz é insuficiente para conseguirmos resultados adequados. Além disso, não podemos controlar a razão entre as intensidades do feixe de referência e o feixe do objeto, fator importante para a obtenção de hologramas eficientes.

Esta é também uma das montagens mais acessíveis ao iniciante, pela sua simplicidade e o número reduzido de componentes óticos utilizados. Sua visualização com luz branca também é um apelo positivo desta técnica. Entretanto, suas limitações permitem o seu uso profissional apenas em casos específicos.

O HOLOGRAMA DE TRANSMISSÃO COM FEIXE DUPLO

As montagens consideradas profissionais utilizam pelo menos dois feixes para a construção do holograma: um isolado para servir de referência e um ou mais para iluminar apenas o objeto. Esta disposição permite a iluminação de objetos mais complexos, além de permitir o controle das intensidades do feixe de referência e do feixe objeto, através de filtros atenuadores, otimizando sua eficiência. A montagem holográfica profissional básica, é a do holograma de transmissão com duplo feixe. Ela utiliza um divisor de feixe para se conseguir duas fontes de luz a partir de uma. Este procedimento é necessário, pois se utilizássemos efetivamente dois lasers, eles estariam certamente fora de fase um em relação ao outro, além de encarecer e complicar o projeto. Após ser dividido, o feixe de referência é direcionado ao filme, e o feixe objeto é utilizado para se iluminar o objeto a ser holografado. Ambos chegam ao filme pelo mesmo lado.

Esta montagem já permite uma melhor escolha com relação à maneira de se iluminar o objeto, pois o feixe objeto pode vir de qualquer direção (desde que não atinja diretamente a placa) em relação ao mesmo. A luz do laser é dividida em duas partes, sendo uma o feixe de referência. O outro feixe, se for desejado, pode ser novamente dividido para atingir o objeto de ambos os lados, permitindo uma melhor iluminação. Além disso, o objeto pode ser posicionado mais afastado em relação ao filme, flexibilizando os resultados obtidos. O holograma construído desta maneira pode também servir como master para cópias posteriores visíveis em luz branca.

Um holograma possui propriedades extremamente interessantes. Ao contrário da fotografia, onde cada ponto do objeto fotografado tem uma correspondência biunívoca com um ponto na superfície do filme (onde são registradas as variações de intensidade luminosa), em um holograma cada ponto do objeto holografado espalha luz (coerente e monocromática) sobre toda a superfície do filme. Quando adicionamos a esta frente de ondas um segundo feixe de luz laser para servir de referência, um conjunto de franjas de interferência é formado. Este padrão é tão específico, que só poderia ser causado pela luz refletida por aquele ponto particular. Desta forma, cada ponto específico do objeto holografado cria seu próprio padrão de interferência, que vai sendo adicionado ao padrão total gravado na superfície do filme. Como consequência, o que é gravado no filme holográfico não é a imagem do objeto, mas apenas um padrão de interferência entre ondas luminosas. Entretanto este padrão possui a capacidade de reconstruir a complexa frente de ondas que foi refletida pelo objeto, se for iluminado por um feixe de luz semelhante ao que serviu de referência. Pelo fato de cada ponto do objeto iluminar toda a superfície do filme holográfico, cada ponto do mesmo possui informação sobre a totalidade da cena. Se cortarmos um holograma em pedaços, cada um deles preservará informação sobre a imagem inteira, apesar de que quanto menores forem os pedaços, menos nítida será a imagem formada. Um holograma aparentemente se comporta como se fosse uma janela para uma dimensão superior.

HOLOGRAFIA E ARTE

Devido a estas características especiais, a holografia se apresenta como uma opção expressiva extremamente interessante para o artista, e com um apelo sensorial inigualável. Observar um holograma é subverter toda a educação visual a que estamos acostumados, que nos diz que um plano não pode conter um volume.

A holografia se comporta como uma escultura de luz: inefável, imaterial, etérea, mas absolutamente real para a nossa visão. Suas desvantagens se encontram principalmente no custo e na complexidade da sua utilização. O maior número de hologramas feitos atualmente se concentra na área do marketing, bijuterias e objetos de consumo de massa de gosto duvidoso. Apesar disso, a cada ano surgem mais artistas interessados em fazer desse meio a sua técnica principal de expressão, proporcionando um aumento gradual da massa crítica necessária para o amadurecimento desta linguagem. A possibilidade da criação de um espaço volumétrico luminoso atrás de um plano descortina amplas possibilidades conceituais e expressivas que serão com certeza utilizadas cada vez mais pelos experimentadores de plantão. É sabido que a matéria prima de uma obra de arte não é o papel, a tinta ou o metal, mas o conteúdo da alma daquele que cria.

Assim, como qualquer outra técnica artística, a holografia depende de bons criadores com recursos e disponibilidade para enfrentar seus desafios.

Fonte: www.geocities.com

Holografia

Holografia, palavra de origem grega, possuindo como significados (holo=todo + grama=mensagem, informação). Nos dias atuais, a holografia se refere a a fotografias em três dimensões espaciais, que contém toda informação em cada parte da sua superfície.

O holograma é confeccionado sob um película de filme fotográfico sensível onde ocorre a interferência de 2 feixes de laser coerentes (O laser é a abreviação de “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”), sendo sua respectiva tradução para o português como “Amplificação de Luz por Emissão Estimulada de Radiação”.

A luz de um laser se apresenta altamente monocromática (possui um comprimento de onda muito bem definido) além de ser coerente, ou seja, mantém a fase das ondas eletromagnéticas que o compõem).

Holografia

 

TRAJETÓRIA DO LASER

A informação a respeito da profundidade do objeto fica guardada sobre o filme através das franjas de interferência provenientes das diferenças de caminho entre a luz refletida pelo objeto e pelo espelho. Por meio do padrão de franjas de interferência formada, a luz do laser ao incidir sobre o holograma se difrata, tendo como resultado a produção de uma imagem virtual e tridimensional do objeto em questão. Convergindo a luz difratada, consegue-se uma imagem real na frente do holograma e visível quando a colocamos sob um anteparo. Devido ao fato desta imagem ter profundidade, não é possível focalizar partes próximas e afastadas da imagem numa mesma região do anteparo. Em qualquer pedaço do holograma foi recebido e registrado a luz proveniente de todo o objeto. Deste modo, qualquer parte do holograma reproduz o objeto por inteiro.

VISUALIZAÇÃO DA HOLOGRAFIA

Através deste esquema, podemos definir a holografia como uma sofisticada grade de difração. Deste modo, a holografia difere da fotografia convencional pois na holografia registra-se apenas a informação referente à amplitude de onda, não sendo guardada a fase. Por outro lado, a fotografia comum registra a amplitude e a fase das ondas que incidem na película fotográfica.

Dentre as inúmeras aplicações da holografia, destacam-se as animações gráficas, que produzem efeitos visuais muito impressionantes.

Fonte: www.cdcc.sc.usp.br

Holografia

Você já reparou que os cartões de crédito possuem um pequeno quadrinho que muda de cor conforme o movimento? Esse quadrinho, na verdade, chama-se holograma.

Ele parece tridimensional e suas cores mudam conforme o ângulo que você olha. A imagem é, de fato, um padrão de onda de luz que se reflete na superfície do cartão. Nesse caso, o holograma é usado para dificultar a falsificação dos cartões de crédito.

Holografia significa gravação ou registro do todo. A figura holografada parece presa, congelada, como se fosse um objeto inteiro.

A palavra ‘holografia’ vem do grego: “holo” quer dizer ‘todo’ e “grafia”, ‘escrita’. A holografia é uma técnica que vem sendo desenvolvida há um longo tempo.

É uma forma de se guardar uma imagem, assim como a fotografia ou o cinema. Só que a holografia guarda uma imagem inteira.

É a imagem em três dimensões, que é parecida com a visão humana sobre as coisas que existem no mundo: com altura, comprimento e largura.

Histórico

Quem disse primeiro que era possível registrar uma imagem em três dimensões foi o inglês Dennis Gabor, em 1948. Na época, Gabor não conseguiu provar essa teoria, mas recebeu o Prêmio Nobel de Física por causa dela, em 1971.

As holografias só passaram a existir depois de 1960, com a descoberta do raio laser pelo cientista norte-americano Theodore Maiman. O raio laser é também usado na medicina e em outras atividades, como na indústria.

Para saber mais…

Por volta de 1940, o físico Denis Gabor teve uma idéia que nos conduziria para um enorme avanço na tecnologia das imagens: a holografia. Gabor estava desenvolvendo um projeto cujo intuito era melhorar a qualidade da amplificação do microscópio eletrônico. Em 1948, ele sugeriu usar um tipo de imagem chamado holograma. Seria registrada em filme mediante um par de feixes coerentes de elétrons e depois reconstruída a partir de luz visível, a qual, devido ao seu grande comprimento de onda (em comparação ao elétron), produziria uma imagem muito aumentada e tridimensional.

Gabor efetuou demonstrações de holografias planas usando fonte de luz comum (as que existiam no momento), embora sabendo que não eram as ideais. O que ele precisava era de uma fonte de luz verdadeiramente coerente, algo que não existiria até que os primeiros lasers fossem desenvolvidos, na década de 60.

A invenção da holografia por Gabor foi, a partir de então, usada nas ciências, na indústria e nas belas-artes. Gabor recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1971.

Sua aplicação básica, para a qual havia sido inventada – microscópio eletrônico holográfico – tornou-se então uma realidade.

Um holograma é uma técnica fotográfica de gravação (e posterior reprodução) usando um padrão de interferência entre o feixe de onda de luz refletida pelo objeto e um outro feixe de onda luminosa usada como referência. A imagem holográfica é reconstituída iluminando o filme com um feixe de luz (o mesmo usado como referência), criando assim o feixe de onda que foi refletida pelo objeto.

Para o espectador, parece uma imagem tridimensional nítida e convincente. (Desde que a luz de laser usada em holografia seja monocromática, um típico holograma apresenta uma só cor e é indistinguível do objeto real.)

A holografia é usada na indústria para inspecionar a ocorrência de defeitos nas peças produzidas, assim como na microscopia convencional. Continua em estudo seu uso em sistemas de memórias holográficas para computadores, filmes holográficos e televisão tridimensional. Nascida há apenas cerca de 30 anos, a holografia encontrará muitas aplicações no futuro.

Fonte: www.objetivo.br

Holografia

O processo que é conhecido como holografia tanto enquanto fotografia ou quanto filme é chamado de holograma. Os termos holograma e holgrafia foram criados por Dennis Gabor (o pai da holografia) em 1947. A palavra holograma é derivada do grego, “holos” significa todo ou completo e “grama”, mensagem.

A teoria da holografia foi desenvolvida por Dennis Gabor, um físico húngaro, em 1947. Originalmente, a teoria dele pretendia aumentar o poder de ampliação de microscópios eletrônicos. Ele provou sua teoria não com um feixe de elétrons, mas sim com um feixe de luz. O resultado foi o primeiro holograma feito. Os primeiros hologramas eram legíveis, mas continham muitas imperfeições porque Dennis Gabor não tinha a fonte de luz correta para fazer hologramas bem definidos como os de hoje, nem usava um “feixe de referência off axis”. A fonte de luz necessária era o laser que foi utilizado pela primeira vez em 1960.

Laser e luz

Na holografia, a luz, que hora é considerada partícula (fótons e quanta), hora considerada onda, é tida como onda.

A luz laser é enormemente diferente de todas as outras fontes de luz, articiais ou não, de uma maneira que leva a algumas características a serem consideradas. A luz laser pode ser uma luz coherent. O que, idealmente, significa que a luz que é emitida pelo laser tem o mesmo comprimento de onda sempre e está em phase (o que quer dizer que a velocidade com que a luz é emitida é constante). Apesar de 100% de coherence ser rara, existem certos tipos de laser que tem coherence suficiente para fazer excelentes off axis hologramas.

A luz emitida por um laser é exatamente toda do mesmo tipo, sendo a sua freqüência invariável. O laser é um amplificador de luz, com características muito especiais. O laser foi desenhado e concluído depois que duas teorias muito úteis surgiram. Uma é a teoria atômica de Neils Bohr e a outra é a Teoria Quântica.

Niels Bohr, um físico dinamarquês, propôs em 1913 um modelo da relação entre o elétron e o núcleo de um átomo de hidrogênio, ele utilizou a teoria quântica (então recente), propondo que o elétron circulando o núcleo pode assumir pequenos níveis de energia. (O nível mais baixo que o elétron pode assumir chama-se ground state.) Entretanto, se o átomo for exposto a uma fonte externa de energia o elétron pode ser aumentado para um nível maior de energia, ou para um estado em que o círculo traçado é maior que a circunferência em volta do núcleo (é importante frisar que neste estado (excited state) o elétron não pode ir a qualquer lugar, mas tem que assumir certos níveis). Além disso, existem outros tipos diferentes de níveis de níveis de energia, mas esses não são importantes para o funcionamento do laser.

Energia é radiada em pacotes distintos, e esses pacotes interagem somente com um suporte muito específico. O laser depende de características de emissão muito especiais de cetos átomos cujos elétrons atingiram o excited state. Quando o elétron retorna para o seu nível mais baixo de energia (como todos os elétrons acabam fazendo), ele emite sussecivamente um pacote de energia eletromagnética ou raiotiva que equivale precisamente a diferença de energia entre os dois níveis, ground state e excited state. Um pacote que não seria absorvido por outro átomo no ground state, estimularia um átomo que já está no excited state a emitir seu próprio fóton. Para manter a emissão de fótons estimulada (o que vai produzir a luz laser), tem que se iniciar e manter a inversão de população.

O laser de héio e neon provavelmente é hoje o laser mais comum em uso (pelo seu custo relativamente baixo). O tubo do laser propriamente dito contém aproximandamente 10% de hélio e 90% de neon. O neon é o agente ativo do processo laser, enquanto o hélio age como um catalisador já que ele facilita a energia agir sobre o neon. O hélio tem um nível de energia de vida longa que coincide bem com um dos níveis de energia que o neon precisa obter para a ação laser começar. É muito mais fácil levar o hélio ao excited state e deixá-lo transferir os pacotes de energia corretos para o neon quando eles estão dentro do tubo (que está na pressão correta para assegurar sua proximidade). Apesar do neon ser o ingrediente ativo do laser, o hélio facilita o processo.

Os fótons são emitidos dos átomos dentro do tubo em todas as direções. Entretanto, um pequena porcentagem, perto de 2%, começa a viajar na horizontal com o tubo. Eles naturalmente estimulam os átomos que já estão excited no caminho a emitir seus fótons na mesma direção. Isso não significaria nada se não se colocassem espelhos nas duas extremidades do tubo para induzir a luz a começar a se mover para frente e para trás dentro da linha horizontal do tubo.

Eventualmente isso induz um grande número de fótons a viajar na mesma direção e um dos espelhos que é somente parcialmente reflectivo deixa a luz sair.

Diferença entre a holografia e a fotografia

O que é a holografia?

Uma fotografia é basicamente a gravação de diferentes intensidades da luz refletidas pelo objeto através da objetiva. A luz é incoherent, e além disso, existem muitos comprimenotos de onda diferentes refletindo do objeto e mesmo a luz de mesmo comprimento de onda não está em phase.

Qualquer objeto a ser fotografado pode ser considerado como a soma de bilhões de pontos no objeto que estão refletindo mais ou menos luz. O que é gravado é a diferença de intensidade da luz nos diversos pontos que formam um desenho que será reconhecido como o objeto.

O sol o a luz comum produzem luz de diferentes comprimentos de onda. O laser emite uma luz de comprimento de onda coherent. Se simplesmente iluminássemos nosso objeto com uma luz laser e tirássemos uma fotografia, nós ainda gravaríamos as diferentes intensidades da luz no objeto, não teríamos capturado nenhuma informação sobre a phase das ondas da luz depois de atingirem o objeto.

Para capturar essa informação, precisa-se de uma referência, para gravar a diferença da phase das ondas da luz e a informação que mostra as dimensões e profundidade, para a holgrafia. Essa referência é chamada de feixe de referência (reference beam) e é provido pela luz laser propriamente dita.

A luz de referência e emitida no que chamamos de onda plana, com a ajuda de um separador de feixes (beam splitter) são formados dois feixes. O feixe de referência atinge o filme diretamente. Ele pode ser separado por lente e atingir o filme através de um espelho, mas para todos os propósitos práticos isso não afeta as ondas luminosas.

O outro feixe que é chamado feixe do objeto (object beam) é geralmente também por lentes e guiado por um espelho, mas é direcionado para o objeto sendo holgrafado.

Até o instante em que o feixe do objeto atinge o objeto ele é também uma onda plana. Assim que ele o atinge, o feixe muda de acordo com as características física e dimensões do objeto. Então a luz que atinge o plano do filme (na figura Holography plate) depois de ser refletida pelo objeto agora difere em intensidade e phase do feixe de referência. O que começou como uma onda plana é agora uma onda complexa que consisnte na soma dos infinitos pontos do objeto refeltindo a luz.

Os dois feixes estão interferindo um no outro quando eles se atravessam. A crista de uma onda plana encontra a crista de uma outra ou um vale. Quando uma crista encontra outra crista se dá uma interferência construtiva e quando uma crista encontra um vale há uma interferência destrutiva. Uma interferência construtiva (onde a energia presente é maior) afeta mais o filme do que uma destrutiva, o acúmulo de infinitos pontos gravados no filme formam uma figura estática ou graduada através do espaço.

A forma que a emulsão assume é a gravação das ondas conforme elas interferiram na emulsão. Não é de maneira alguma uma gravação ponto a ponto da imagem do objeto, mas da interferência entre a luz coherent que atingiu o objeto e a que não atingiu. Todos os infinitos pontos que refletiram a luz que interferiu com o feixe de referência no filme são perfeitamente em foco nas suas respectivas posições no espaço tridimensional.

Na maioria dos caos o objeto será reconstruído no seu tamanho original, salvo o tamanho do suporte, e na mesma distância do filme de quando o holograma foi feito.

Principais tipos de hologramas

Transmission Holograms: São vistos com a luz laser. São feitos com ambos os feixes se aproximando do filme pelo mesmo lado.

Reflection (White Light) Holograms: Visto com uma luz branca de uma fonte correta, tais como uma luz spot, luz de flash, o sol. São feitos com os dois feixes se aproximando do filme holgráfico por lados opostos.
Multiple channel holograms: Duas ou mais imagens são visíveis de diferentes ângulos. Existem tipos diferentes de multiple channel holograms: Simples com 2, 3 ou + imagens cada uma vista de um ângulo diferente.
Multiplex: um grande número de figuras “achatadas” do objeto que combinadas em uma formam a imagem 3D do objeto – um holograma composto.
Rainbow Holograms: A mesma imagem aparece em cores diferentes quando vista de ângulos diferentes.
Real Image Holograms (H-2’s): São hologramas feitos a partir de uma transmissão original (H-1). A imagem se projeta drasticamente na frente do suporte em relação ou observador. A maior parte dos hologramas nos museus de holografia são desse tipo. O procedimento para fazê-los é muito elaborado e requer o controle preciso dos ângulos.

Usos da holografia

Arte Holográfica: Museus de Holografia, selos postais, propaganda, joalheiria, etc.
Segurança contra falsificação: Cartões de crédito, tickets, ingressos, etc.
Holographic Interferometry: Uma técnica muito precisa para medir as mudanças de dimensão de um objeto. Útil em análises industriais, controle de qualidade, etc. ll, etc.
Pattern Recognition: Usa aparelhos eletro-opticos com computadores para interpretar o que é “visto” por uma máquina. Aplicação militar de lasers e aparelhos ópticos holográficos.
Aplicações médicas: Combina CAT scans com uma imagem tridimensional, uma multiplex. Holografia de ultrasom (ultrasound holography), etc.
Outros: Aramazenamenti holográfico de memória no computador, radar holográfico, etc.

Fonte: omnis.if.ufrj.br

Holografia

Os hologramas são imagens em três dimensões, como os coloridos emblemas de segurança nos cartões de crédito e nas embalagens de CD. Tal como a fotografia, a holografia é uma técnica para registrar em filme a informação relativa a um objeto ou cena. Entretanto, os mecanismos básicos utilizados, bem como a natureza das imagens produzidas, diferem bastante de uma para outra. A fotografia comum produz uma representação bidimensional do objeto, na qual a profundidade da cena termina no plano de impressão.

A holografia, ao contrário, capta a informação em três dimensões: inclui a profundidade.

Para compreender a diferença entre a fotografia comum e este processo, é importante considerar primeiramente a natureza da luz. A luz visível é um tipo de radiação e, como tal, atravessa o espaço na forma de ondas eletromagnéticas. A distância entre as sucessivas cristas dessas ondas é denominada comprimento de onda, e o número de cristas por segundo que passam por um ponto chama-se freqüência. Como a velocidade de propagação da luz é constante, freqüências mais altas eqüivalem a comprimentos de onda mais curtos.

As fontes de luz usadas nas fotografias convencionais (a luz do sol e a iluminação artificial, por exemplo) emitem radiação com uma ampla gama de freqüências, visto que a luz branca abrange as freqüências do ultravioleta até o infravermelho. Para se registrar a informação acerca da profundidade da cena é necessário que a fonte de luz seja monocromática (tenha freqüência única) e coerente, isto é, que as cristas de todas as ondas caminhem juntas (em fase). Por isso, embora a holografia tenha sido idealizada em 1947, a demonstração prática de seus efeitos só se tornou possível a partir da década de 60, com o desenvolvimento da tecnologia do laser, que emite raios luminosos coerentes e monocromáticos.

Quando duas ondas chegam a um determinado ponto em fase, isto é, quando as cristas de ambas coincidem, suas energias atuam em conjunto, reforçando a intensidade ou amplitude da luz. Este processo é chamado interferência construtiva.

Por outro lado, se a crista de uma onda coincide com a posição mínima – ou ventre do ciclo – de outra, ou seja, se as cristas de ambas chegam fora de fase, obtém-se uma redução de intensidade: ocorre uma interferência destrutiva.

Como o raio laser é monocromático e coerente, os detalhes relativos à profundidade de uma cena iluminada por um feixe deste tipo estão contidos nos relacionamentos das fases das ondas que chegam à chapa de registro holográfico. Uma onda vinda de uma parte mais distante da cena chega “retardada” com relação às ondas provenientes dos pontos mais próximos. É o registro desta informação que permite a reconstrução óptica do objeto em três dimensões. Para registrar esta informação é necessário um feixe de referência, com o qual se possam comparar os relacionamentos fásicos do feixe luminoso refletido pelo objeto.

Para tanto separa-se o feixe de laser em dois: um dirigido para a cena, a partir do qual se forma o feixe refletido (feixe objeto); o outro (feixe de referência) é apontado diretamente para a placa de registro. No ponto em que os dois se encontram, a chapa, ocorre o fenômeno da interferência.

O holograma é usualmente revelado numa chapa transparente. Para reconstruir a imagem da cena original, esta transparência precisa ser iluminada com um feixe de luz coerente, semelhante ao utilizado como feixe de referência no registro. À medida que passa através da chapa transparente do holograma, o feixe de laser de reconstrução é modulado (modificado), de acordo com a amplitude e fase, assemelhando-se desta forma ao feixe objeto original. Forma-se então uma imagem virtual do objeto que, para o observador, parece estar situada atrás do holograma. Existe também uma imagem real, formada do mesmo lado em que se coloca o observador, e que não pode ser vista por tratar-se de uma imagem focalizada. Contudo, ela poderá ser observada se uma tela for colocada na área focal.

Como a cor depende da freqüência da luz, qualquer holograma produzido com um único laser dará na reconstrução imagens de uma única cor. Entretanto, com a utilização de três raios laser de freqüências diferentes (correspondentes às três cores primárias – vermelho, verde e azul), é possível registrar e reconstruir uma cena com todas as cores.

Aplicação da holografia

A holografia é muito usada na pesquisa científica e nos testes. Os selos holográficos são uma medida de segurança, porque é muito difícil falsificá-los. Outras aplicações testes de aviação, que projetam instrumentos no campo de visão do piloto, e leitores de barra, em lojas.

A holografia também foi desenvolvida como forma de arte. Os hologramas são encontrados em galerias e museus de todo o mundo. Sua produção em grande quantidade é de baixo custo, o que os viabiliza como itens promocionais ou de presentes.

O emprego do Raio Laser permite a reconstrução tridimensional da imagem de qualquer objeto ou cena real

Inventado pelo físico húngaro Dennis Gabor em 1948, tal como a fotografia, a holografia é uma técnica para registrar em filme a informação relativa a um objeto ou cena. Entretanto, os mecanismos básicos utilizados, bem como a natureza das imagens produzidas, diferem bastante de uma para outra. A fotografia comum produz uma representação bidimensional do objeto, na qual a profundidade da cena termina no plano da impressão.

A holografia, ao contrário, capta a informação em três dimensões: inclui a profundidade.

Pode-se obter um pseudo-efeito tridimensional com fotografias convencionais, observando-se simultaneamente num estereoscópio duas fotografias do objeto.

Com esta técnica, porém, apresenta-se apenas um ângulo particular dele, ao passo que, na holografia, a cena reconstruída pode ser observada de vários ângulos.

Movendo a cabeça de um lado para outro, o observador poderá presenciar os efeitos de paralaxe – movimento relativo de dois objetos na cena registrada – causados pela mudança de seu ângulo de visão.

Para compreender a diferença entre a fotografia comum e este processo, é importante considerar primeiramente a natureza da luz. A luz visível é um tipo de radiação magnética e, como tal, atravessa o espaço na forma de ondas eletromagnéticas, a uma velocidade de 300.000 km/s. A distância entre as sucessivas cristas dessas ondas é denominada comprimento de onda, e o número de cristas por segundo que passam por um ponto chama-se freqüência. Como a velocidade de propagação da luz é constante, freqüências mais altas equivalem a comprimentos de ondas mais curtos.

As fontes de luz usadas nas fotografias convencionais (a luz do Sole a iluminação artificial, por exemplo) emitem radiação com uma ampla gama de freqüências, visto que a luz branca abrange as freqüências do ultravioleta até o infravermelho. Assim, como a natureza da luz branca é desordenada, torna-se praticamente impossível registrar a informação acerca da profundidade da cena. Para obter esse registro é necessário que a fonte de luz seja monocromática (tenha frequência única) e coerente, isto é, que as cristas de todas as ondas caminhem juntas (em fase). Por isso, embora a holografia tenha sido idealizada em 1947, a demonstração prática de seus efeitos só se tornou possível a partir da década de 60, com a invenção de um tipo muito particular de fonte de luz – o laser, que emite raios luminosos coerentes e monocromáticos.

Quando duas ondas chegam a um determinado ponto em fase, isto é, quando as cristas de ambas coincidem, suas energias atuam em conjunto, reforçando a intensidade ou amplitude da luz.

Este processo é chamado interferência construtiva.

Por outro lado, se a crista de uma onda coincide com a posição mínima – ou ventre do ciclo – de outra, ou seja, se as cristas de ambas chegam fora de fase, obtém-se uma redução de intensidade: ocorre uma interferência destrutiva.

Como o raio laser é monocromático e coerente (altamente ordenado, portanto), os detalhes relativos à profundidade de uma cena iluminada por um feixe deste tipo estão contidos nos relacionamentos das fases das ondas que chegam à chapa de registro holográfico. Uma onda vinda de uma parte mais distante da cena chega “retardada” com relação às ondas provenientes dos pontos mais próximos. É o registro desta informação que permite a reconstrução óptica do objeto em três dimensões. Para registrar esta informação é necessário um feixe de referência, com o qual se possam comparar os relacionamentos fásicos do feixe luminoso refletido pelo objeto.

Para tanto separa-se o feixe de laser em dois: um é dirigido para a cena, a partir de qual se forma o feixe refletido (feixe objeto); o outro (feixe de referência) é apontado diretamente para a placa de registro. No ponto em que os dois encontram a chapa, ocorre o fenômeno da interferência.

Embora as ondas em colisão variem com o tempo, as amplitudes registradas na chapa holográfica não se modificam com ele.

Ou seja: estabelecem-se padrões de ondas estacionárias e apenas estas são registradas no filme sensível à luz. Além disso, estes padrões registrados contêm informações sobre a amplitude e a fase do feixe objeto, enquanto a fotografia convencional registra apenas as amplitudes da luz que chega até o filme.

O filme holográfico revelado, ou holograma, em nada se assemelha à cena registrada. Se o objeto holografado for uma superfície plana, o padrão de interferência resultante mostra várias faixas luminosas e escuras; quando se trata de um único ponto, ou objeto, o padrão consiste numa série de anéis concêntricos. Na prática, o holograma de um objeto ou cena apresenta uma configuração complexa de círculos superpostos, relativos aos diversos ponto do objeto.

O holograma é usualmente revelado numa chapa transparente. Para reconstruir a imagem da cena original, esta transparência precisa ser iluminada com um feixe de luz coerente, semelhante ao utilizado como feixe de referência no registro. À medida que passa através da chapa transparente do holograma, o feixe de laser de reconstrução é modulado (modificado), de acordo com a amplitude e fase, assemelhando-se desta forma ao feixe do objeto que, para o observador, e que não pode ser vista, por tratar-se de uma imagem focalizada. Contudo, ela poderá ser observada se uma tela for colocada na área focal. Movimentando-se a tela para frente e para trás podem-se obter diferentes partes da imagem real em foco.

Como a cor depende da freqüência da luz, qualquer holograma produzido com um único laser dará uma reconstrução monocromática do objeto. Entretanto, com a utilização de três raios laser de freqüências diferentes (correspondentes às três cores primárias – vermelho, verde e azul-violeta), é possível registrar e reconstruir uma cena com todas as cores.

Por suas características, os hologramas podem ter importantes aplicações tecnológicas. Com a utilização de holografia é possível, por exemplo, armazenar grande quantidade de dados numa única chapa. Para tanto, é necessário que a direção do raio relativo à chapa seja modificada entre as exposições, de forma que os padrões de interferência superpostos não se confundam. As reconstruções são feitas iluminando-se a chapa revelada com um raio reconstrutor na direção apropriada. Assim, quando um holograma contendo diversos padrões for girado na trajetória de um raio fixo, o observador poderá ver as diversas reconstruções em seqüência.

A holografia pode também mostrar as pequenas diferenças existentes entre as dimensões de um objeto matriz e sua cópia. O raio objeto refletido da cópia é dirigido para o holograma da matriz. Então, a imagem virtual do objeto apresentará franjas luminosas (padrões de interferência) sempre que houver diferenças entre a matriz e a cópia. Cada franja proveniente de um determinado ponto de referência indica uma diferença da ordem do meio do comprimento de onda entre o objeto de teste e a matriz. O uso de uma fonte de luz típica de laser permite detectar diferenças da ordem de 0,0003 mm. Em vista disso, a holografia tem grandes perspectivas de aplicação no controle do desgaste de materiais, pois permite medir com alto grau de segurança as diferenças entre uma peça quando nova e depois de submetida a teste de desgaste.

Tratando-se de uma descoberta recente, novas aplicações da holografia continuam se desenvolvendo. Há perspectivas, por exemplo, de seu uso na obtenção de imagens verdadeiramente tridimensionais no campo da televisão e do cinema.

A holografia é usada na pesquisa científica (localiza deformações em objetos sólidos), na indústria (identifica objetos para evitar falsificações) e nas artes plásticas.

Ainda novidade como forma de expressão artística, já destacou alguns artistas plásticos, como a inglesa Margaret Benyon, os norte-americanos Harriet Casdin e Rudie Berkhout, os brasileiros Haroldo e Augusto de Campos e a japonesa Setsuko Ishii.

Fonte: www.herbario.com.br