Introducción a la holografía

«…el pliegue universal. El doblez que, al desdoblarse, revela no la unidad sino la dualidad […] el pliegue, al descubrir lo que oculta, esconde lo que descubre […] es lo que une a los dos opuestos sin jamás fundirlos, a igual distancia de la unidad y de la pluralidad.»
—Octavio Paz

¿Qué es un holograma?

La holografía, como la fotografía, es una técnica que produce una imagen en una película. Pero el método utilizado para la grabación es completamente distinto. Una fotografía crea una imagen bidimensional del objeto y la imagen que vemos grabada en el papel o en el negativo se corresponde con un único punto de vista inamovible.

En un holograma, por el contrario, queda registrada toda la información visual procedente del objeto, su entorno y el espacio en que está. Esto quiere decir que es tridimensional, o mejor dicho, multidimensional. Al moverte delante de un holograma irás viendo un ángulo diferente de ese espacio y de ese objeto.

Esquema de onda de luz coherente

Como señala Saxby en su libro Practical holography para un físico un holograma es el registro de la interacción de dos ondas coherentes, provenientes de fuentes puntuales y monocromáticas, en la forma de un patrón microscópico de franjas interferenciales; para un lego en Física, pero quizás bien informado, es una película fotográfica o placa que ha sido expuesta a la luz del láser y procesada de modo que al ser iluminada adecuadamente produce una imagen tridimensional; para alguien menos informado la holografía es sólo algún tipo de fotografía tridimensional.

La fotografía y la holografía producen la imagen de forma completamente diferente, y no resulta posible describir en los mismos términos el modo en que se forman los dos tipos de imágenes, la fotográfica y la holográfica, ya que para explicar la formación de la imagen holográfica es necesario recurrir a los conceptos de interferencia y difracción, ambos característicos de las ondas. Es evidente, por tanto, que los fundamentos físicos sobre los que se sustenta la técnica holográfica hay que buscarlos en la naturaleza ondulatoria de la luz.

Breve historia de la holografía

Dennis Gabor inició estudios de Ingeniería mecánica en la Universidad Politécnica de Budapest, que concluyó en la Universidad de Berlín, donde obtuvo el diploma en Ingeniería eléctrica en 1923 y el título de Doctor ingeniero en 1927. Ese mismo año entró a trabajar en uno de los laboratorios de Física de la compañía Siemens de Berlín, en la que comenzó a desarrollar algunos de sus múltiples inventos.

En 1933, tras la llegada de Hitler al poder, a Gabor no le fue renovado su contrato con la compañía Siemens debido a su origen judío, por lo que tuvo que abandonar Alemania. Tras una breve estancia en Budapest, Gabor marchó a Inglaterra, donde en 1934 comenzó a trabajar en la British Thomson Houston Company. Durante la Segunda Guerra Mundial dicha compañía se dedicó a desarrollar distintos dispositivos para el ejército británico, sobre todo relacionados con el radar, pero Gabor fue excluido de dichas investigaciones, aunque pudo seguir trabajando fuera de la zona de seguridad de la empresa en la mejora del microscopio electrónico.

En 1947, cuando Dennis Gabor buscaba un método para mejorar la resolución y definición del microscopio electrónico, se encontró casualmente con un método nuevo e interesante para formar imágenes –el objeto que utilizó para realizar su primer holograma fue una diapositiva circular transparente que contenía el nombre de tres físicos a los que Gabor consideraba importantes: Huygens, Young y Fresnel. Llamó a este proceso holografía, del griego holos, todo. Sin embargo, su descubrimiento no tuvo ningún éxito, pero tras la invención del láser su idea original dio lugar a innumerables aplicaciones científicas y tecnológicas basadas en la holografía, por lo que en 1971 recibió el Premio Nobel de Física.

Hacia 1958 el concepto de reconstrucción del frente de onda de Gabor estaba siendo reinventado en un contexto diferente por Yuri Denisyuk (1927-2006), un investigador que trabajaba de forma aislada y que estaba realizando una serie de estudios similares en el centro de investigación óptica más importante de la antigua Unión Soviética, el Instituto Estatal de Óptica Vavilov, en Leningrado. Sus experimentos le llevaron a crear lo que actualmente se conoce como holograma Denisyuk u holograma de reflexión.

Por otro lado Emmett N. Leith, un investigador en Ingeniería eléctrica de la Universidad de Michigan, desconociendo totalmente los trabajos realizados sobre holografía, estaba buscando en 1956 un método para registrar y mostrar gráficamente la forma de onda de las señales de radar usando técnicas ópticas.

En 1960, cuando ya prácticamente tenía la solución a su problema, conoció los trabajos de Gabor y de sus sucesores, dándose así cuenta de que en realidad había redescubierto la holografía. A partir de entonces el objetivo de esos trabajos fue perfeccionar el método. La solución que encontró Leith, con la colaboración de su colega Juris Upatnieks, eliminaba el problema de las imágenes dobles que tanto había atormentado a Gabor y ambos idearon la técnica del haz de referencia inclinado, desplazando el haz de referencia fuera de la dirección del haz objeto. Habían inventado el holograma fuera de eje, conocido también como holograma de Leith y Upatnieks.

Esquema de holograma de Transmisión

Algunos investigadores empezaron a relacionar estos tres trabajos realizados de forma independiente y en los años sesenta se publicaron muchos artículos científicos sobre el registro de hologramas con láser, lo que contrasta con la escasa publicación entre 1947 y 1955. No está claro quién acuñó el término holografía para designar a esta nueva técnica, ya que varios investigadores reclamaron la paternidad del mismo. Lo cierto es que la holografía, un campo con un potencial intelectual y comercial extraordinario, había nacido.

Es evidente que la terminología científica tiene un gran impacto, no sólo a nivel científico, sino también social, filosófico e incluso económico, por lo que la denominación de holografía para esta ‘nueva ciencia’, una única palabra, tenía todas las de ganar.

En 1966 George Stroke (1924), también profesor de la Universidad de Michigan, publicó An Introduction to Coherent Optics and Holography, el primer libro en el que se exponían los fundamentos teóricos de la nueva técnica.

La primera exposición de holografía tuvo lugar en Michigan en 1968 y la segunda en Nueva York en 1970. En 1971 se fundó una Escuela de Holografía en San Francisco, la primera en la que científicos, ingenieros y artistas podían aprender la nueva técnica. De este modo la holografía se convirtió en un ejemplo inusual de campo científico en el que participaron en su desarrollo grupos de personas de muy distinta procedencia, desde físicos e ingenieros hasta artistas.

En 1968 Stephen Benton (1941-2003), científico del Instituto Tecnológico de Massachussets, desarrolló un tipo de holograma conocido como holograma de arco iris o de Benton, que tiene gran importancia al tratarse de un holograma de transmisión que no necesita del láser para su reconstrucción sino que se puede ver con luz blanca creando una imagen en colores en función del ángulo con el que se observa. El aspecto más importante del holograma de arco iris es que permite la producción masiva de hologramas utilizando la técnica de estampado (embossing en inglés) en plástico aluminizado, y hace posible reproducir hologramas con un bajo coste. Estos hologramas se utilizan actualmente en sistemas de seguridad y la primera vez que aparecieron en documentos que se requieren seguros fue en tarjetas de crédito en 1983.

En un holograma la información está distribuida igualmente en toda la película, de tal manera que si una pequeña parte de ella se corta, la escena entera puede observarse todavía a través de esa pequeña porción. Así a diferencia de las fotografías convencionales, en el caso de los hologramas cada parte posee la información presente en el todo.

Interior de laboratorio de holografía

Esta idea del todo en cada parte ha llevado a algunos científicos y pensadores como Karl Pribram (neurofisiólogo de Stanford y uno de los más influyentes científicos de la interpretación del cerebro) o David Bohm (físico de la Universidad de Londres y uno de los físicos cuánticos más respetados) a especular sobre la posibilidad de que el cerebro humano o el universo funcionen de manera semejante.

Curiosamente, también Bohm y Pribram llegaron a semejante conclusión de modo independiente, a través del estudio de campos muy diferentes. Bohm investigó la naturaleza holográfica del universo tras muchos años de escepticismo frente a las teorías convencionales, incapaces de explicar numerosos fenómenos presentes en la física cuántica. Bohn pensó que el universo posee las propiedades de un holograma, la realidad sería un todo sin tiempo, sin espacio. Así “la realidad real” sería el orden implicado y orden desplegado, lo no real. Bohm explica como el planteamiento del “orden implicado” rompe enteramente con el clásico modelo de realidad, construido en base a los aportes de Descartes, Newton y Einstein.

K. Pribram, a su vez, ante la ineficacia de formulaciones convencionales para resolver determinados enigmas neurofisiológicos, advirtió que el modelo holográfico podría servir para explicar gran número de fenómenos. La idea del todo proporcionó a Pribram la explicación que había buscado. Los experimentos de Lashley habían demostrado que cada porción del cerebro parece contener la totalidad de los recuerdos presentes en el cerebro. Ello llevó a Pribram a pensar en la posibilidad de que los recuerdos pudieran almacenarse en la memoria como en un holograma.