HOLOGRAFIAFrancisco P.S.C.Gil

Fotografia

Holografia

Distribuição de irradiância de objectos

Não contém informação sobre a fase da onda emitida pelo objecto

Bidimensional

Informação sobre a amplitude e a fase do campo luminoso

Tridimensional

Gabor

1947

Imagem virtual - imagem verdadeira

Imagem real - imagem conjugada

Holograma - placa zonal (funciona como lente)

(Prémio Nobel 1971)

Objecto muito pequeno

Objecto extenso

Holograma - sobreposição de todas as placas zonais

diferente - distorsão - deslocamento

LaserAnos 60Emmett Leith e Juris Upatnieks

Hologramas de Fresnel

Objectos opacos Objectos transparentes

Hologramas de transmissão

Registo Reconstrução

Hologramas de reflexão

ReconstruçãoRegisto

Fase relativa entre as duas ondasx

/2 = x/AB sen = /AB

(x) = (2x sen)/

Duas ondas planas

Se E0 igual para as duas ondas

E = 2E0 cos(/2) sen (wt-kx-/2)

I(x) = 2c0E02 cos2(/2)

Objecto = rede de difracção sinusoidal

Três versões da figura anterior

Objectos complexos

Fase relativa entre ondas objecto e referência (), modula o sinal da transportadora gerada por duas ondas planas

codificada no padrão de franjas)

Amplitudes das ondas objecto e referência diferentes

Irradiância das franjas reflecte essas diferenças

Visibilidade das franjas relacionada com a amplitude da onda objecto

Tratamento analítico

Holograma (H) no plano xy

Onda plana de referência em H

EB(x,y) = E0B cos[2ft+(x,y)]

Onda difundida pelo objectoEO(x,y) = E0O cos[2ft+(x,y)] (E0O e O - funções complicadas de x e y)

I(x,y) = (EB+EO)2 = E0B2/2 + E0O

2/2 + E0B E0O cos(-O)

V = (Imax-Imin)/(Imax+Imin) = 2E0BE0O/(E0B2+E0O

2)

Irradiância resultante e visibilidade das franjas

(Se a onda incidir na = 2/ x sen = kx sen

Possível garantir Perfil de transmissão em amplitude do holograma I(x,y) ou a ER(x,y) = E0R cos[2t+(x,y)]

Onda final EF(x,y) = ½ E0R(E0B2+E0O

2) cos[2t+(x,y)]+ + ½ E0RE0BE0O cos(2t+2-0)+ + ½ E0RE0BE0O cos(2t+0)

1º termo - feixe luminoso directo - não contém informação sobre a fase da onda objecto

2º termo - imagem real no espaço em frente do holograma - contém informação incorrecta do objecto

3º termo - imagem virtual no espaço atrás do holograma - contém informação exacta do objecto - tridimensionalidade completa - efeitos de paralaxe presentes

Qualquer fragmento reproduz toda a imagem, embora com resolução inferior

Dificuldade na interpretação de hologramas em termos de placas zonais de Fresnel - densidade de franjas aumenta a partir do centro - filme limitado em resolução

Ultrapassada se as ondas objecto (esféricas) interferirem com uma onda esféricade referência com um raio de curvatura semelhante

Holograma de Fourier

Imagens virtuais, no mesmo plano,formam par objecto-imagem num espelho

Semelhante a uma rede de difracção

Iluminado por luz branca, gera duas imagens ténues e irisadas

(Para objectos tridimensionais, o holograma resultante é híbrido)

Aplicações

Hologramas ‘de usar e deitar fora’(cartões de crédito, caixas de chocolates, capas de revistas, adereços, etc.)

Filmes reais com espessura da ordem de 10 m

Período espacial das franjas da ordem de 1 m

Holograma de transmissão Holograma de reflexão

Hologramas de volume

d

d sen

Registo de uma matriz de informação no interior

Na reconstituição, o holograma comporta-se comoum cristal irradiado por raios-X e dispersando aonda de reconstrução de acordo com a lei de Bragg

m= 2d sen

Interdependência entre e

Para cada ângulo de iluminação, uma única cor é difractada pelo holograma

Alterando continuamente ou é possível armazenar simultaneamenteum grande número de hologramas num único suporte

Promissores como memórias de alta densidade(um holograma com 8 mm de espessura foi usado para armazenar 550 páginas de informação)

Holografia de luz brancaRegisto feito com luz coerente de um ou vários lasersReconstrução feita com luz branca

Holografia de luz branca acromática

Holografia de imagem

Distribuição luminosa sobre a placa holográficacorresponde a uma imagem real do objecto a registarobtida por uma lente ou um holograma

Incide um feixe de referência sobre a placa interferindocom aquela imagem

Imagens associadas às componentes espectrais da luz branca practicamente sobrepõem-se

Pequena dispersão cromática(que aumenta com a profundidade do objecto)- Os objectos registados têm pouca profundidade

Holografia de Lippman/Denisyuk

Interferência entre o feixe que iluminadirectamente a placa e a luz reflectida oudifundida para trás pelo objecto (a)

Lido com luz branca, obtém-se uma imagembranca ou com ligeiras tonalidades (b)

Dispersão cromática aumenta coma distância do objecto à placa

Holografia de arco-íris (mais popular devido ao elevado brilho)

Passos básicos: a) introdução, na geometria de registo, de uma fenda horizontal, pela qual passa a onda objecto antes ou depois de incidir no holograma b) reconstrução da onda objecto de modo a formar a imagem real da fenda numa posição situada entre o holograma e o observador

Observação através de uma zona limitada pela imagem real da fenda

Holograma iluminado por luz monocromática, o ângulo de visão é limitado

Holograma iluminado por luz branca pontual, imagem da fenda vê-se a diferentes alturas para as diferentes componentes espectrais

Holograma iluminado por luz branca linear, há uma direcção em que a imagem do objecto se apresenta acromática

Chen e Yu (imagem real conseguida por lentes)

Benton (imagem real criada por um holograma primário)

Duas técnicas para registar hologramas de arco-íris(ambas necessitam da presença de uma imagem real do objecto)

Holografia de luz branca policromática

Holografia de luz branca pseudocromática

Registo de três cores fundamentais de um objectocolorido em três hologramas distintos

Usando as três imagens obtidas com os hologramasprimários, faz-se uma tripla exposição

Leitura do holograma triplo final simultaneamentecom as três cores, sendo a reprodução do objectomulticolor

( = 488.0, 514.5 e 632.8 nm)

Várias exposições do objecto no mesmoholograma, com o mesmo , mas variandoo ângulo de incidência da luz de referência

Interferometria holográfica

Dupla exposição

Dois hologramas na mesma placa - Do objecto não perturbado

- Do objecto sob efeito da perturbação

Resultado – padrão de franjas obtido pela interferência das duas ondas reconstruídas

(Detecção de distorções micrométricas emobjectos sujeitos a tensões, vibrações, etc.)

(Ex.: variações do índice de refracção em túneis de vento)

Tempo real

Constrói-se e revela-se o holograma do objecto

Sobrepõe-se a imagem holográfica virtual reconstruídaao próprio objecto e observam-se as franjas devidas adistorções do objecto em tempo real

(Objectos opacos e transparentes)

Tempo médio (Sistemas que oscilam com amplitude reduzida e frequência elevada)

Placa holográfica exposta durante intervalo de tempo longo,durante o qual o objecto vibra um certo número de períodos

Imagem final – resultado da sobreposição de grande número de imagens, dando origem a padrão de ondas estacionárias

(Testes de sistemas mecânicos, como a redução de ruído nos sistemas de transmissão em automóveis)

Holografia acústica

Onda de ultra-sons de alta frequência para gerar o holograma

Imagem reconstruída por um feixe laser

Elementos ópticos holográficos

Construção de redes de difracção por sobreposição de duas ondas planas

Elementos ópticos holográficos - Lentes de Fresnel

Visores especiais instalados na carlinga de aviões (‘headsup displays’)

Filtros espaciais específicos em correlacionadores ópticos

Detecção de defeitos pontuais em semicondutores

Detecção de tanques em fotografias aéreas

(Holograma de Fourier do objecto a reconhecer)

Reconhecimento de todas as ocorrências de uma certa palavra num texto

Síntese ponto por ponto dum holograma de um objecto inexistente

Microscopia

Células ou partículas microscópicas fotografadas holograficamentecontendo potencialmente todas as fotografias que poderiam serfeitas com sucessivas focagens com profundidade de campo elevada

Se a luz de reconstrução tiver um comprimento de onda maior doque o da onda de formação do holograma, resulta uma amplificaçãoda imagem

(Ex.: se o holograma fosse feito com raios-X e observado com luz visível,obter-se-íam amplificações da ordem de 106, sem deterioração em resolução)

Interesse no desenvolvimento de lasers de raios-X!