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!