Revista Brasileira de Ensino de Fısica v 31 n 1 1602 (2009)wwwsbfisicaorgbr

Holografıa ciencia arte y tecnologıalowast(Holography science art and technology)

Augusto Belendez1

Departamento de Fısica Ingenierıa de Sistemas y Teorıa de la Senal Universidad de Alicante Alicante EspanaRecebido em 2062008 Revisado em 592008 Aceito em 24092008 Publicado em 3042009

En el presente trabajo se hace una revision historica de los orıgenes de la holografıa haciendo especial enfasisen las contribuciones de Gabor Denisyuk y Leith al desarrollo de la tecnica holografica Inicialmente se hacemencion de los fundamentos fısicos de la holografıa interferencia y difraccion ası como de los procesos involu-crados en el registro y reconstruccion de un holograma El trabajo termina con una breve descripcion de algunasde las aplicaciones mas importantes de la holografıa en la ciencia la tecnica y el artePalabras-clave holografıa historia de la fısica aplicaciones de la holografıa

This article provides a historical review of the origins of holography placing particular emphasis on thecontributions made by Gabor Denisyuk and Leith to the development of holographic techniques First of allthe physical basis of holography is discussed interference and diffraction together with the processes involvedin recording and reconstructing holograms The article finishes with a brief description of some of the mostimportant applications of holography in the fields of science technology and artKeywords holography history of physics applications of holography

1 Introduccion

Stephen Benton uno de los pioneros de la holografıasenalo en mas de una ocasion que ldquoes la interseccion deciencia arte y tecnologıa lo que hace la holografıa taninteresanterdquo [1] Es cierto que la holografıa es una delas ramas mas importantes de la optica moderna y hadado lugar a un gran numero de aplicaciones cientıficasy tecnologicas y ha proporcionado tecnicas que puedenutilizarse casi en cualquier area de investigacion purao aplicada pero no es menos cierto que la holografıaes uno de los pocos campos cientıficos que ha propor-cionado un medio para el arte

Sin lugar a dudas la reconstruccion de una imagenen tres dimensiones dando la sensacion perfecta de re-lieve es sin duda una de las realizaciones mas espec-taculares y mas conocidas de la holografıa pero exis-ten otras muchas aplicaciones en diferentes ambitos [2]La interferometrıa holografica los elementos opticosholograficos las memorias holograficas el procesadooptico de informacion los hologramas generados porordenador la holografıa digital la litografıa holograficao los hologramas de seguridad son solo una pequenamuestra de las numerosas aplicaciones cientıficas y

tecnicas basadas en el metodo holografico Ademasla holografıa no solo se limita hoy en dıa al espectrovisible sino que pueden hacerse hologramas utilizandoondas de otras regiones del espectro electromagneticodando lugar a la holografıa infrarroja ultravioleta demicroondas o de rayos X Tambien se han desarrolladouna holografıa acustica una holografıa de electroneso una holografıa de neutrones que permite por ejem-plo obtener imagenes holograficas de atomos utilizandoneutrones termicos Son numerosas las aplicaciones dela holografıa en medicina dentro de la oftalmologıaodontologıa otologıa ortopedia y endoscopia Se haninvestigado las conexiones de la holografıa y la teorıaespecial de la relatividad y existe un concepto denom-inado ldquouniverso holograficordquo relacionado con los agu-jeros negros y la cosmologıa Ademas de en la fısicala holografıa se ha aplicado con exito a campos tandiversos como la arqueologıa paleontologıa geografıamusica geologıa biologıa quımica medicina arqui-tectura ingenierıas civil industrial aeronautica navalde telecomunicacion agronoma etc Todo esto es solouna pequena muestra de las posibilidades que ofrece latecnica holografica

A la vista de todo lo anterior puede verse como lalowastlowast El texto de este artıculo esta basado en la leccion inaugural ldquoHolografıa ciencia arte y tecnologıardquo impartida por el autor el 28

de septiembre de 2007 en el solemne acto de apertura del curso academico 2007-2008 de la Universidad de Alicante Espana1E-mail abelendezuaes

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holografıa abarca areas de investigacion muy ampliasa la vez que muy distintas por lo que resulta imposiblepresentar todas ellas en este artıculo Por esta razonse va a limitar el contenido del mismo solo a los sigu-ientes aspectos En primer lugar se hara mencion alos fundamentos fısicos de la holografıa es decir a lainterferencia ya la difraccion ası como a los procesosinvolucrados en el registro y la reconstruccion de unholograma En segundo lugar se hara una revision delos orıgenes y posterior desarrollo de la holografıa inci-diendo en la forma en que sus tres principales protago-nistas Gabor Denisyuk y Leith pusieron los cimientossobre los que comenzo a edificarse la holografıa Final-mente se mostraran algunas de las aplicaciones de laholografıa en diversas parcelas de la ciencia el arte y latecnologıa

2 Interferencia y difraccion

Como senala Saxby en su libro ldquoPractical holographyrdquo[3] ldquopara un fısico un holograma es el registro de lainteraccion de dos ondas coherentes provenientes defuentes puntuales y monocromaticas en la forma deun patron microscopico de franjas interferenciales paraun lego en fısica pero quizas bien informado es unapelıcula fotografica o placa que ha sido expuesta a la luzdel laser y procesada de modo que al ser iluminada ade-cuadamente produce una imagen tridimensional paraalguien menos informado la holografıa es solo algun tipode fotografıa tridimensionalrdquo Es cierto que tanto lafotografıa convencional como la holografıa hacen usode una pelıcula fotografica u otro material fotosensi-ble pero quizas sea solo esto lo que ambas tienen encomun La fotografıa y la holografıa producen la im-agen de forma completamente diferente y no resultaposible describir en los mismos terminos el modo enque se forman los dos tipos de imagenes la fotograficay la holografica ya que para explicar la formacion dela imagen holografica es necesario recurrir a los concep-tos de interferencia y difraccion ambos caracterısticosde las ondas [4-6] Es evidente por tanto que los fun-damentos fısicos sobre los que se sustenta la tecnicaholografica hay que buscarlos en la naturaleza ondula-toria de la luz demostrada de forma convincente hacia1801 por un medico ingles llamado Thomas Young (Fig1) con uno de los ldquoexperimentos mas bellos de la fısicardquo[7 8] el de la interferencia de la doble rendija tambienconocido como ldquoel experimento de Young de la doblerendijardquo [4] Gracias a su mente independiente y tenazYoung pudo probar con este experimento la naturalezaondulatoria de la luz en contraposicion a la naturalezacorpuscular promovida nada mas y nada menos quepor un cientıfico de tanto peso y renombre como eraIsaac Newton (1642-1727) [6]

Figura 1 - Thomas Young (1773-1829)

Desde el siglo XVII coexistieron dos teorıas sobre lanaturaleza de la luz la teorıa corpuscular avalada porNewton y la teorıa ondulatoria defendida por Chris-tian Huygens (1629-1695) (Fig 2) Desde los tiemposde Newton hasta los primeros anos del siglo XIX lateorıa corpuscular de la luz gozo del favor de la mayorparte de los entonces conocidos como ldquofilosofos de lanaturalezardquo basicamente por la autoridad de NewtonDe hecho el gran peso que tenıa su opinion cayo comouna losa sobre la teorıa ondulatoria durante el sigloXVIII aplastando a sus partidarios [4 9]

Figura 2 - Christian Huygens (1629-1695)

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Sin embargo entre los anos 1801 y 1803 Youngpresento unos artıculos ante la Royal Society exaltandola teorıa ondulatoria de la luz y anadiendo a ella unnuevo concepto fundamental el principio de interfer-encia Cuando se superponen las ondas provenientesde dos fuentes luminosas puntuales sobre una pantallacolocada paralela a la lınea de union de los dos orifi-cios se producen franjas claras y oscuras regularmenteespaciadas Este es sin duda el primer experimentoen el que se pone de manifiesto que la superposicion deluz puede producir oscuridad Este fenomeno se conocecomo interferencia (Fig 3) y con este experimento secorroboraron las ideas intuitivas de Huygens en relacional caracter ondulatorio de la luz

Figura 3 - Diagrama de Young de un patron de interferencia pro-ducido por una serie de ondas procedentes de dos fuentes distintas[7]

Una condicion esencial para que se produzcan in-terferencias es necesario que la luz sea coherente Parapoder tener un diagrama de interferencia entre dos omas ondas es necesario que las ondas sean tales que ten-gan la misma frecuencia y mantengan una diferencia defase constante es decir que provengan de fuentes de luzcoherentes por lo que la coherencia de la luz es una me-dida de su capacidad para producir interferencias Haydos tipos de coherencia temporal y espacial La luz queno posee ambas no puede producir interferencias apre-ciables La coherencia espacial esta relacionada con lamonocromaticidad mientras que la coherencia espaciales en cierto modo una medida del tamano del foco lu-minoso siendo maxima si el foco luminoso es puntualLa luz blanca emitida por una bombilla o por un tubofluorescente no es coherente y su longitud de coheren-cia es de menos de una decima de micra sin embargola luz de un laser sı es coherente siendo posible fab-ricar laseres con longitudes de coherencia de cientos demetros

Al igual que Young fue el responsable delresurgimiento de la teorıa ondulatoria de la luz enInglaterra Augustin Fresnel (1778-1827) (Fig 4) lofue en Francia [6] Ajeno en un principio a los trabajosrealizados por Young varios anos antes Fresnel sinte-tizo los conceptos de la teorıa ondulatoria de Huygens yel principio de interferencia y analizo el fenomeno de ladifraccion tambien caracterıstico del movimiento ondu-latorio que se presenta cuando una onda es distorsion-ada por un obstaculo El principio de Huygens-Fresnel

permite calcular los diagramas de difraccion producidostanto por obstaculos como por aberturas siendo posibledecir que este principio lleva a la siguiente conclusionldquola luz se difracta y la interferencia esta en el corazondel procesordquo [4]

Figura 4 - Augustin Jean Fresnel (1778-1827)

3 La tecnica holografica

La fotografıa se conoce desde el siglo XIX por lo que seesta acostumbrado a observar el mundo tridimensionalcomprimido en la bidimensionalidad de la pagina deun album de fotos una revista o la pantalla de cineo de television [2] Todos estos medios comparten lalimitacion de ser solo representaciones de la intensidadde las ondas luminosas La luz que se refleja en una fo-tografıa lleva consigo informacion acerca de la amplitudde la onda que provenıa del objeto original pero no sufase Sin embargo si pudieran reconstruirse de algunmodo tanto la amplitud como la fase de la onda orig-inal la onda reconstruida resultante no se distinguirıade la onda original Cuando se observa un objeto loque llega a nuestros ojos es la onda emitida o difun-dida por el mismo Por tanto si de alguna manerase consiguiera reproducir dicha onda y esta alcanzaranuestros ojos parecerıa provenir del objeto original yserıamos capaces de ver la imagen formada en una tridi-mensionalidad perfecta exactamente como si el objetoestuviera realmente ante nosotros [2 10] Precisamenteesto es lo que puede conseguirse mediante la holografıaque consta de dos etapas denominadas registro y re-construccion Mediante el proceso de registro se alma-cena en determinados materiales fotosensibles [10-12]

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y en forma de franjas de interferencia la informacionnecesaria para posteriormente reconstruir un frente deonda casi identico al que dio lugar a esa informacionEl material fotosensible impresionado y procesado so-porte de esta informacion constituye el holograma delgriego ldquoholosrdquo que significa la totalidad [12] Una difer-encia fundamental entre la holografıa y la fotografıa esque en aquella en vez de almacenarse la imagen bidi-mensional del objeto se almacena informacion suficientepara poder reconstruir la onda objeto misma Puededecirse que la holografıa permite ldquocongelarrdquo la ondaprocedente del objeto y posteriormente ldquoponerla otravez en marchardquo por lo que como senala Abramsonldquoun holograma es ciertamente como una ventana conmemoriardquo [13]

En la etapa de registro se hace interferir la onda emi-tida o difundida por un objeto con una onda de referen-cia conocida (Fig 5) El ldquocodigo holograficordquo consisteen ldquomezclarrdquo la onda objeto con la onda de referenciay registrar su patron interferencial en un material foto-sensible como una pelıcula fotografica dando lugar alholograma Este contiene informacion codificada tantode la amplitud como de la fase de la onda objeto Paradecodificar la informacion almacenada en el hologramay reconstruir de este modo una replica de la onda ob-jeto original en la etapa de reconstruccion se ilumina elholograma con una onda analoga a la onda de referenciautilizada en la etapa de registro Esta onda es difrac-tada por la compleja estructura de franjas almacenadaen el holograma generandose una onda imagen de car-acterısticas similares a la onda objeto original De estaforma si se mira a traves del holograma se vera unaimagen tridimensional del objeto aun cuando este yano se encuentre allı pues se dispone de su onda y esesta la que alcanza nuestros ojos Este frente de ondaimagen reconstruido es practicamente indistinguible dela onda original procedente del objeto y puede producirtodos los efectos visuales del haz primitivo

Figura 5 - Registro y reconstruccion de un holograma

4 Los distintos ldquoorıgenesrdquo de la holo-grafıa

Existe la falsa creencia popular de que la ciencia es unaempresa impersonal desapasionada y completamenteobjetiva Mientras que la mayor parte de las otras ac-tividades humanas estan dominadas por modas y capri-chos se supone que la ciencia se atiene a reglas de pro-cedimiento establecidas y pruebas rigurosas Lo quecuenta son los resultados y no las personas que los con-siguen Nada mas lejos de la realidad La ciencia comocualquier empresa humana es una actividad impulsadapor personas y esta igualmente sujeta a modas y capri-chos a pasiones y casualidades a fracasos y exitos Losinicios de la holografıa son un claro ejemplo de todo elloAunque en el devenir de la holografıa sobre todo en susprimeros anos pueden encontrarse numerosos heroes eincluso algunos villanos lo cierto es que sus principalesprotagonistas fueron tres [14-16] El primero fue Den-nis Gabor (1900-1979) un ingeniero hungaro afincadoen Inglaterra inventor de la tecnica holografica que eldenomino reconstruccion del frente de onda y por la querecibio el premio Nobel de fısica en 1971 Sin embargoesta idea no habrıa pasado de ser un white elephant [1718] un objeto superfluo y sin aplicaciones si no hu-biera sido por la aparicion de dos nuevos personajes enescena Yuri Denisyuk (1927-2006) en la antigua UnionSovietica y sobre todo Emmett Leith (1927-2005) enlos Estados Unidos Tambien fueron tres los lugares ndashy ademas muy diferentesndash en los que la holografıa diosus primeros pasos un laboratorio industrial de unaempresa de ingenierıa electrica en Rugby Inglaterraun instituto cientıfico estatal en lo que era entoncesLeningrado en la antigua Union Sovietica y un labo-ratorio de investigacion clasificado de la Universidad deMichigan que trabajaba en proyectos para el ejercito delos Estados Unidos en Willow Run cerca de Ann Ar-bor Sin embargo todavıa hay un protagonista masque no se puede dejar de mencionar pues fue el revul-sivo que reactivo la holografıa de forma ldquoexplosivardquo aprincipios de la decada de 1960 el laser uno de losmas importantes y versatiles instrumentos cientıficosTheodore Maiman (1927-2007) un fısico de los labora-torios de investigacion Hughes obtuvo el 16 de mayo de1960 su primera emision laser Poco despues Mainmantenıa listo un laser de rubı Como anecdota mencionarque Mainman envio un artıculo a una de las revistas defısica mas prestigiosas el Physical Review (hoy Phys-ical Review Letters) Sin embargo sorprendentementeel editor rechazo el artıculo Por esta razon el primeranuncio del laser aparecio en la revista britanica Na-ture en 1960 El laser es de gran importancia no solopor sus multiples aplicaciones cientıficas y tecnicas sinoporque fue un factor crucial en el renacer de la optica[19] Alrededor de 1950 precisamente en la epoca enque Gabor inicio sus trabajos sobre holografıa la opticase consideraba una disciplina con un gran pasado pero

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sin visos de tener un gran futuro Sin embargo el lasercambio esta percepcion drasticamente Junto con el re-nacer de la holografıa el laser dio lugar a un desarrollonuevo y vigoroso de la optica en campos como la op-toelectronica la optica no lineal o las comunicacionesopticas desarrollo que continua en la actualidad

41 La ldquoreconstruccion del frente de ondardquo deGabor

Dennis Gabor (Fig 6) nacio en 1900 en Budapest Deascendencia judıa su familia paterna provenıa de Ru-sia mientras que su familia materna de Espana [20 21]posiblemente de una familia de judıos sefardıes llega-dos a Hungrıa en el siglo XVIII Fueron Julio Verne yquizas el mas grande de todos los inventores ThomasEdison los ıdolos en su ninez [20] Aunque la fısicale fascinaba el joven Gabor decidio estudiar ingenierıa[20 21] Como el mismo escribio mas tarde ldquoser fısicono era todavıa una profesion en Hungrıa con un totalde media docena de catedras de fısica y iquestquien podrıahaber sido tan presuntuoso para aspirar a una de ellasrdquo[22] Gabor inicio estudios de ingenierıa mecanica en laUniversidad Politecnica de Budapest que concluyo enal Universidad de Berlın donde obtuvo el Diploma enIngenierıa Electrica en 1923 y el Tıtulo de Doctor Inge-niero en 1927 Ese mismo ano entro a trabajar en unode los laboratorios de fısica de la companıa Siemens deBerlın en la que comenzo a desarrollar algunos de susmultiples inventos Prueba de su fructıfera labor comoinventor es que realizo 62 patentes entre 1928 y 1971[21]

Figura 6 - Dennis Gabor (1900-1979) (AIP Emilio Segre VisualArchives Physics Today Collection)

Dennis Gabor forma parte de una emigracion dehungaros brillantes todos nacidos entre 1879 y 1908[20] entre los que se encontraban ademas de Gaborel biofısico Georg von Bekesy (1899-1972) ndashpremio No-bel de fisiologıa y medicinandash Theodore von Karman(1881-1963) ndashinvestigador en aerodinamicandash el pionerode la informatica John von Neumann (1903-1957) ylos fısicos nucleares Leo Szilard (1989-1964) Edward

Teller (1908-2003) ndashpadre de la bomba de hidrogenondash yEugene Wigner (1902-1995) ndashpremio Nobel de fısicandashAdemas Gabor von Karman von Neumann SzilardTeller y Wigner habıan nacido en el mismo barrio deBudapest

En 1933 y tras le llegada de Hitler al poder a Ga-bor no le fue renovado su contrato con la companıaSiemens debido a su origen judıo por lo que tuvo queabandonar Alemania Tras una breve estancia en Bu-dapest y gracias a la intervencion de su amigo el inge-niero Allibone [20] Gabor marcho a Inglaterra en 1934donde comenzo a trabajar en la British Thomson Hous-ton Company Durante la Segunda Guerra Mundial sucompanıa se dedico a desarrollar distintos dispositivospara el ejercito britanico sobre todo relacionados conel radar pero Gabor fue excluido de dichas investiga-ciones aunque podıa seguir trabajando fuera de la zonade seguridad de la empresa en la mejora del microscopioelectronico [20] Con este instrumento se habıa aumen-tado en cien veces el poder de resolucion de los mejoresmicroscopios opticos y se estaba muy cerca de resolverlas estructuras atomicas La longitud de onda de DeBroglie asociada a los electrones rapidos alrededor deuna decima de angstrom era lo bastante pequena perolos sistemas no eran lo bastante perfectos [2] Su lim-itacion estaba relacionada con la aberracion esferica delas lentes magneticas del microscopio Para resolvereste problema Gabor se planteo la siguiente preguntaldquoiquestpor que no tomar una mala imagen electronica peroque contenga la informacion lsquototalrsquo reconstruir la onday corregir por metodos opticosrdquo [23] La contestaciona esta pregunta se le ocurrio en 1947 mientras esper-aba para jugar un partido de tenis [22] y consistıa enconsiderar un proceso en dos etapas En la primeraetapa el registro con el haz de electrones del microsco-pio electronico producirıa la imagen interferencial en-tre el haz objeto y un fondo coherente (haz de refer-encia) imagen que registrarıa en una placa fotograficaAl interferograma ası obtenido lo llamo holograma dela palabra griega holos el todo ya que contiene la in-formacion total (la amplitud y la fase) de la onda ob-jeto En la segunda etapa la reconstruccion iluminarıamediante luz visible que difractada por el hologramareconstruirıa el frente de onda original y lo podrıa cor-regir para obtener una buena imagen Como ya se hasenalado anteriormente para conseguir franjas de in-terferencia contrastadas era necesario disponer de unafuente de iluminacion de gran coherencia la cual no ex-istıa en aquellos anos A pesar de ello Gabor realizoen 1948 el primer holograma utilizando en el registroy en la reconstruccion luz filtrada proveniente de unalampara de mercurio que constituıa una de las mejoresfuentes de luz coherente antes del laser El objeto queutilizo Gabor para realizar el primer holograma fue unadiapositiva circular transparente de apenas 14 mm dediametro y que contenıa el nombre de tres fısicos a losque Gabor consideraba importantes por haber puesto

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los fundamentos fısicos de su tecnica de reconstrucciondel frente de onda Huygens Young y Fresnel Losresultados fueron presentados en Londres en una con-ferencia sobre microscopıa electronica en 1948 (Fig 7)y publicados ese mismo ano en un breve artıculo en larevista Nature de apenas dos paginas [24] En septiem-bre de 1948 el periodico New York Times publico laprimera noticia sobre esta nueva tecnica y en diciembreGabor presento una patente relacionada con la mejorade imagen en microscopıa electronica (Fig 8) [25]

Figura 7 - Poster de la conferencia de Gabor de 1948 (The MITMuseum ndash Holography Collection from the Museum of Hologra-phy)

En el ano 1949 Gabor consiguio un puesto de pro-fesor de Electronica en el Imperial College de Londresfundamentalmente gracias a la buena acogida que tuvosu tecnica de la reconstruccion del frente de onda entrecientıficos como Lawrence Bragg y Max Born ambospremios Nobel de Fısica y Charles Darwin nieto delevolucionista y Director en aquel entonces del Labora-torio Nacional de Fısica de Gran Bretana [16] En losanos siguientes la tecnica fue estudiada por unos pocosinvestigadores ademas de Gabor [20] entre ellos se en-contraban Gordon Rogers (1916-) un antiguo estudi-ante de doctorado de Lawrence Bragg Paul Kirkpratick(1894-1992) en la Universidad de Stanford en Califor-nia y sus estudiantes Albert Baez (1912-2007) (padrede las cantantes folk Joan Baez y Mimi Farina) y Hus-sein El-Sum (1925-1978) y algo mas tarde por AdolfLohmann (1928-) en Alemania El-Sum fue el que re-alizo la primera tesis doctoral sobre holografıa de la his-toria presentada en el ano 1952 Sin embargo todos el-

los solo consiguieron hologramas de imagenes pequenasy borrosas y hacia 1954 Gabor estaba sumamentefrustrado e intentando sin apenas exito convencer asus colaboradores que continuaran con las investiga-ciones que el habıa iniciado apenas siete anos antesSin embargo todos ellos habıan perdido el interes porla holografıa fundamentalmente debido a dos razonesuna relacionada con la imposibilidad de obtener resulta-dos optimos cuando aplicaban el metodo al microscopioelectronico y la otra con la segunda etapa del procesola reconstruccion optica del holograma que era clara-mente imperfecta El metodo de Gabor generaba unholograma en eje conocido como holograma de Gaborcuya calidad de imagen era bastante pobre pues unproblema basico es que al reconstruir el holograma seforman dos ondas una divergente analoga a la ondaobjeto que forma una imagen virtual detras del holo-grama y una convergente que forma una imagen realdelante del holograma conocida como imagen conju-gada Puede contemplarse la imagen virtual o la realpero siempre con la otra desenfocada como fondo

Figura 8 - Patente sobre la mejora de la resolucion del microsco-pio electronico (P Greguss ldquoDennis Gabor ndash Inventor of rdquoProc SPIE 4149 1 2000)

Entre 1948 y 1955 se publicaron unos cincuentaartıculos sobre el metodo de reconstruccion del frentede onda de Gabor y hacia 1955 tras investigar varios

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montajes opticos para intentar minimizar el efecto de laimagen conjugada Gabor abandono tranquilamente susinvestigaciones Algunos colaboradores de Gabor cali-ficaron la tecnica de reconstruccion del frente de ondacomo un white elephant no teniendo como algunosde sus inventos anteriores ninguna perspectiva comer-cial En su autobiografıa Gabor senala que su invencionde la holografıa habıa sido un ejercicio de serendip-ity [22] ldquodon de descubrir cosas sin proponerselordquo undescubrimiento cientıfico afortunado e inesperado re-alizado accidentalmente El objetivo original era con-seguir una mejora del microscopio electronico lo que ensu momento no tuvo ningun exito y solo en la decada de1990 llego a realizarse de forma practica Sin embargotras la invencion del laser su idea original dio lugar ainnumerables aplicaciones cientıficas y tecnologicas enareas muy diferentes todas ellas impensables para Ga-bor ademas de proporcionar un nuevo medio para elarte

42 La ldquofotografıa de ondasrdquo de Denisyuk

Como ya se ha senalado en 1958 los investigadores quehabıan iniciado los primeros trabajos sobre la recons-truccion del frente de onda ya la habıan abandonadocompletamente y habıan cambiado de campo de inves-tigacion Mientras Gabor ya era catedratico en el Im-perial College de Londres y estaba estudiando proble-mas relacionados con la fusion nuclear al tiempo queescribıa sobre las relaciones entre la ciencia y la so-ciedad su equipo de la companıa britanica de inge-nierıa electrica estaba ahora centrado en la mejora deldiseno de sus microscopios electronicos comerciales Sinembargo aproximadamente por esas fechas el conceptode reconstruccion del frente de onda de Gabor estabasiendo reinventado en un contexto diferente por YuriDenisyuk (1927-2006) (Fig 9) un investigador que tra-bajaba de forma aislada y que estaba realizando unaserie de estudios similares en el centro de investigacionoptica mas importante de la antigua Union Sovieticael Instituto Estatal de Optica Vavilov en Leningrado[20 26]

Figura 9 - Yuri Denisyuk (1927-2006) con su retrato holograficode reflexion (H J Caulfield Ed The Art and Science of Holog-raphy A Tribute to Emmett Leith and Yuri Denisyuk SPIEPress Bellingham 2003)

En 1954 y bajo la supervision de Alexander ElkinDenisyuk comenzo a trabajar en el campo de la in-strumentacion optica para la armada sovietica y en1958 decidio doctorarse por lo que Elkin le permitiodedicar parte de su tiempo a llevar a cabo investiga-ciones para que pudiera realizar su tesis doctoral bajola direccion de Eugenii Iudin otro colega del labora-torio [20] Aunque Iudin fallecio pocos meses despuesdurante los anos siguientes Denisyuk fue capaz de con-tinuar su tesis doctoral sin contar con un director detesis y bajo la unica supervision de Elkin quien leproporcionaba cierto material para seguir realizandolas experiencias de laboratorio que el propio Denisyukdisenaba En sus investigaciones iniciales sobre holo-grafıa Denisyuk se inspiro tras la lectura del libro deciencia ficcion Star Ships del escritor ruso Efremov Elpropio Denisyuk escribio en una ocasion que uno de losepisodios de este libro le impresiono profundamente [2026] En este unos arqueologos mientras trabajaban enuna excavacion encontraron accidentalmente una ex-trana placa Tras limpiar su superficie y detras de unacapa completamente transparente aparecio una caramirandolos La cara estaba aumentada por medio dealgun procedimiento optico tenıa tres dimensiones y ungran realismo sobre todo en sus ojos A Denisyuk se leocurrio la idea de crear tales fotografıas por medio de laoptica moderna lo que anos mas tarde consiguio medi-ante lo que se conoce como holograma de reflexion Estetipo de hologramas que recibieron el nombre de su in-ventor holograma de Denisyuk presentan la propiedadde que su reconstruccion se hace con luz blanca

Para fabricar sus hologramas Denisyuk hacıa in-cidir las ondas objeto y referencia por las caras opues-tas de la placa fotografica (Fig 10) El objeto lo situ-aba junto a una de las caras de la placa e iluminaba laotra cara con un haz de luz filtrado proveniente de unalampara de mercurio La onda luminosa tras atravesarla placa incide sobre el objeto y la onda reflejada poreste interfiere con la onda incidente dando lugar a unpatron de ondas estacionarias que puede ser registrandoen la placa fotografica Esta placa una vez revelada seilumina con un haz de reconstruccion de luz blanca yel objeto aparece en su posicion original y aproximada-mente del mismo color que el de la luz empleada enel registro En 1962 publico su descubrimiento bajo elnombre de fotografıa de ondas Las fuentes luminosasque disponıa Denisyuk eran lamparas de mercurio porlo que sus hologramas eran de objetos con poca pro-fundidad como espejos convexos con grandes radios decurvatura Mas adelante Denisyuk lamentaba no haberutilizado objetos con relieve como monedas ya que enese caso habrıa demostrado la posibilidad de utilizar sutecnica para formar imagenes de objetos tridimension-ales lo que desde luego habrıa proporcionado un mayorexito a sus investigaciones [26]

Tras completar su tesis doctoral en 1961 Denisyukvolvio a sus antiguas investigaciones sobre instru-

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mentacion optica siendo muy limitadas sus oportu-nidades para continuar su trabajo sobre fotografıa deondas [26] por lo que la investigacion en esta tecnicalanguidecio en la Union Sovietica en los anos siguientesy para sus contemporaneos la conexion de su trabajocon la reconstruccion del frente de onda de Gabor eramarginal siendo ambos esquemas esteriles y sin posi-bles aplicaciones La fotografıa de ondas de Denisyukrecibida al principio con gran escepticismo e incluso concierto menosprecio [27] jugo un papel trascendental enla evolucion futura de la holografıa Las investigacionesde Denisyuk no fueron conocidas fuera de las fronterasde la antigua Union Sovietica hasta finales de la decadade 1960 y su posicion cambio como la de Gabor gra-cias a los trabajos de Leith y Upatnieks aunque nofue hasta 1970 cuando sus contribuciones obtuvieron elreconocimiento mundial

Figura 10 - Registro y reconstruccion de un holograma de re-flexion (YN Denisyuk ldquoMy way in Holographyrdquo Leonardo 25425 (1992) Dibujo original de Yuri Denisyuk)

43 La ldquofotografıa sin lentesrdquo de Leith

Cuando Gabor pronuncio su discurso con motivo de laconcesion del premio Nobel indico que ldquohacia 1955 laholografıa entro en una larga hibernacion hasta la in-vencion del laser a comienzos de los anos sesentardquo [2022] Sin embargo esta afirmacion no es correcta Em-mett Leith (1927-2005) (Fig 11) el tercer personajede esta historia senalo que era erroneo pensar que lainvestigacion en holografıa habıa desaparecido en el pe-riodo comprendido entre 1955 y 1962 sino que en ciertosentido se realizaba de forma ldquoclandestinardquo en dos lab-

oratorios distintos [13 20] Uno de tales ambientes to-talmente invisibles para occidente era el Instituto Vav-ilov de Leningrado en la antigua Union Sovietica en elque Denisyuk trabajaba es su fotografıa de ondas Elotro era un laboratorio clasificado de la Universidad deMichigan cerca de Ann Arbor en los Estados Unidosen el que Leith llevo a cabo la tercera formulacion in-dependiente de la holografıa

Figura 11 - Emmett Leith (1927-2005) (AIP Emilio Segre VisualArchives Physics Today Collection)

Leith habıa entrado en 1952 en este laboratorio paratrabajar en un programa militar secreto relacionadocon el radar de apertura sintetica denominado ProyectoMichigan [19 20 28 29] y durante 1955 y 1956 Leithreformulo la teorıa del radar de apertura sintetica enterminos de la optica fısica y penso registrar sobreuna pelıcula fotografica la informacion de las ondas deradar reflejadas por un objeto para poder reconstruir-las posteriormente mediante metodos opticos Mientrasanalizaba las matematicas que habıa detras del pro-ceso comprobo que en las fotografıas estaba realmenteregistrando un patron interferencial de ondas de radarLeith acababa de reinventar la holografıa En esos dosprimeros anos Leith desarrollo una teorıa completa dela holografıa en la region de las microondas [20 28] y enoctubre de 1956 conocio el trabajo de Gabor a traves deun artıculo publicado por Kirkpatrick y El-Summ [30]comprobando este trabajo tenıa relacion con sus inves-tigaciones sobre radar [20] En el ano 1960 Juris Up-atnieks (1936-) (Fig 12) un joven ingeniero electrico

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comenzo a trabajar con Leith y entre los dos repitieronen su laboratorio de la Universidad de Michigan al-gunos de los experimentos de Gabor primero usandocomo fuente de iluminacion una lampara de mercurio yposteriormente un laser de He-Ne Leith y Upatniekscontaban con una ventaja respecto a Gabor y Denisyukpues a principios de la decada de 1960 ya se disponıade laseres comerciales

Figura 12 - Juris Upatnieks y Emmett Leith (AIP Emilio SegreVisual Archives Physics Today Collection)

Leith y Upatnieks idearon distintas formas de sosla-yar el problema de las imagenes dobles que tanto habıaatormentado a Gabor e idearon la tecnica del haz de re-ferencia inclinado [31] Haciendo uso de su trabajo pre-vio Leith adopto el principio del radar de observacionlateral y en sus primeros experimentos sobre holografıadesplazo el haz de referencia fuera de la direccion delhaz objeto Habıan inventado el holograma fuera deeje conocido tambien como holograma de Leith y Upa-tnieks en el que las ondas objeto y referencia inciden so-bre la misma cara de la placa fotografica pero formandoun cierto angulo entre sı Con ayuda de este nuevo es-quema de registro las imagenes virtual y real quedanseparadas angularmente en la etapa de reconstrucciony se resuelve el problema de Gabor de las imagenesdobles Esta tecnica de holografıa fuera de eje (Fig 13)tuvo un enorme impacto y fue crucial para el avancede la holografıa como una tecnologıa realmente util Amediados de 1963 Leith y Upatnieks publicaron sus re-sultados bajo el nombre de fotografıa sin lentes [32]

En los primeros hologramas fuera de eje que re-alizaron Leith y Upatnieks utilizaron objetos bidimen-sionales textos en color negro sobre fondo blancotextos transparentes sobre fondo negro y fotografıasen blanco y negro En diciembre de 1963 muchosperiodicos americanos como el New York Times y elWall Street Journal publicaron la noticia de la nueva

tecnica de Leith y Upatnieks incluyendo fotografıastanto de los hologramas (una simple imagen borrosairreconocible) como de las imagenes holograficas [20]

El viernes 3 de abril de 1964 en la ultima sesionde la reunion de la Sociedad Americana de Optica cel-ebrada en un hotel de Washington Upatnieks presentosu nuevo trabajo sobre hologramas de objetos tridimen-sionales [20] Al finalizar los quince minutos que durosu exposicion anuncio a los asistentes que podıan verun holograma de un objeto tridimensional en el halldel hotel Se trataba del holograma titulado Train andBird (Fig 14) Cuando se iluminaba el holograma con-venientemente con la luz del laser aparecıa una imagentridimensional que tenıa todas las propiedades del ob-jeto original No fue la charla de Upatnieks sino la ob-servacion de este holograma lo que realmente impacto atodos los asistentes a la reunion Podemos imaginarnosuna larga cola de especialistas en optica esperando conansiedad a que les llegara su turno Todos ellos esta-ban confundidos y a la mayorıa les resultaba imposiblecreer lo que estaban viendo el pequeno tren de jugueteparecıa real detras de la placa fotografica como si real-mente estuviera allı [20 33-35] Muchos preguntaronldquoiquestdonde esta el trenrdquo a lo que Leith contesto ldquolamentotener que decirlo el tren esta de vuelta en Ann Arborrdquo[36] Combinando la luz del laser con la tecnica fuera deeje habıan abierto el mundo de la holografıa al mundoreal de los objetos tridimensionales

Figura 13 - (a) Ona proveniente de un objeto (b) Registro y (c)reconstruccion del holograma fuera de eje del objeto

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Figura 14 - Fotografıa de la imagen de uno de los primeros holo-gramas de transmision de un objeto tridimensional (E N Leithy J Upatnieks ldquoWavefront reconstruction with diffused illumi-nation and three-dimensional objectsrdquo J Opt Soc Am 541295-1381 1964 [37] Figura cortesıa de Juris Upatnieks) Eltren original del que se hizo el holograma puede verse en la Fig12 justo delante de Upatnieks

44 La ldquoexplosionrdquo holografica

En las casi dos decadas transcurridas desde 1947 y 1964la holografıa era un collage construido desde distintasperspectivas [13 20] El concepto de reconstruccion delfrente de onda de Gabor como una nueva forma de mi-croscopıa que habıa interesado solo a unos pocos inves-tigadores y luego fue abandonado la fotografıa de on-das de Denisyuk como una forma de obtener imagenestridimensionales a partir de la fotografıa de Lippmanque inicialmente convencio a pocos cientıficos y la fo-tografıa sin lentes de Leith y Upatnieks formuladatomando como punto de partida la teorıa de la comu-nicacion a partir de investigaciones relacionadas con elradar de apertura sintetica La vision excitante en 1964del holograma tridimensional de Leith y Upatnieks re-activo de ldquoforma explosivardquo el interes por la holografıaCientos de investigadores empezaron a relacionar es-tos tres trabajos realizados de forma independiente yen los anos siguientes a la presentacion del hologramadel tren se publicaron mas de mil artıculos cientıficossobre el registro de hologramas con laser [38] lo quecontrasta con los apenas cincuenta trabajos publica-dos entre 1947 y 1955 Era necesario sin embargobuscar una denominacion unica para este nuevo campoque englobara lo que antes se habıa conocido de tresformas distintas reconstruccion del frente de onda fo-tografıa de ondas y fotografıa sin lentes No esta claroquien acuno el termino ldquoholografıardquo para designar aesta nueva area ya que hay varios investigadores quereclamaron la paternidad del mismo Lo cierto es quela holografıa un campo con un potencial intelectualy comercial extraordinario habıa nacido Es evidenteque la terminologıa cientıfica tiene un gran impacto yno solo a nivel cientıfico sino tambien social filosoficoe incluso economico [39] por lo que la denominacionholografıa para esta lsquonueva cienciarsquo una unica palabra

tenıa todas las de ganarEn 1966 George Stroke (1924-) tambien profesor de

la Universidad de Michigan publico An Introduction toCoherent Optics and Holography [40] el primer libroen el que se exponıan los fundamentos teoricos de lanueva tecnica Se vendieron 3665 copias solo duranteel primer ano un numero respetable para un texto deestas caracterısticas y hasta 1999 habıan sido mas decincuenta mil los ejemplares vendidos [41] Hasta el ano2000 se habıan publicado mas de veinte mil artıculossobre holografıa en revistas especializadas y presentadomas de diez mil comunicaciones en congresos siete milpatentes miles de libros y un numero similar de tesisdoctorales [20]

La primera exposicion de holografıa artıstica tuvolugar en Michigan en 1968 y la segunda en NuevaYork en 1970 mientras que en 1971 comenzo una es-cuela de holografıa en San Francisco la primera en laque cientıficos ingenieros y artistas podıan aprender lanueva tecnica [36] De este modo la holografıa se con-virtio en un ejemplo inusual de campo cientıfico en elque participaron en su desarrollo grupos de personasde muy distinta procedencia desde fısicos e ingenieroshasta artistas [42 43]

La explosion holografica originada gracias a los tra-bajos de Leith y Upatnieks y de otros investigadores dela Universidad de Michigan centro de referencia de laholografıa mundial a mediados de la decada de 1960[20] tambien rehabilito la figura de Gabor que paso deser practicamente un desconocido a estar a finales de losanos sesenta en la lista de los candidatos al premio No-bel La Real Academia Sueca de las Ciencias anunciola concesion del premio Nobel de Fısica a Dennis Ga-bor en 1971 ldquopor la invencion y desarrollo del metodoholograficordquo (Fig 15)

Figura 15 - Galardonados con los premios Nobel de 1971 Deizquierda a derecha Simon Kuznets (economıa) Pablo Neruda(literatura) Earl Sutherland (fisiologıa y medicina) GerhardHerzberg (quımica) y Dennis Gabor (fısica) (Archivo fotograficodel Comite del Premio Nobel)

Gabor consciente de que los trabajos realizados porotros muchos investigadores habıan jugado un papelfundamental en esta concesion finalizo la leccion quepronuncio con motivo de dicha concesion expresando su

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mas sincero agradecimiento a todos ellos que le habıanayudado con su trabajo a conseguir los mas altos hon-ores cientıficos [23]

En esta revision de los orıgenes y desarrollo de laholografıa no podemos a Stephen Benton (1941-2003)(Fig 16) cientıfico del Instituto Tecnologico de Massa-chussets (MIT) [44] que es otro de los investigadoresque mas ha influido en el desarrollo y difusion de laholografıa En 1968 cuando contaba con 27 anos de-sarrollo un tipo de holograma conocido como hologramade arco iris o de Benton [45] que tiene gran importan-cia al tratarse de un holograma de transmision que nonecesita del laser para su reconstruccion sino que sepuede ver con luz blanca creando una imagen en col-ores en funcion del angulo con el que se observa aunquepara ello se sacrifica el paralaje vertical manteniendosolo el horizontal lo cual no tiene mucha importanciaEn cualquier caso el aspecto mas importante es que elholograma de arco iris permite la produccion masivade hologramas utilizando la tecnica de ldquoestampadordquo(embossing en ingles) en plastico aluminizado siendoposible duplicar el holograma millones de veces con unbajo coste Estos hologramas se utilizan en sistemasde seguridad y la primera vez que aparecieron en docu-mentos de este tipo fue en tarjetas de credito en 1983El holograma de arco iris de un aguila aparecio en laportada de la revista National Geographic de marzo de1984 lo que supuso la distribucion de once millones dehologramas en todo el mundo Benton es una piezaclave en el desarrollo de la holografıa moderna y nosolo por sus contribuciones cientıficas y tecnologicassino que tambien destaca su faceta artıstica Bentonsenalo en una ocasion que ldquola creatividad no pertenecesolamente al dominio del arte existe en todas las areasde nuestra existencia y uno de los aspectos mas intere-santes del medio emergente que es la holografıa es larelacion simbiotica que se da entre las ciencias y lasartesrdquo [46]

Figura 16 - Stephen Benton (1941-2003) (Special Issue Trib-ute to Professor Stephen A Benton Holography-SPIErsquos Interna-cional Technical Working Group 15 (2004) Fotografıa de RDRallison)

5 Algunas aplicaciones de la holografıa

En 1986 Leith senalo que ldquola holografıa por sı mismapuede parecer un campo de investigacion no muy am-plio pero si la combinas con otros campos conseguirasun area lo suficientemente grande para poder dedi-carle toda una vidardquo [43] y prueba de ello es que latecnica holografica ha proporcionado y sigue proporcio-nando innumerables aplicaciones en multitud de cam-pos cientıficos y tecnologicos Entre ellos podemosmencionar la interferometrıa holografica [47] que per-mite analizar las deformaciones de un objeto debidasa esfuerzos vibraciones o variaciones de temperaturavisualizar los modos de vibracion de altavoces instru-mentos musicales o complejas estructuras o realizar en-sayos no destructivos Fueron Powell y Stetson (miem-bros del Grupo de Optica de la Universidad de Michi-gan) los que en 1964 descubrieron de forma accidentallas franjas de interferencia en el holograma de un ob-jeto deformado [20] aunque ese mismo ano tambienLeith y Upatnieks por un lado y Hildebrand y Haines(tambien de la Universidad de Michigan) por otro sedieron cuenta de las posibilidades de la holografıa eninterferometrıa [20] La Fig 17 muestra el estudio me-diante interferometrıa holografica en tiempo real de ladistribucion de temperatura en el interior de una bom-billa [48] A lo largo de las lıneas que aparecen en elinterferograma la temperatura es constante

Figura 17 - Estudio mediante interferometrıa holografica de ladistribucion de temperatura en el interior de una bombilla [8]

1602-12 Belendez

La holografıa tambien se ha aplicado al analisis departıculas [49] microscopicas siendo posible analizarsu tamano posicion desplazamiento y velocidad Per-mite estudiar desde aerosoles hasta el plancton marinoe incluso se ha utilizado para analizar la dinamica departıculas microscopicas y el crecimiento de cristales encondiciones de microgravedad mediante experimentosrealizados a bordo del trasbordador espacial Discoveryen los que se registraron mas de mil hologramas [50]

Tambien se fabrican elementos opticos holograficos[51] como lentes espejos redes de difraccion y otros dis-positivos mas complejos como concentradores solaresinterconectares de fibras opticas scanners con los quese leen los codigos de barras o los visores que utilizanlos pilotos de aviones conocidos como head-up displaysy cuya funcion es formar la imagen en el infinito de lainformacion presentada en una pantalla y superponerlacon los objetos observados en el mundo exterior

Se pueden obtener hologramas generados por orde-nador siendo posible realizar figuras geometricas en elespacio o representar objetos en vıas de fabricacion sinque sea necesario construir modelos Estos hologramasson solo una parte de un campo mas amplio conocidocomo holografıa digital [52]

Los hologramas de seguridad [53] son quizas la apli-cacion mas importante de la holografıa desde el puntode vista comercial La dificultad tecnica que tiene la re-alizacion de algunos hologramas y el hecho de que solocon medios tecnicos complejos y sofisticados sea posi-ble producir en serie copias de un holograma originalhan hecho de la holografıa una tecnica adecuada parasistemas de seguridad como los utilizados en tarjetasde credito billetes de banco (Fig 18) documentos deidentidad o etiquetas de productos comerciales inclui-dos algunos productos farmaceuticos que se comercial-izan en el sudeste asiatico donde la venta de medicinasilegales esta muy extendida [54]

Figura 18 - Hologramas de seguridad de billetes

En nuestra sociedad dominada por las tecnologıas

de la informacion la utilizacion de la holografıa en elalmacenamiento de informacion es una de las aplica-ciones que presentan en estos momentos mas futuro einteres [55 56] Mediante el multiplexado se puede reg-istrar un gran numero de hologramas en una mismaplaca y posteriormente es posible recuperar la infor-macion separadamente Este es el principio de lasmemorias holograficas [57] en las que se puede almace-nar en poco espacio una gran cantidad de informacionAunque las mayores dificultades tecnicas para llevarla ala practica han estado relacionadas con la obtencion deun material de registro adecuado ya se han fabricadolos primeros prototipos de sistemas de almacenamientoholografico con discos holograficos con una capacidadde almacenamiento de 300 Gb el equivalente a mas desesenta DVDs en un solo disco y se sigue investigandopara obtener mayores capacidades de almacenamientoincluso del orden del Tb

En cuanto a la idea original de Gabor de utilizarla holografıa en la mejora de la calidad de imagen delmicroscopio electronico hubo que esperar casi cuarentaanos para poder disponer de haces coherentes de elec-trones que hicieran posible llevar a cabo esta aplicacion[58]

En el ano 1968 se publico en la revista Leonardoun artıculo en el que se senalaba la posibilidad deutilizar la holografıa como una nueva forma de arte[59] y algunos artistas se adentraron en la aventuraholografica como Salvador Dalı que realizo en 1972una exposicion que incluıa hologramas en la GalerıaKnoedler de Nueva York a la que asistio el propio Ga-bor Casi simultaneamente Harriet Casdin-Silver [60-62] en Estados Unidos Margaret Benyon [63-65] enGran Bretana y Carl Frederich Reutersward [66] enSuecia iniciaban su andadura en el intento de utilizarla holografıa con fines creativos [67] Casdin-Silver seinicio en el MIT bajo la tutela de Benton mientras queReutersward fue asistido tecnicamente por cientıficossuecos como Nilsson Abramson o Bjelkhagen [20] loque es una prueba mas de la colaboracion entre artistasy cientıficos en el campo de la holografıa Es evidenteque la caracterıstica de la holografıa que inicialmente seimpone con mas fuerza es su capacidad de reproducirimagenes tridimensionales de gran realismo a veces tanautentico como el de los objetos realmente existentes[67] Este efecto es sin duda especialmente sorprendenteen aquellos hologramas en los que la imagen reconstru-ida ldquoflotardquo en el aire saliendose de la placa holograficasin que seamos capaces asir con nuestras manos los ob-jetos que aparentemente estan ahı ante nuestros ojos[67] (Fig 19) Es evidente por tanto que la holografıaposee un innegable interes como una de las tecnicas masrevolucionarias de creacion de imagenes tridimension-ales y su capacidad de atraccion-fascinacion es enorme[2 68]

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Figura 19 - Fotografıa del holograma de reflexion de una camarafotografica antigua (Deutsches Museum Munich Alemania) Fo-tografıa de A Belendez

Frente al espacio estatico y constante de la pin-tura o la fotografıa el espacio holografico implica elmovimiento del espectador y una variacion de la imagenen tanto en cuanto se producen angulos de vision distin-tos en la percepcion dinamica de la imagen holografica[2 68] Lejos de ser una ventana fija abierta a un es-pacio fijo el holograma actua en este caso como unaventana con memoria [13 68] En la Fig 20 se mues-tran tres fotografıas de una misma placa holografica enel que hay multiplexados tres hologramas que puedenobservarse mirando desde la izquierda el frente y laderecha de la placa

Ha habido ademas un gran numero de artistas quehan explorado las posibles interacciones de la holografıacon otros medios como la pintura la escultura la fo-tografıa etc [67] y tambien goza cada vez mas de fa-vor la integracion de la holografıa en entornos arqui-tectonicos [69] tendencia que se ve favorecida por lamejora de la tecnica en la obtencion de hologramas degran formato como por ejemplo los hologramas de luzblanca del hall de la Universidad de Bremen Alemaniautilizados para la distribucion de la luz del Sol [70]

Tambien es posible realizar retratos holograficos yel primero de ellos fue realizado en Michigan la noche deHalloween de 1967 y fue un autorretrato de LawrenceSiebert [71] Utilizando laseres pulsantes es posible re-alizar retratos holograficos pues la alteracion de la es-cena a registrar es practicamente nula durante el tiempode duracion del pulso Un retrato holografico historicoes el holograma de transmision de Gabor [72] realizadoen 1971 con motivo de la concesion del Premio Nobel(Fig 21)

Figura 20 - Tres fotografıas de la misma placa holografica enla que hay multiplexados tres hologramas de reflexion obser-vando desde (a) la izquierda (b) el frente y (c) la derecha de laplaca (Deutsches Museum Munich Alemania) Fotografıas deA Belendez

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Figura 21 - Dennis Gabor junto con su retrato holografico real-izado en 1971 por R Rhinehart de la McDonell Douglas Elec-tronics Corporation (The MIT Museum ndash Holography Collectionfrom the Museum of Holography)

La holografıa tambien se utiliza en los museos parasustituir algunos de sus objetos delicados y valiosospor hologramas de los mismos Este es por ejemploel caso del Hombre de Lindow una momia de masde 2300 anos de antiguedad encontrada en CheshireInglaterra en 1984 El original se encuentra en unacamara del Museo Britanico en Londres con temper-atura y humedad controladas mientras que se hizo unholograma de la momia tanto para exponerlo al publicocomo para que distintos investigadores pudieran estudi-arla La realizacion de hologramas de piezas valiosas hahecho posible que estas puedan observarse en lugaresdistintos de los que realmente se encuentran Holo-gramas del tipo Denisyuk se utilizaron en la antiguaUnion Sovietica y en otros paıses para la conservacionde obras de arte consideradas tesoros arqueologicosa traves de un vasto programa de colaboracion entrefısicos y museologos De hecho en muchas ocasionesse hace uso de la tecnica de Denisyuk para sustituirlos objetos originales por hologramas en exposicionesitinerantes Por ejemplo el Museo de Holografıa deParıs dispone de colecciones con una riqueza y diver-sidad unicas contiene hologramas gigantes algunos deellos visibles con luz blanca y otros con luz del laserjunto con una importante coleccion de representacionesholograficas de obras que se encuentran expuestas en elMuseo del Hermitage de San Petersburgo y en el MuseoHistorico de Kiev [2] Entre las piezas de que dispone seencuentra un holograma del sable de Napoleon y otrodel baston del mariscal Davout A mediados de losanos ochenta se realizaron una serie de hologramas dereflexion sobre el tesoro de Villena en la Universidad deAlicante Espana (Fig 22) [48]

Mediante la utilizacion de tres laseres con longitudesde onda en las zonas de los tres colores primarios [2 73]la tecnica de Denisyuk permite el registro y la recon-struccion de imagenes en color con una calidad impens-able La fidelidad en la reproduccion de formas coloresy brillos es tan espectacular que es difıcil decir si lo quese ve es el objeto mismo detras de una ventana de vidrio

o una reproduccion holografica

Figura 22 - (a) Fotografıas de hologramas de reflexion del Tesorode Villena y (b) detalle de uno de ellos (hologramas realizados porel Dr Jose Antonio Quintana Centro de Holografıa Universidadde Alicante 1984)

Para terminar senalar que la holografıa puede apli-carse utilizando una gran parte del espectro electro-magnetico desde imagenes con microondas y radarpasando por los infrarrojos el espectro visible y laradiacion ultravioleta hasta los rayos X Tambien sepueden utilizar haces de electrones o neutrones e in-cluso ondas sonoras Existen hologramas artısticos re-tratos holograficos hologramas en color y tambien seencuentran hologramas en las tiendas de regalos en li-bros en museos en tarjetas de felicitacion o en sellosde correos Los hologramas de seguridad son un grannegocio las tarjetas de credito generan cientos de mil-lones de hologramas al ano o quizas mas y algo parecidosucede con los billetes de banco hay hologramas en lasetiquetas de ciertos productos e incluso ya se han in-

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cluido hologramas en ropa deportiva para asegurar suautenticidad y distinguirla de las imitaciones La inter-ferometrıa holografica es una tecnica que se aplica enareas muy diversas los elementos opticos holograficosse emplean es sistemas opticos muy variados el almace-namiento holografico de informacion es ya una realidady la holografıa aparece tambien en investigaciones defısica fundamental como la teorıa de la relatividad o lafısica cuantica

Trascurridos sesenta anos desde su invencion y a pe-sar de sus erraticos inicios la holografıa ha demostradotener un gran pasado y un magnıfico presente perodesde luego lo innegable es que sigue teniendo un fu-turo prometedor [74]

Agradecimientos

Deseo expresar mi mas sincero agradecimiento al DrJuan Ramon Rivera Vicerrector de Relaciones Insti-tucionales de la Universidad de Alicante (UA) en elmomento de la lectura de la leccion inaugural y al Ser-vicio de Protocolo de la UA por el apoyo y colabo-racion prestados durante la preparacion de la leccionTambien quiero agradecer a la Dra Inmaculada Pas-cual Catedratica de Optica de la UA el haber leıdo ycorregido en mas de una ocasion el manuscrito originalası como sus sugerencias y comentarios que indudable-mente mejoraron el texto inicial de la leccion Final-mente agradezco al Dr Sean F Johnston de la Univer-sidad de Glasgow el haberme enviado copia de variosde sus artıculos relacionados con el origen y desarrollode la holografıa

Referencias

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comcwsarticleprint9746) salto a las paginas deThe New York Times La belleza de estos experimen-tos radica quizas en que su denominador comun esla maxima simplicidad de medios para su realizacion yla gran capacidad de cambiar el planteamiento domi-nante que ofrecieron sus conclusiones El orden del re-sultado de la encuesta por numero de votos fue el sigu-iente interferencia de los electrones al pasar por unadoble rendija (Bohr De Broglie Heisenberg y otros)caıda libre de los cuerpos (Galileo) determinacion dela carga del electron (Millikan) descomposicion de laluz del Sol por un prisma (Newton) interferencia dela luz de la doble rendija (Young) medida de la con-stante de la gravitacion universal con una balanza detorsion (Cavendish) medida de la circunferencia de laTierra (Eratostenes) caıda de los cuerpos en planos in-clinados (Galileo) descubrimiento del nucleo atomico(Rutherford) y movimiento de la Tierra (el pendulo deFoucault) El experimento que quedo en el undecimolugar fue el principio de Arquımedes de la hidrostatica

[8] M Lozano De Arquımedes a Einstein Los DiezExperiementos mas Bellos de la Fısica (DebateBarcelona 2005)

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1602-2 Belendez

holografıa abarca areas de investigacion muy ampliasa la vez que muy distintas por lo que resulta imposiblepresentar todas ellas en este artıculo Por esta razonse va a limitar el contenido del mismo solo a los sigu-ientes aspectos En primer lugar se hara mencion alos fundamentos fısicos de la holografıa es decir a lainterferencia ya la difraccion ası como a los procesosinvolucrados en el registro y la reconstruccion de unholograma En segundo lugar se hara una revision delos orıgenes y posterior desarrollo de la holografıa inci-diendo en la forma en que sus tres principales protago-nistas Gabor Denisyuk y Leith pusieron los cimientossobre los que comenzo a edificarse la holografıa Final-mente se mostraran algunas de las aplicaciones de laholografıa en diversas parcelas de la ciencia el arte y latecnologıa

2 Interferencia y difraccion

Como senala Saxby en su libro ldquoPractical holographyrdquo[3] ldquopara un fısico un holograma es el registro de lainteraccion de dos ondas coherentes provenientes defuentes puntuales y monocromaticas en la forma deun patron microscopico de franjas interferenciales paraun lego en fısica pero quizas bien informado es unapelıcula fotografica o placa que ha sido expuesta a la luzdel laser y procesada de modo que al ser iluminada ade-cuadamente produce una imagen tridimensional paraalguien menos informado la holografıa es solo algun tipode fotografıa tridimensionalrdquo Es cierto que tanto lafotografıa convencional como la holografıa hacen usode una pelıcula fotografica u otro material fotosensi-ble pero quizas sea solo esto lo que ambas tienen encomun La fotografıa y la holografıa producen la im-agen de forma completamente diferente y no resultaposible describir en los mismos terminos el modo enque se forman los dos tipos de imagenes la fotograficay la holografica ya que para explicar la formacion dela imagen holografica es necesario recurrir a los concep-tos de interferencia y difraccion ambos caracterısticosde las ondas [4-6] Es evidente por tanto que los fun-damentos fısicos sobre los que se sustenta la tecnicaholografica hay que buscarlos en la naturaleza ondula-toria de la luz demostrada de forma convincente hacia1801 por un medico ingles llamado Thomas Young (Fig1) con uno de los ldquoexperimentos mas bellos de la fısicardquo[7 8] el de la interferencia de la doble rendija tambienconocido como ldquoel experimento de Young de la doblerendijardquo [4] Gracias a su mente independiente y tenazYoung pudo probar con este experimento la naturalezaondulatoria de la luz en contraposicion a la naturalezacorpuscular promovida nada mas y nada menos quepor un cientıfico de tanto peso y renombre como eraIsaac Newton (1642-1727) [6]

Figura 1 - Thomas Young (1773-1829)

Desde el siglo XVII coexistieron dos teorıas sobre lanaturaleza de la luz la teorıa corpuscular avalada porNewton y la teorıa ondulatoria defendida por Chris-tian Huygens (1629-1695) (Fig 2) Desde los tiemposde Newton hasta los primeros anos del siglo XIX lateorıa corpuscular de la luz gozo del favor de la mayorparte de los entonces conocidos como ldquofilosofos de lanaturalezardquo basicamente por la autoridad de NewtonDe hecho el gran peso que tenıa su opinion cayo comouna losa sobre la teorıa ondulatoria durante el sigloXVIII aplastando a sus partidarios [4 9]

Figura 2 - Christian Huygens (1629-1695)

1602-3

Sin embargo entre los anos 1801 y 1803 Youngpresento unos artıculos ante la Royal Society exaltandola teorıa ondulatoria de la luz y anadiendo a ella unnuevo concepto fundamental el principio de interfer-encia Cuando se superponen las ondas provenientesde dos fuentes luminosas puntuales sobre una pantallacolocada paralela a la lınea de union de los dos orifi-cios se producen franjas claras y oscuras regularmenteespaciadas Este es sin duda el primer experimentoen el que se pone de manifiesto que la superposicion deluz puede producir oscuridad Este fenomeno se conocecomo interferencia (Fig 3) y con este experimento secorroboraron las ideas intuitivas de Huygens en relacional caracter ondulatorio de la luz

Figura 3 - Diagrama de Young de un patron de interferencia pro-ducido por una serie de ondas procedentes de dos fuentes distintas[7]

Una condicion esencial para que se produzcan in-terferencias es necesario que la luz sea coherente Parapoder tener un diagrama de interferencia entre dos omas ondas es necesario que las ondas sean tales que ten-gan la misma frecuencia y mantengan una diferencia defase constante es decir que provengan de fuentes de luzcoherentes por lo que la coherencia de la luz es una me-dida de su capacidad para producir interferencias Haydos tipos de coherencia temporal y espacial La luz queno posee ambas no puede producir interferencias apre-ciables La coherencia espacial esta relacionada con lamonocromaticidad mientras que la coherencia espaciales en cierto modo una medida del tamano del foco lu-minoso siendo maxima si el foco luminoso es puntualLa luz blanca emitida por una bombilla o por un tubofluorescente no es coherente y su longitud de coheren-cia es de menos de una decima de micra sin embargola luz de un laser sı es coherente siendo posible fab-ricar laseres con longitudes de coherencia de cientos demetros

Al igual que Young fue el responsable delresurgimiento de la teorıa ondulatoria de la luz enInglaterra Augustin Fresnel (1778-1827) (Fig 4) lofue en Francia [6] Ajeno en un principio a los trabajosrealizados por Young varios anos antes Fresnel sinte-tizo los conceptos de la teorıa ondulatoria de Huygens yel principio de interferencia y analizo el fenomeno de ladifraccion tambien caracterıstico del movimiento ondu-latorio que se presenta cuando una onda es distorsion-ada por un obstaculo El principio de Huygens-Fresnel

permite calcular los diagramas de difraccion producidostanto por obstaculos como por aberturas siendo posibledecir que este principio lleva a la siguiente conclusionldquola luz se difracta y la interferencia esta en el corazondel procesordquo [4]

Figura 4 - Augustin Jean Fresnel (1778-1827)

3 La tecnica holografica

La fotografıa se conoce desde el siglo XIX por lo que seesta acostumbrado a observar el mundo tridimensionalcomprimido en la bidimensionalidad de la pagina deun album de fotos una revista o la pantalla de cineo de television [2] Todos estos medios comparten lalimitacion de ser solo representaciones de la intensidadde las ondas luminosas La luz que se refleja en una fo-tografıa lleva consigo informacion acerca de la amplitudde la onda que provenıa del objeto original pero no sufase Sin embargo si pudieran reconstruirse de algunmodo tanto la amplitud como la fase de la onda orig-inal la onda reconstruida resultante no se distinguirıade la onda original Cuando se observa un objeto loque llega a nuestros ojos es la onda emitida o difun-dida por el mismo Por tanto si de alguna manerase consiguiera reproducir dicha onda y esta alcanzaranuestros ojos parecerıa provenir del objeto original yserıamos capaces de ver la imagen formada en una tridi-mensionalidad perfecta exactamente como si el objetoestuviera realmente ante nosotros [2 10] Precisamenteesto es lo que puede conseguirse mediante la holografıaque consta de dos etapas denominadas registro y re-construccion Mediante el proceso de registro se alma-cena en determinados materiales fotosensibles [10-12]

1602-4 Belendez

y en forma de franjas de interferencia la informacionnecesaria para posteriormente reconstruir un frente deonda casi identico al que dio lugar a esa informacionEl material fotosensible impresionado y procesado so-porte de esta informacion constituye el holograma delgriego ldquoholosrdquo que significa la totalidad [12] Una difer-encia fundamental entre la holografıa y la fotografıa esque en aquella en vez de almacenarse la imagen bidi-mensional del objeto se almacena informacion suficientepara poder reconstruir la onda objeto misma Puededecirse que la holografıa permite ldquocongelarrdquo la ondaprocedente del objeto y posteriormente ldquoponerla otravez en marchardquo por lo que como senala Abramsonldquoun holograma es ciertamente como una ventana conmemoriardquo [13]

En la etapa de registro se hace interferir la onda emi-tida o difundida por un objeto con una onda de referen-cia conocida (Fig 5) El ldquocodigo holograficordquo consisteen ldquomezclarrdquo la onda objeto con la onda de referenciay registrar su patron interferencial en un material foto-sensible como una pelıcula fotografica dando lugar alholograma Este contiene informacion codificada tantode la amplitud como de la fase de la onda objeto Paradecodificar la informacion almacenada en el hologramay reconstruir de este modo una replica de la onda ob-jeto original en la etapa de reconstruccion se ilumina elholograma con una onda analoga a la onda de referenciautilizada en la etapa de registro Esta onda es difrac-tada por la compleja estructura de franjas almacenadaen el holograma generandose una onda imagen de car-acterısticas similares a la onda objeto original De estaforma si se mira a traves del holograma se vera unaimagen tridimensional del objeto aun cuando este yano se encuentre allı pues se dispone de su onda y esesta la que alcanza nuestros ojos Este frente de ondaimagen reconstruido es practicamente indistinguible dela onda original procedente del objeto y puede producirtodos los efectos visuales del haz primitivo

Figura 5 - Registro y reconstruccion de un holograma

4 Los distintos ldquoorıgenesrdquo de la holo-grafıa

Existe la falsa creencia popular de que la ciencia es unaempresa impersonal desapasionada y completamenteobjetiva Mientras que la mayor parte de las otras ac-tividades humanas estan dominadas por modas y capri-chos se supone que la ciencia se atiene a reglas de pro-cedimiento establecidas y pruebas rigurosas Lo quecuenta son los resultados y no las personas que los con-siguen Nada mas lejos de la realidad La ciencia comocualquier empresa humana es una actividad impulsadapor personas y esta igualmente sujeta a modas y capri-chos a pasiones y casualidades a fracasos y exitos Losinicios de la holografıa son un claro ejemplo de todo elloAunque en el devenir de la holografıa sobre todo en susprimeros anos pueden encontrarse numerosos heroes eincluso algunos villanos lo cierto es que sus principalesprotagonistas fueron tres [14-16] El primero fue Den-nis Gabor (1900-1979) un ingeniero hungaro afincadoen Inglaterra inventor de la tecnica holografica que eldenomino reconstruccion del frente de onda y por la querecibio el premio Nobel de fısica en 1971 Sin embargoesta idea no habrıa pasado de ser un white elephant [1718] un objeto superfluo y sin aplicaciones si no hu-biera sido por la aparicion de dos nuevos personajes enescena Yuri Denisyuk (1927-2006) en la antigua UnionSovietica y sobre todo Emmett Leith (1927-2005) enlos Estados Unidos Tambien fueron tres los lugares ndashy ademas muy diferentesndash en los que la holografıa diosus primeros pasos un laboratorio industrial de unaempresa de ingenierıa electrica en Rugby Inglaterraun instituto cientıfico estatal en lo que era entoncesLeningrado en la antigua Union Sovietica y un labo-ratorio de investigacion clasificado de la Universidad deMichigan que trabajaba en proyectos para el ejercito delos Estados Unidos en Willow Run cerca de Ann Ar-bor Sin embargo todavıa hay un protagonista masque no se puede dejar de mencionar pues fue el revul-sivo que reactivo la holografıa de forma ldquoexplosivardquo aprincipios de la decada de 1960 el laser uno de losmas importantes y versatiles instrumentos cientıficosTheodore Maiman (1927-2007) un fısico de los labora-torios de investigacion Hughes obtuvo el 16 de mayo de1960 su primera emision laser Poco despues Mainmantenıa listo un laser de rubı Como anecdota mencionarque Mainman envio un artıculo a una de las revistas defısica mas prestigiosas el Physical Review (hoy Phys-ical Review Letters) Sin embargo sorprendentementeel editor rechazo el artıculo Por esta razon el primeranuncio del laser aparecio en la revista britanica Na-ture en 1960 El laser es de gran importancia no solopor sus multiples aplicaciones cientıficas y tecnicas sinoporque fue un factor crucial en el renacer de la optica[19] Alrededor de 1950 precisamente en la epoca enque Gabor inicio sus trabajos sobre holografıa la opticase consideraba una disciplina con un gran pasado pero

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sin visos de tener un gran futuro Sin embargo el lasercambio esta percepcion drasticamente Junto con el re-nacer de la holografıa el laser dio lugar a un desarrollonuevo y vigoroso de la optica en campos como la op-toelectronica la optica no lineal o las comunicacionesopticas desarrollo que continua en la actualidad

41 La ldquoreconstruccion del frente de ondardquo deGabor

Dennis Gabor (Fig 6) nacio en 1900 en Budapest Deascendencia judıa su familia paterna provenıa de Ru-sia mientras que su familia materna de Espana [20 21]posiblemente de una familia de judıos sefardıes llega-dos a Hungrıa en el siglo XVIII Fueron Julio Verne yquizas el mas grande de todos los inventores ThomasEdison los ıdolos en su ninez [20] Aunque la fısicale fascinaba el joven Gabor decidio estudiar ingenierıa[20 21] Como el mismo escribio mas tarde ldquoser fısicono era todavıa una profesion en Hungrıa con un totalde media docena de catedras de fısica y iquestquien podrıahaber sido tan presuntuoso para aspirar a una de ellasrdquo[22] Gabor inicio estudios de ingenierıa mecanica en laUniversidad Politecnica de Budapest que concluyo enal Universidad de Berlın donde obtuvo el Diploma enIngenierıa Electrica en 1923 y el Tıtulo de Doctor Inge-niero en 1927 Ese mismo ano entro a trabajar en unode los laboratorios de fısica de la companıa Siemens deBerlın en la que comenzo a desarrollar algunos de susmultiples inventos Prueba de su fructıfera labor comoinventor es que realizo 62 patentes entre 1928 y 1971[21]

Figura 6 - Dennis Gabor (1900-1979) (AIP Emilio Segre VisualArchives Physics Today Collection)

Dennis Gabor forma parte de una emigracion dehungaros brillantes todos nacidos entre 1879 y 1908[20] entre los que se encontraban ademas de Gaborel biofısico Georg von Bekesy (1899-1972) ndashpremio No-bel de fisiologıa y medicinandash Theodore von Karman(1881-1963) ndashinvestigador en aerodinamicandash el pionerode la informatica John von Neumann (1903-1957) ylos fısicos nucleares Leo Szilard (1989-1964) Edward

Teller (1908-2003) ndashpadre de la bomba de hidrogenondash yEugene Wigner (1902-1995) ndashpremio Nobel de fısicandashAdemas Gabor von Karman von Neumann SzilardTeller y Wigner habıan nacido en el mismo barrio deBudapest

En 1933 y tras le llegada de Hitler al poder a Ga-bor no le fue renovado su contrato con la companıaSiemens debido a su origen judıo por lo que tuvo queabandonar Alemania Tras una breve estancia en Bu-dapest y gracias a la intervencion de su amigo el inge-niero Allibone [20] Gabor marcho a Inglaterra en 1934donde comenzo a trabajar en la British Thomson Hous-ton Company Durante la Segunda Guerra Mundial sucompanıa se dedico a desarrollar distintos dispositivospara el ejercito britanico sobre todo relacionados conel radar pero Gabor fue excluido de dichas investiga-ciones aunque podıa seguir trabajando fuera de la zonade seguridad de la empresa en la mejora del microscopioelectronico [20] Con este instrumento se habıa aumen-tado en cien veces el poder de resolucion de los mejoresmicroscopios opticos y se estaba muy cerca de resolverlas estructuras atomicas La longitud de onda de DeBroglie asociada a los electrones rapidos alrededor deuna decima de angstrom era lo bastante pequena perolos sistemas no eran lo bastante perfectos [2] Su lim-itacion estaba relacionada con la aberracion esferica delas lentes magneticas del microscopio Para resolvereste problema Gabor se planteo la siguiente preguntaldquoiquestpor que no tomar una mala imagen electronica peroque contenga la informacion lsquototalrsquo reconstruir la onday corregir por metodos opticosrdquo [23] La contestaciona esta pregunta se le ocurrio en 1947 mientras esper-aba para jugar un partido de tenis [22] y consistıa enconsiderar un proceso en dos etapas En la primeraetapa el registro con el haz de electrones del microsco-pio electronico producirıa la imagen interferencial en-tre el haz objeto y un fondo coherente (haz de refer-encia) imagen que registrarıa en una placa fotograficaAl interferograma ası obtenido lo llamo holograma dela palabra griega holos el todo ya que contiene la in-formacion total (la amplitud y la fase) de la onda ob-jeto En la segunda etapa la reconstruccion iluminarıamediante luz visible que difractada por el hologramareconstruirıa el frente de onda original y lo podrıa cor-regir para obtener una buena imagen Como ya se hasenalado anteriormente para conseguir franjas de in-terferencia contrastadas era necesario disponer de unafuente de iluminacion de gran coherencia la cual no ex-istıa en aquellos anos A pesar de ello Gabor realizoen 1948 el primer holograma utilizando en el registroy en la reconstruccion luz filtrada proveniente de unalampara de mercurio que constituıa una de las mejoresfuentes de luz coherente antes del laser El objeto queutilizo Gabor para realizar el primer holograma fue unadiapositiva circular transparente de apenas 14 mm dediametro y que contenıa el nombre de tres fısicos a losque Gabor consideraba importantes por haber puesto

1602-6 Belendez

los fundamentos fısicos de su tecnica de reconstrucciondel frente de onda Huygens Young y Fresnel Losresultados fueron presentados en Londres en una con-ferencia sobre microscopıa electronica en 1948 (Fig 7)y publicados ese mismo ano en un breve artıculo en larevista Nature de apenas dos paginas [24] En septiem-bre de 1948 el periodico New York Times publico laprimera noticia sobre esta nueva tecnica y en diciembreGabor presento una patente relacionada con la mejorade imagen en microscopıa electronica (Fig 8) [25]

Figura 7 - Poster de la conferencia de Gabor de 1948 (The MITMuseum ndash Holography Collection from the Museum of Hologra-phy)

En el ano 1949 Gabor consiguio un puesto de pro-fesor de Electronica en el Imperial College de Londresfundamentalmente gracias a la buena acogida que tuvosu tecnica de la reconstruccion del frente de onda entrecientıficos como Lawrence Bragg y Max Born ambospremios Nobel de Fısica y Charles Darwin nieto delevolucionista y Director en aquel entonces del Labora-torio Nacional de Fısica de Gran Bretana [16] En losanos siguientes la tecnica fue estudiada por unos pocosinvestigadores ademas de Gabor [20] entre ellos se en-contraban Gordon Rogers (1916-) un antiguo estudi-ante de doctorado de Lawrence Bragg Paul Kirkpratick(1894-1992) en la Universidad de Stanford en Califor-nia y sus estudiantes Albert Baez (1912-2007) (padrede las cantantes folk Joan Baez y Mimi Farina) y Hus-sein El-Sum (1925-1978) y algo mas tarde por AdolfLohmann (1928-) en Alemania El-Sum fue el que re-alizo la primera tesis doctoral sobre holografıa de la his-toria presentada en el ano 1952 Sin embargo todos el-

los solo consiguieron hologramas de imagenes pequenasy borrosas y hacia 1954 Gabor estaba sumamentefrustrado e intentando sin apenas exito convencer asus colaboradores que continuaran con las investiga-ciones que el habıa iniciado apenas siete anos antesSin embargo todos ellos habıan perdido el interes porla holografıa fundamentalmente debido a dos razonesuna relacionada con la imposibilidad de obtener resulta-dos optimos cuando aplicaban el metodo al microscopioelectronico y la otra con la segunda etapa del procesola reconstruccion optica del holograma que era clara-mente imperfecta El metodo de Gabor generaba unholograma en eje conocido como holograma de Gaborcuya calidad de imagen era bastante pobre pues unproblema basico es que al reconstruir el holograma seforman dos ondas una divergente analoga a la ondaobjeto que forma una imagen virtual detras del holo-grama y una convergente que forma una imagen realdelante del holograma conocida como imagen conju-gada Puede contemplarse la imagen virtual o la realpero siempre con la otra desenfocada como fondo

Figura 8 - Patente sobre la mejora de la resolucion del microsco-pio electronico (P Greguss ldquoDennis Gabor ndash Inventor of rdquoProc SPIE 4149 1 2000)

Entre 1948 y 1955 se publicaron unos cincuentaartıculos sobre el metodo de reconstruccion del frentede onda de Gabor y hacia 1955 tras investigar varios

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montajes opticos para intentar minimizar el efecto de laimagen conjugada Gabor abandono tranquilamente susinvestigaciones Algunos colaboradores de Gabor cali-ficaron la tecnica de reconstruccion del frente de ondacomo un white elephant no teniendo como algunosde sus inventos anteriores ninguna perspectiva comer-cial En su autobiografıa Gabor senala que su invencionde la holografıa habıa sido un ejercicio de serendip-ity [22] ldquodon de descubrir cosas sin proponerselordquo undescubrimiento cientıfico afortunado e inesperado re-alizado accidentalmente El objetivo original era con-seguir una mejora del microscopio electronico lo que ensu momento no tuvo ningun exito y solo en la decada de1990 llego a realizarse de forma practica Sin embargotras la invencion del laser su idea original dio lugar ainnumerables aplicaciones cientıficas y tecnologicas enareas muy diferentes todas ellas impensables para Ga-bor ademas de proporcionar un nuevo medio para elarte

42 La ldquofotografıa de ondasrdquo de Denisyuk

Como ya se ha senalado en 1958 los investigadores quehabıan iniciado los primeros trabajos sobre la recons-truccion del frente de onda ya la habıan abandonadocompletamente y habıan cambiado de campo de inves-tigacion Mientras Gabor ya era catedratico en el Im-perial College de Londres y estaba estudiando proble-mas relacionados con la fusion nuclear al tiempo queescribıa sobre las relaciones entre la ciencia y la so-ciedad su equipo de la companıa britanica de inge-nierıa electrica estaba ahora centrado en la mejora deldiseno de sus microscopios electronicos comerciales Sinembargo aproximadamente por esas fechas el conceptode reconstruccion del frente de onda de Gabor estabasiendo reinventado en un contexto diferente por YuriDenisyuk (1927-2006) (Fig 9) un investigador que tra-bajaba de forma aislada y que estaba realizando unaserie de estudios similares en el centro de investigacionoptica mas importante de la antigua Union Sovieticael Instituto Estatal de Optica Vavilov en Leningrado[20 26]

Figura 9 - Yuri Denisyuk (1927-2006) con su retrato holograficode reflexion (H J Caulfield Ed The Art and Science of Holog-raphy A Tribute to Emmett Leith and Yuri Denisyuk SPIEPress Bellingham 2003)

En 1954 y bajo la supervision de Alexander ElkinDenisyuk comenzo a trabajar en el campo de la in-strumentacion optica para la armada sovietica y en1958 decidio doctorarse por lo que Elkin le permitiodedicar parte de su tiempo a llevar a cabo investiga-ciones para que pudiera realizar su tesis doctoral bajola direccion de Eugenii Iudin otro colega del labora-torio [20] Aunque Iudin fallecio pocos meses despuesdurante los anos siguientes Denisyuk fue capaz de con-tinuar su tesis doctoral sin contar con un director detesis y bajo la unica supervision de Elkin quien leproporcionaba cierto material para seguir realizandolas experiencias de laboratorio que el propio Denisyukdisenaba En sus investigaciones iniciales sobre holo-grafıa Denisyuk se inspiro tras la lectura del libro deciencia ficcion Star Ships del escritor ruso Efremov Elpropio Denisyuk escribio en una ocasion que uno de losepisodios de este libro le impresiono profundamente [2026] En este unos arqueologos mientras trabajaban enuna excavacion encontraron accidentalmente una ex-trana placa Tras limpiar su superficie y detras de unacapa completamente transparente aparecio una caramirandolos La cara estaba aumentada por medio dealgun procedimiento optico tenıa tres dimensiones y ungran realismo sobre todo en sus ojos A Denisyuk se leocurrio la idea de crear tales fotografıas por medio de laoptica moderna lo que anos mas tarde consiguio medi-ante lo que se conoce como holograma de reflexion Estetipo de hologramas que recibieron el nombre de su in-ventor holograma de Denisyuk presentan la propiedadde que su reconstruccion se hace con luz blanca

Para fabricar sus hologramas Denisyuk hacıa in-cidir las ondas objeto y referencia por las caras opues-tas de la placa fotografica (Fig 10) El objeto lo situ-aba junto a una de las caras de la placa e iluminaba laotra cara con un haz de luz filtrado proveniente de unalampara de mercurio La onda luminosa tras atravesarla placa incide sobre el objeto y la onda reflejada poreste interfiere con la onda incidente dando lugar a unpatron de ondas estacionarias que puede ser registrandoen la placa fotografica Esta placa una vez revelada seilumina con un haz de reconstruccion de luz blanca yel objeto aparece en su posicion original y aproximada-mente del mismo color que el de la luz empleada enel registro En 1962 publico su descubrimiento bajo elnombre de fotografıa de ondas Las fuentes luminosasque disponıa Denisyuk eran lamparas de mercurio porlo que sus hologramas eran de objetos con poca pro-fundidad como espejos convexos con grandes radios decurvatura Mas adelante Denisyuk lamentaba no haberutilizado objetos con relieve como monedas ya que enese caso habrıa demostrado la posibilidad de utilizar sutecnica para formar imagenes de objetos tridimension-ales lo que desde luego habrıa proporcionado un mayorexito a sus investigaciones [26]

Tras completar su tesis doctoral en 1961 Denisyukvolvio a sus antiguas investigaciones sobre instru-

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mentacion optica siendo muy limitadas sus oportu-nidades para continuar su trabajo sobre fotografıa deondas [26] por lo que la investigacion en esta tecnicalanguidecio en la Union Sovietica en los anos siguientesy para sus contemporaneos la conexion de su trabajocon la reconstruccion del frente de onda de Gabor eramarginal siendo ambos esquemas esteriles y sin posi-bles aplicaciones La fotografıa de ondas de Denisyukrecibida al principio con gran escepticismo e incluso concierto menosprecio [27] jugo un papel trascendental enla evolucion futura de la holografıa Las investigacionesde Denisyuk no fueron conocidas fuera de las fronterasde la antigua Union Sovietica hasta finales de la decadade 1960 y su posicion cambio como la de Gabor gra-cias a los trabajos de Leith y Upatnieks aunque nofue hasta 1970 cuando sus contribuciones obtuvieron elreconocimiento mundial

Figura 10 - Registro y reconstruccion de un holograma de re-flexion (YN Denisyuk ldquoMy way in Holographyrdquo Leonardo 25425 (1992) Dibujo original de Yuri Denisyuk)

43 La ldquofotografıa sin lentesrdquo de Leith

Cuando Gabor pronuncio su discurso con motivo de laconcesion del premio Nobel indico que ldquohacia 1955 laholografıa entro en una larga hibernacion hasta la in-vencion del laser a comienzos de los anos sesentardquo [2022] Sin embargo esta afirmacion no es correcta Em-mett Leith (1927-2005) (Fig 11) el tercer personajede esta historia senalo que era erroneo pensar que lainvestigacion en holografıa habıa desaparecido en el pe-riodo comprendido entre 1955 y 1962 sino que en ciertosentido se realizaba de forma ldquoclandestinardquo en dos lab-

oratorios distintos [13 20] Uno de tales ambientes to-talmente invisibles para occidente era el Instituto Vav-ilov de Leningrado en la antigua Union Sovietica en elque Denisyuk trabajaba es su fotografıa de ondas Elotro era un laboratorio clasificado de la Universidad deMichigan cerca de Ann Arbor en los Estados Unidosen el que Leith llevo a cabo la tercera formulacion in-dependiente de la holografıa

Figura 11 - Emmett Leith (1927-2005) (AIP Emilio Segre VisualArchives Physics Today Collection)

Leith habıa entrado en 1952 en este laboratorio paratrabajar en un programa militar secreto relacionadocon el radar de apertura sintetica denominado ProyectoMichigan [19 20 28 29] y durante 1955 y 1956 Leithreformulo la teorıa del radar de apertura sintetica enterminos de la optica fısica y penso registrar sobreuna pelıcula fotografica la informacion de las ondas deradar reflejadas por un objeto para poder reconstruir-las posteriormente mediante metodos opticos Mientrasanalizaba las matematicas que habıa detras del pro-ceso comprobo que en las fotografıas estaba realmenteregistrando un patron interferencial de ondas de radarLeith acababa de reinventar la holografıa En esos dosprimeros anos Leith desarrollo una teorıa completa dela holografıa en la region de las microondas [20 28] y enoctubre de 1956 conocio el trabajo de Gabor a traves deun artıculo publicado por Kirkpatrick y El-Summ [30]comprobando este trabajo tenıa relacion con sus inves-tigaciones sobre radar [20] En el ano 1960 Juris Up-atnieks (1936-) (Fig 12) un joven ingeniero electrico

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comenzo a trabajar con Leith y entre los dos repitieronen su laboratorio de la Universidad de Michigan al-gunos de los experimentos de Gabor primero usandocomo fuente de iluminacion una lampara de mercurio yposteriormente un laser de He-Ne Leith y Upatniekscontaban con una ventaja respecto a Gabor y Denisyukpues a principios de la decada de 1960 ya se disponıade laseres comerciales

Figura 12 - Juris Upatnieks y Emmett Leith (AIP Emilio SegreVisual Archives Physics Today Collection)

Leith y Upatnieks idearon distintas formas de sosla-yar el problema de las imagenes dobles que tanto habıaatormentado a Gabor e idearon la tecnica del haz de re-ferencia inclinado [31] Haciendo uso de su trabajo pre-vio Leith adopto el principio del radar de observacionlateral y en sus primeros experimentos sobre holografıadesplazo el haz de referencia fuera de la direccion delhaz objeto Habıan inventado el holograma fuera deeje conocido tambien como holograma de Leith y Upa-tnieks en el que las ondas objeto y referencia inciden so-bre la misma cara de la placa fotografica pero formandoun cierto angulo entre sı Con ayuda de este nuevo es-quema de registro las imagenes virtual y real quedanseparadas angularmente en la etapa de reconstrucciony se resuelve el problema de Gabor de las imagenesdobles Esta tecnica de holografıa fuera de eje (Fig 13)tuvo un enorme impacto y fue crucial para el avancede la holografıa como una tecnologıa realmente util Amediados de 1963 Leith y Upatnieks publicaron sus re-sultados bajo el nombre de fotografıa sin lentes [32]

En los primeros hologramas fuera de eje que re-alizaron Leith y Upatnieks utilizaron objetos bidimen-sionales textos en color negro sobre fondo blancotextos transparentes sobre fondo negro y fotografıasen blanco y negro En diciembre de 1963 muchosperiodicos americanos como el New York Times y elWall Street Journal publicaron la noticia de la nueva

tecnica de Leith y Upatnieks incluyendo fotografıastanto de los hologramas (una simple imagen borrosairreconocible) como de las imagenes holograficas [20]

El viernes 3 de abril de 1964 en la ultima sesionde la reunion de la Sociedad Americana de Optica cel-ebrada en un hotel de Washington Upatnieks presentosu nuevo trabajo sobre hologramas de objetos tridimen-sionales [20] Al finalizar los quince minutos que durosu exposicion anuncio a los asistentes que podıan verun holograma de un objeto tridimensional en el halldel hotel Se trataba del holograma titulado Train andBird (Fig 14) Cuando se iluminaba el holograma con-venientemente con la luz del laser aparecıa una imagentridimensional que tenıa todas las propiedades del ob-jeto original No fue la charla de Upatnieks sino la ob-servacion de este holograma lo que realmente impacto atodos los asistentes a la reunion Podemos imaginarnosuna larga cola de especialistas en optica esperando conansiedad a que les llegara su turno Todos ellos esta-ban confundidos y a la mayorıa les resultaba imposiblecreer lo que estaban viendo el pequeno tren de jugueteparecıa real detras de la placa fotografica como si real-mente estuviera allı [20 33-35] Muchos preguntaronldquoiquestdonde esta el trenrdquo a lo que Leith contesto ldquolamentotener que decirlo el tren esta de vuelta en Ann Arborrdquo[36] Combinando la luz del laser con la tecnica fuera deeje habıan abierto el mundo de la holografıa al mundoreal de los objetos tridimensionales

Figura 13 - (a) Ona proveniente de un objeto (b) Registro y (c)reconstruccion del holograma fuera de eje del objeto

1602-10 Belendez

Figura 14 - Fotografıa de la imagen de uno de los primeros holo-gramas de transmision de un objeto tridimensional (E N Leithy J Upatnieks ldquoWavefront reconstruction with diffused illumi-nation and three-dimensional objectsrdquo J Opt Soc Am 541295-1381 1964 [37] Figura cortesıa de Juris Upatnieks) Eltren original del que se hizo el holograma puede verse en la Fig12 justo delante de Upatnieks

44 La ldquoexplosionrdquo holografica

En las casi dos decadas transcurridas desde 1947 y 1964la holografıa era un collage construido desde distintasperspectivas [13 20] El concepto de reconstruccion delfrente de onda de Gabor como una nueva forma de mi-croscopıa que habıa interesado solo a unos pocos inves-tigadores y luego fue abandonado la fotografıa de on-das de Denisyuk como una forma de obtener imagenestridimensionales a partir de la fotografıa de Lippmanque inicialmente convencio a pocos cientıficos y la fo-tografıa sin lentes de Leith y Upatnieks formuladatomando como punto de partida la teorıa de la comu-nicacion a partir de investigaciones relacionadas con elradar de apertura sintetica La vision excitante en 1964del holograma tridimensional de Leith y Upatnieks re-activo de ldquoforma explosivardquo el interes por la holografıaCientos de investigadores empezaron a relacionar es-tos tres trabajos realizados de forma independiente yen los anos siguientes a la presentacion del hologramadel tren se publicaron mas de mil artıculos cientıficossobre el registro de hologramas con laser [38] lo quecontrasta con los apenas cincuenta trabajos publica-dos entre 1947 y 1955 Era necesario sin embargobuscar una denominacion unica para este nuevo campoque englobara lo que antes se habıa conocido de tresformas distintas reconstruccion del frente de onda fo-tografıa de ondas y fotografıa sin lentes No esta claroquien acuno el termino ldquoholografıardquo para designar aesta nueva area ya que hay varios investigadores quereclamaron la paternidad del mismo Lo cierto es quela holografıa un campo con un potencial intelectualy comercial extraordinario habıa nacido Es evidenteque la terminologıa cientıfica tiene un gran impacto yno solo a nivel cientıfico sino tambien social filosoficoe incluso economico [39] por lo que la denominacionholografıa para esta lsquonueva cienciarsquo una unica palabra

tenıa todas las de ganarEn 1966 George Stroke (1924-) tambien profesor de

la Universidad de Michigan publico An Introduction toCoherent Optics and Holography [40] el primer libroen el que se exponıan los fundamentos teoricos de lanueva tecnica Se vendieron 3665 copias solo duranteel primer ano un numero respetable para un texto deestas caracterısticas y hasta 1999 habıan sido mas decincuenta mil los ejemplares vendidos [41] Hasta el ano2000 se habıan publicado mas de veinte mil artıculossobre holografıa en revistas especializadas y presentadomas de diez mil comunicaciones en congresos siete milpatentes miles de libros y un numero similar de tesisdoctorales [20]

La primera exposicion de holografıa artıstica tuvolugar en Michigan en 1968 y la segunda en NuevaYork en 1970 mientras que en 1971 comenzo una es-cuela de holografıa en San Francisco la primera en laque cientıficos ingenieros y artistas podıan aprender lanueva tecnica [36] De este modo la holografıa se con-virtio en un ejemplo inusual de campo cientıfico en elque participaron en su desarrollo grupos de personasde muy distinta procedencia desde fısicos e ingenieroshasta artistas [42 43]

La explosion holografica originada gracias a los tra-bajos de Leith y Upatnieks y de otros investigadores dela Universidad de Michigan centro de referencia de laholografıa mundial a mediados de la decada de 1960[20] tambien rehabilito la figura de Gabor que paso deser practicamente un desconocido a estar a finales de losanos sesenta en la lista de los candidatos al premio No-bel La Real Academia Sueca de las Ciencias anunciola concesion del premio Nobel de Fısica a Dennis Ga-bor en 1971 ldquopor la invencion y desarrollo del metodoholograficordquo (Fig 15)

Figura 15 - Galardonados con los premios Nobel de 1971 Deizquierda a derecha Simon Kuznets (economıa) Pablo Neruda(literatura) Earl Sutherland (fisiologıa y medicina) GerhardHerzberg (quımica) y Dennis Gabor (fısica) (Archivo fotograficodel Comite del Premio Nobel)

Gabor consciente de que los trabajos realizados porotros muchos investigadores habıan jugado un papelfundamental en esta concesion finalizo la leccion quepronuncio con motivo de dicha concesion expresando su

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mas sincero agradecimiento a todos ellos que le habıanayudado con su trabajo a conseguir los mas altos hon-ores cientıficos [23]

En esta revision de los orıgenes y desarrollo de laholografıa no podemos a Stephen Benton (1941-2003)(Fig 16) cientıfico del Instituto Tecnologico de Massa-chussets (MIT) [44] que es otro de los investigadoresque mas ha influido en el desarrollo y difusion de laholografıa En 1968 cuando contaba con 27 anos de-sarrollo un tipo de holograma conocido como hologramade arco iris o de Benton [45] que tiene gran importan-cia al tratarse de un holograma de transmision que nonecesita del laser para su reconstruccion sino que sepuede ver con luz blanca creando una imagen en col-ores en funcion del angulo con el que se observa aunquepara ello se sacrifica el paralaje vertical manteniendosolo el horizontal lo cual no tiene mucha importanciaEn cualquier caso el aspecto mas importante es que elholograma de arco iris permite la produccion masivade hologramas utilizando la tecnica de ldquoestampadordquo(embossing en ingles) en plastico aluminizado siendoposible duplicar el holograma millones de veces con unbajo coste Estos hologramas se utilizan en sistemasde seguridad y la primera vez que aparecieron en docu-mentos de este tipo fue en tarjetas de credito en 1983El holograma de arco iris de un aguila aparecio en laportada de la revista National Geographic de marzo de1984 lo que supuso la distribucion de once millones dehologramas en todo el mundo Benton es una piezaclave en el desarrollo de la holografıa moderna y nosolo por sus contribuciones cientıficas y tecnologicassino que tambien destaca su faceta artıstica Bentonsenalo en una ocasion que ldquola creatividad no pertenecesolamente al dominio del arte existe en todas las areasde nuestra existencia y uno de los aspectos mas intere-santes del medio emergente que es la holografıa es larelacion simbiotica que se da entre las ciencias y lasartesrdquo [46]

Figura 16 - Stephen Benton (1941-2003) (Special Issue Trib-ute to Professor Stephen A Benton Holography-SPIErsquos Interna-cional Technical Working Group 15 (2004) Fotografıa de RDRallison)

5 Algunas aplicaciones de la holografıa

En 1986 Leith senalo que ldquola holografıa por sı mismapuede parecer un campo de investigacion no muy am-plio pero si la combinas con otros campos conseguirasun area lo suficientemente grande para poder dedi-carle toda una vidardquo [43] y prueba de ello es que latecnica holografica ha proporcionado y sigue proporcio-nando innumerables aplicaciones en multitud de cam-pos cientıficos y tecnologicos Entre ellos podemosmencionar la interferometrıa holografica [47] que per-mite analizar las deformaciones de un objeto debidasa esfuerzos vibraciones o variaciones de temperaturavisualizar los modos de vibracion de altavoces instru-mentos musicales o complejas estructuras o realizar en-sayos no destructivos Fueron Powell y Stetson (miem-bros del Grupo de Optica de la Universidad de Michi-gan) los que en 1964 descubrieron de forma accidentallas franjas de interferencia en el holograma de un ob-jeto deformado [20] aunque ese mismo ano tambienLeith y Upatnieks por un lado y Hildebrand y Haines(tambien de la Universidad de Michigan) por otro sedieron cuenta de las posibilidades de la holografıa eninterferometrıa [20] La Fig 17 muestra el estudio me-diante interferometrıa holografica en tiempo real de ladistribucion de temperatura en el interior de una bom-billa [48] A lo largo de las lıneas que aparecen en elinterferograma la temperatura es constante

Figura 17 - Estudio mediante interferometrıa holografica de ladistribucion de temperatura en el interior de una bombilla [8]

1602-12 Belendez

La holografıa tambien se ha aplicado al analisis departıculas [49] microscopicas siendo posible analizarsu tamano posicion desplazamiento y velocidad Per-mite estudiar desde aerosoles hasta el plancton marinoe incluso se ha utilizado para analizar la dinamica departıculas microscopicas y el crecimiento de cristales encondiciones de microgravedad mediante experimentosrealizados a bordo del trasbordador espacial Discoveryen los que se registraron mas de mil hologramas [50]

Tambien se fabrican elementos opticos holograficos[51] como lentes espejos redes de difraccion y otros dis-positivos mas complejos como concentradores solaresinterconectares de fibras opticas scanners con los quese leen los codigos de barras o los visores que utilizanlos pilotos de aviones conocidos como head-up displaysy cuya funcion es formar la imagen en el infinito de lainformacion presentada en una pantalla y superponerlacon los objetos observados en el mundo exterior

Se pueden obtener hologramas generados por orde-nador siendo posible realizar figuras geometricas en elespacio o representar objetos en vıas de fabricacion sinque sea necesario construir modelos Estos hologramasson solo una parte de un campo mas amplio conocidocomo holografıa digital [52]

Los hologramas de seguridad [53] son quizas la apli-cacion mas importante de la holografıa desde el puntode vista comercial La dificultad tecnica que tiene la re-alizacion de algunos hologramas y el hecho de que solocon medios tecnicos complejos y sofisticados sea posi-ble producir en serie copias de un holograma originalhan hecho de la holografıa una tecnica adecuada parasistemas de seguridad como los utilizados en tarjetasde credito billetes de banco (Fig 18) documentos deidentidad o etiquetas de productos comerciales inclui-dos algunos productos farmaceuticos que se comercial-izan en el sudeste asiatico donde la venta de medicinasilegales esta muy extendida [54]

Figura 18 - Hologramas de seguridad de billetes

En nuestra sociedad dominada por las tecnologıas

de la informacion la utilizacion de la holografıa en elalmacenamiento de informacion es una de las aplica-ciones que presentan en estos momentos mas futuro einteres [55 56] Mediante el multiplexado se puede reg-istrar un gran numero de hologramas en una mismaplaca y posteriormente es posible recuperar la infor-macion separadamente Este es el principio de lasmemorias holograficas [57] en las que se puede almace-nar en poco espacio una gran cantidad de informacionAunque las mayores dificultades tecnicas para llevarla ala practica han estado relacionadas con la obtencion deun material de registro adecuado ya se han fabricadolos primeros prototipos de sistemas de almacenamientoholografico con discos holograficos con una capacidadde almacenamiento de 300 Gb el equivalente a mas desesenta DVDs en un solo disco y se sigue investigandopara obtener mayores capacidades de almacenamientoincluso del orden del Tb

En cuanto a la idea original de Gabor de utilizarla holografıa en la mejora de la calidad de imagen delmicroscopio electronico hubo que esperar casi cuarentaanos para poder disponer de haces coherentes de elec-trones que hicieran posible llevar a cabo esta aplicacion[58]

En el ano 1968 se publico en la revista Leonardoun artıculo en el que se senalaba la posibilidad deutilizar la holografıa como una nueva forma de arte[59] y algunos artistas se adentraron en la aventuraholografica como Salvador Dalı que realizo en 1972una exposicion que incluıa hologramas en la GalerıaKnoedler de Nueva York a la que asistio el propio Ga-bor Casi simultaneamente Harriet Casdin-Silver [60-62] en Estados Unidos Margaret Benyon [63-65] enGran Bretana y Carl Frederich Reutersward [66] enSuecia iniciaban su andadura en el intento de utilizarla holografıa con fines creativos [67] Casdin-Silver seinicio en el MIT bajo la tutela de Benton mientras queReutersward fue asistido tecnicamente por cientıficossuecos como Nilsson Abramson o Bjelkhagen [20] loque es una prueba mas de la colaboracion entre artistasy cientıficos en el campo de la holografıa Es evidenteque la caracterıstica de la holografıa que inicialmente seimpone con mas fuerza es su capacidad de reproducirimagenes tridimensionales de gran realismo a veces tanautentico como el de los objetos realmente existentes[67] Este efecto es sin duda especialmente sorprendenteen aquellos hologramas en los que la imagen reconstru-ida ldquoflotardquo en el aire saliendose de la placa holograficasin que seamos capaces asir con nuestras manos los ob-jetos que aparentemente estan ahı ante nuestros ojos[67] (Fig 19) Es evidente por tanto que la holografıaposee un innegable interes como una de las tecnicas masrevolucionarias de creacion de imagenes tridimension-ales y su capacidad de atraccion-fascinacion es enorme[2 68]

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Figura 19 - Fotografıa del holograma de reflexion de una camarafotografica antigua (Deutsches Museum Munich Alemania) Fo-tografıa de A Belendez

Frente al espacio estatico y constante de la pin-tura o la fotografıa el espacio holografico implica elmovimiento del espectador y una variacion de la imagenen tanto en cuanto se producen angulos de vision distin-tos en la percepcion dinamica de la imagen holografica[2 68] Lejos de ser una ventana fija abierta a un es-pacio fijo el holograma actua en este caso como unaventana con memoria [13 68] En la Fig 20 se mues-tran tres fotografıas de una misma placa holografica enel que hay multiplexados tres hologramas que puedenobservarse mirando desde la izquierda el frente y laderecha de la placa

Ha habido ademas un gran numero de artistas quehan explorado las posibles interacciones de la holografıacon otros medios como la pintura la escultura la fo-tografıa etc [67] y tambien goza cada vez mas de fa-vor la integracion de la holografıa en entornos arqui-tectonicos [69] tendencia que se ve favorecida por lamejora de la tecnica en la obtencion de hologramas degran formato como por ejemplo los hologramas de luzblanca del hall de la Universidad de Bremen Alemaniautilizados para la distribucion de la luz del Sol [70]

Tambien es posible realizar retratos holograficos yel primero de ellos fue realizado en Michigan la noche deHalloween de 1967 y fue un autorretrato de LawrenceSiebert [71] Utilizando laseres pulsantes es posible re-alizar retratos holograficos pues la alteracion de la es-cena a registrar es practicamente nula durante el tiempode duracion del pulso Un retrato holografico historicoes el holograma de transmision de Gabor [72] realizadoen 1971 con motivo de la concesion del Premio Nobel(Fig 21)

Figura 20 - Tres fotografıas de la misma placa holografica enla que hay multiplexados tres hologramas de reflexion obser-vando desde (a) la izquierda (b) el frente y (c) la derecha de laplaca (Deutsches Museum Munich Alemania) Fotografıas deA Belendez

1602-14 Belendez

Figura 21 - Dennis Gabor junto con su retrato holografico real-izado en 1971 por R Rhinehart de la McDonell Douglas Elec-tronics Corporation (The MIT Museum ndash Holography Collectionfrom the Museum of Holography)

La holografıa tambien se utiliza en los museos parasustituir algunos de sus objetos delicados y valiosospor hologramas de los mismos Este es por ejemploel caso del Hombre de Lindow una momia de masde 2300 anos de antiguedad encontrada en CheshireInglaterra en 1984 El original se encuentra en unacamara del Museo Britanico en Londres con temper-atura y humedad controladas mientras que se hizo unholograma de la momia tanto para exponerlo al publicocomo para que distintos investigadores pudieran estudi-arla La realizacion de hologramas de piezas valiosas hahecho posible que estas puedan observarse en lugaresdistintos de los que realmente se encuentran Holo-gramas del tipo Denisyuk se utilizaron en la antiguaUnion Sovietica y en otros paıses para la conservacionde obras de arte consideradas tesoros arqueologicosa traves de un vasto programa de colaboracion entrefısicos y museologos De hecho en muchas ocasionesse hace uso de la tecnica de Denisyuk para sustituirlos objetos originales por hologramas en exposicionesitinerantes Por ejemplo el Museo de Holografıa deParıs dispone de colecciones con una riqueza y diver-sidad unicas contiene hologramas gigantes algunos deellos visibles con luz blanca y otros con luz del laserjunto con una importante coleccion de representacionesholograficas de obras que se encuentran expuestas en elMuseo del Hermitage de San Petersburgo y en el MuseoHistorico de Kiev [2] Entre las piezas de que dispone seencuentra un holograma del sable de Napoleon y otrodel baston del mariscal Davout A mediados de losanos ochenta se realizaron una serie de hologramas dereflexion sobre el tesoro de Villena en la Universidad deAlicante Espana (Fig 22) [48]

Mediante la utilizacion de tres laseres con longitudesde onda en las zonas de los tres colores primarios [2 73]la tecnica de Denisyuk permite el registro y la recon-struccion de imagenes en color con una calidad impens-able La fidelidad en la reproduccion de formas coloresy brillos es tan espectacular que es difıcil decir si lo quese ve es el objeto mismo detras de una ventana de vidrio

o una reproduccion holografica

Figura 22 - (a) Fotografıas de hologramas de reflexion del Tesorode Villena y (b) detalle de uno de ellos (hologramas realizados porel Dr Jose Antonio Quintana Centro de Holografıa Universidadde Alicante 1984)

Para terminar senalar que la holografıa puede apli-carse utilizando una gran parte del espectro electro-magnetico desde imagenes con microondas y radarpasando por los infrarrojos el espectro visible y laradiacion ultravioleta hasta los rayos X Tambien sepueden utilizar haces de electrones o neutrones e in-cluso ondas sonoras Existen hologramas artısticos re-tratos holograficos hologramas en color y tambien seencuentran hologramas en las tiendas de regalos en li-bros en museos en tarjetas de felicitacion o en sellosde correos Los hologramas de seguridad son un grannegocio las tarjetas de credito generan cientos de mil-lones de hologramas al ano o quizas mas y algo parecidosucede con los billetes de banco hay hologramas en lasetiquetas de ciertos productos e incluso ya se han in-

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cluido hologramas en ropa deportiva para asegurar suautenticidad y distinguirla de las imitaciones La inter-ferometrıa holografica es una tecnica que se aplica enareas muy diversas los elementos opticos holograficosse emplean es sistemas opticos muy variados el almace-namiento holografico de informacion es ya una realidady la holografıa aparece tambien en investigaciones defısica fundamental como la teorıa de la relatividad o lafısica cuantica

Trascurridos sesenta anos desde su invencion y a pe-sar de sus erraticos inicios la holografıa ha demostradotener un gran pasado y un magnıfico presente perodesde luego lo innegable es que sigue teniendo un fu-turo prometedor [74]

Agradecimientos

Deseo expresar mi mas sincero agradecimiento al DrJuan Ramon Rivera Vicerrector de Relaciones Insti-tucionales de la Universidad de Alicante (UA) en elmomento de la lectura de la leccion inaugural y al Ser-vicio de Protocolo de la UA por el apoyo y colabo-racion prestados durante la preparacion de la leccionTambien quiero agradecer a la Dra Inmaculada Pas-cual Catedratica de Optica de la UA el haber leıdo ycorregido en mas de una ocasion el manuscrito originalası como sus sugerencias y comentarios que indudable-mente mejoraron el texto inicial de la leccion Final-mente agradezco al Dr Sean F Johnston de la Univer-sidad de Glasgow el haberme enviado copia de variosde sus artıculos relacionados con el origen y desarrollode la holografıa

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comcwsarticleprint9746) salto a las paginas deThe New York Times La belleza de estos experimen-tos radica quizas en que su denominador comun esla maxima simplicidad de medios para su realizacion yla gran capacidad de cambiar el planteamiento domi-nante que ofrecieron sus conclusiones El orden del re-sultado de la encuesta por numero de votos fue el sigu-iente interferencia de los electrones al pasar por unadoble rendija (Bohr De Broglie Heisenberg y otros)caıda libre de los cuerpos (Galileo) determinacion dela carga del electron (Millikan) descomposicion de laluz del Sol por un prisma (Newton) interferencia dela luz de la doble rendija (Young) medida de la con-stante de la gravitacion universal con una balanza detorsion (Cavendish) medida de la circunferencia de laTierra (Eratostenes) caıda de los cuerpos en planos in-clinados (Galileo) descubrimiento del nucleo atomico(Rutherford) y movimiento de la Tierra (el pendulo deFoucault) El experimento que quedo en el undecimolugar fue el principio de Arquımedes de la hidrostatica

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Sin embargo entre los anos 1801 y 1803 Youngpresento unos artıculos ante la Royal Society exaltandola teorıa ondulatoria de la luz y anadiendo a ella unnuevo concepto fundamental el principio de interfer-encia Cuando se superponen las ondas provenientesde dos fuentes luminosas puntuales sobre una pantallacolocada paralela a la lınea de union de los dos orifi-cios se producen franjas claras y oscuras regularmenteespaciadas Este es sin duda el primer experimentoen el que se pone de manifiesto que la superposicion deluz puede producir oscuridad Este fenomeno se conocecomo interferencia (Fig 3) y con este experimento secorroboraron las ideas intuitivas de Huygens en relacional caracter ondulatorio de la luz

Figura 3 - Diagrama de Young de un patron de interferencia pro-ducido por una serie de ondas procedentes de dos fuentes distintas[7]

Una condicion esencial para que se produzcan in-terferencias es necesario que la luz sea coherente Parapoder tener un diagrama de interferencia entre dos omas ondas es necesario que las ondas sean tales que ten-gan la misma frecuencia y mantengan una diferencia defase constante es decir que provengan de fuentes de luzcoherentes por lo que la coherencia de la luz es una me-dida de su capacidad para producir interferencias Haydos tipos de coherencia temporal y espacial La luz queno posee ambas no puede producir interferencias apre-ciables La coherencia espacial esta relacionada con lamonocromaticidad mientras que la coherencia espaciales en cierto modo una medida del tamano del foco lu-minoso siendo maxima si el foco luminoso es puntualLa luz blanca emitida por una bombilla o por un tubofluorescente no es coherente y su longitud de coheren-cia es de menos de una decima de micra sin embargola luz de un laser sı es coherente siendo posible fab-ricar laseres con longitudes de coherencia de cientos demetros

Al igual que Young fue el responsable delresurgimiento de la teorıa ondulatoria de la luz enInglaterra Augustin Fresnel (1778-1827) (Fig 4) lofue en Francia [6] Ajeno en un principio a los trabajosrealizados por Young varios anos antes Fresnel sinte-tizo los conceptos de la teorıa ondulatoria de Huygens yel principio de interferencia y analizo el fenomeno de ladifraccion tambien caracterıstico del movimiento ondu-latorio que se presenta cuando una onda es distorsion-ada por un obstaculo El principio de Huygens-Fresnel

permite calcular los diagramas de difraccion producidostanto por obstaculos como por aberturas siendo posibledecir que este principio lleva a la siguiente conclusionldquola luz se difracta y la interferencia esta en el corazondel procesordquo [4]

Figura 4 - Augustin Jean Fresnel (1778-1827)

3 La tecnica holografica

La fotografıa se conoce desde el siglo XIX por lo que seesta acostumbrado a observar el mundo tridimensionalcomprimido en la bidimensionalidad de la pagina deun album de fotos una revista o la pantalla de cineo de television [2] Todos estos medios comparten lalimitacion de ser solo representaciones de la intensidadde las ondas luminosas La luz que se refleja en una fo-tografıa lleva consigo informacion acerca de la amplitudde la onda que provenıa del objeto original pero no sufase Sin embargo si pudieran reconstruirse de algunmodo tanto la amplitud como la fase de la onda orig-inal la onda reconstruida resultante no se distinguirıade la onda original Cuando se observa un objeto loque llega a nuestros ojos es la onda emitida o difun-dida por el mismo Por tanto si de alguna manerase consiguiera reproducir dicha onda y esta alcanzaranuestros ojos parecerıa provenir del objeto original yserıamos capaces de ver la imagen formada en una tridi-mensionalidad perfecta exactamente como si el objetoestuviera realmente ante nosotros [2 10] Precisamenteesto es lo que puede conseguirse mediante la holografıaque consta de dos etapas denominadas registro y re-construccion Mediante el proceso de registro se alma-cena en determinados materiales fotosensibles [10-12]

1602-4 Belendez

y en forma de franjas de interferencia la informacionnecesaria para posteriormente reconstruir un frente deonda casi identico al que dio lugar a esa informacionEl material fotosensible impresionado y procesado so-porte de esta informacion constituye el holograma delgriego ldquoholosrdquo que significa la totalidad [12] Una difer-encia fundamental entre la holografıa y la fotografıa esque en aquella en vez de almacenarse la imagen bidi-mensional del objeto se almacena informacion suficientepara poder reconstruir la onda objeto misma Puededecirse que la holografıa permite ldquocongelarrdquo la ondaprocedente del objeto y posteriormente ldquoponerla otravez en marchardquo por lo que como senala Abramsonldquoun holograma es ciertamente como una ventana conmemoriardquo [13]

En la etapa de registro se hace interferir la onda emi-tida o difundida por un objeto con una onda de referen-cia conocida (Fig 5) El ldquocodigo holograficordquo consisteen ldquomezclarrdquo la onda objeto con la onda de referenciay registrar su patron interferencial en un material foto-sensible como una pelıcula fotografica dando lugar alholograma Este contiene informacion codificada tantode la amplitud como de la fase de la onda objeto Paradecodificar la informacion almacenada en el hologramay reconstruir de este modo una replica de la onda ob-jeto original en la etapa de reconstruccion se ilumina elholograma con una onda analoga a la onda de referenciautilizada en la etapa de registro Esta onda es difrac-tada por la compleja estructura de franjas almacenadaen el holograma generandose una onda imagen de car-acterısticas similares a la onda objeto original De estaforma si se mira a traves del holograma se vera unaimagen tridimensional del objeto aun cuando este yano se encuentre allı pues se dispone de su onda y esesta la que alcanza nuestros ojos Este frente de ondaimagen reconstruido es practicamente indistinguible dela onda original procedente del objeto y puede producirtodos los efectos visuales del haz primitivo

Figura 5 - Registro y reconstruccion de un holograma

4 Los distintos ldquoorıgenesrdquo de la holo-grafıa

Existe la falsa creencia popular de que la ciencia es unaempresa impersonal desapasionada y completamenteobjetiva Mientras que la mayor parte de las otras ac-tividades humanas estan dominadas por modas y capri-chos se supone que la ciencia se atiene a reglas de pro-cedimiento establecidas y pruebas rigurosas Lo quecuenta son los resultados y no las personas que los con-siguen Nada mas lejos de la realidad La ciencia comocualquier empresa humana es una actividad impulsadapor personas y esta igualmente sujeta a modas y capri-chos a pasiones y casualidades a fracasos y exitos Losinicios de la holografıa son un claro ejemplo de todo elloAunque en el devenir de la holografıa sobre todo en susprimeros anos pueden encontrarse numerosos heroes eincluso algunos villanos lo cierto es que sus principalesprotagonistas fueron tres [14-16] El primero fue Den-nis Gabor (1900-1979) un ingeniero hungaro afincadoen Inglaterra inventor de la tecnica holografica que eldenomino reconstruccion del frente de onda y por la querecibio el premio Nobel de fısica en 1971 Sin embargoesta idea no habrıa pasado de ser un white elephant [1718] un objeto superfluo y sin aplicaciones si no hu-biera sido por la aparicion de dos nuevos personajes enescena Yuri Denisyuk (1927-2006) en la antigua UnionSovietica y sobre todo Emmett Leith (1927-2005) enlos Estados Unidos Tambien fueron tres los lugares ndashy ademas muy diferentesndash en los que la holografıa diosus primeros pasos un laboratorio industrial de unaempresa de ingenierıa electrica en Rugby Inglaterraun instituto cientıfico estatal en lo que era entoncesLeningrado en la antigua Union Sovietica y un labo-ratorio de investigacion clasificado de la Universidad deMichigan que trabajaba en proyectos para el ejercito delos Estados Unidos en Willow Run cerca de Ann Ar-bor Sin embargo todavıa hay un protagonista masque no se puede dejar de mencionar pues fue el revul-sivo que reactivo la holografıa de forma ldquoexplosivardquo aprincipios de la decada de 1960 el laser uno de losmas importantes y versatiles instrumentos cientıficosTheodore Maiman (1927-2007) un fısico de los labora-torios de investigacion Hughes obtuvo el 16 de mayo de1960 su primera emision laser Poco despues Mainmantenıa listo un laser de rubı Como anecdota mencionarque Mainman envio un artıculo a una de las revistas defısica mas prestigiosas el Physical Review (hoy Phys-ical Review Letters) Sin embargo sorprendentementeel editor rechazo el artıculo Por esta razon el primeranuncio del laser aparecio en la revista britanica Na-ture en 1960 El laser es de gran importancia no solopor sus multiples aplicaciones cientıficas y tecnicas sinoporque fue un factor crucial en el renacer de la optica[19] Alrededor de 1950 precisamente en la epoca enque Gabor inicio sus trabajos sobre holografıa la opticase consideraba una disciplina con un gran pasado pero

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sin visos de tener un gran futuro Sin embargo el lasercambio esta percepcion drasticamente Junto con el re-nacer de la holografıa el laser dio lugar a un desarrollonuevo y vigoroso de la optica en campos como la op-toelectronica la optica no lineal o las comunicacionesopticas desarrollo que continua en la actualidad

41 La ldquoreconstruccion del frente de ondardquo deGabor

Dennis Gabor (Fig 6) nacio en 1900 en Budapest Deascendencia judıa su familia paterna provenıa de Ru-sia mientras que su familia materna de Espana [20 21]posiblemente de una familia de judıos sefardıes llega-dos a Hungrıa en el siglo XVIII Fueron Julio Verne yquizas el mas grande de todos los inventores ThomasEdison los ıdolos en su ninez [20] Aunque la fısicale fascinaba el joven Gabor decidio estudiar ingenierıa[20 21] Como el mismo escribio mas tarde ldquoser fısicono era todavıa una profesion en Hungrıa con un totalde media docena de catedras de fısica y iquestquien podrıahaber sido tan presuntuoso para aspirar a una de ellasrdquo[22] Gabor inicio estudios de ingenierıa mecanica en laUniversidad Politecnica de Budapest que concluyo enal Universidad de Berlın donde obtuvo el Diploma enIngenierıa Electrica en 1923 y el Tıtulo de Doctor Inge-niero en 1927 Ese mismo ano entro a trabajar en unode los laboratorios de fısica de la companıa Siemens deBerlın en la que comenzo a desarrollar algunos de susmultiples inventos Prueba de su fructıfera labor comoinventor es que realizo 62 patentes entre 1928 y 1971[21]

Figura 6 - Dennis Gabor (1900-1979) (AIP Emilio Segre VisualArchives Physics Today Collection)

Dennis Gabor forma parte de una emigracion dehungaros brillantes todos nacidos entre 1879 y 1908[20] entre los que se encontraban ademas de Gaborel biofısico Georg von Bekesy (1899-1972) ndashpremio No-bel de fisiologıa y medicinandash Theodore von Karman(1881-1963) ndashinvestigador en aerodinamicandash el pionerode la informatica John von Neumann (1903-1957) ylos fısicos nucleares Leo Szilard (1989-1964) Edward

Teller (1908-2003) ndashpadre de la bomba de hidrogenondash yEugene Wigner (1902-1995) ndashpremio Nobel de fısicandashAdemas Gabor von Karman von Neumann SzilardTeller y Wigner habıan nacido en el mismo barrio deBudapest

En 1933 y tras le llegada de Hitler al poder a Ga-bor no le fue renovado su contrato con la companıaSiemens debido a su origen judıo por lo que tuvo queabandonar Alemania Tras una breve estancia en Bu-dapest y gracias a la intervencion de su amigo el inge-niero Allibone [20] Gabor marcho a Inglaterra en 1934donde comenzo a trabajar en la British Thomson Hous-ton Company Durante la Segunda Guerra Mundial sucompanıa se dedico a desarrollar distintos dispositivospara el ejercito britanico sobre todo relacionados conel radar pero Gabor fue excluido de dichas investiga-ciones aunque podıa seguir trabajando fuera de la zonade seguridad de la empresa en la mejora del microscopioelectronico [20] Con este instrumento se habıa aumen-tado en cien veces el poder de resolucion de los mejoresmicroscopios opticos y se estaba muy cerca de resolverlas estructuras atomicas La longitud de onda de DeBroglie asociada a los electrones rapidos alrededor deuna decima de angstrom era lo bastante pequena perolos sistemas no eran lo bastante perfectos [2] Su lim-itacion estaba relacionada con la aberracion esferica delas lentes magneticas del microscopio Para resolvereste problema Gabor se planteo la siguiente preguntaldquoiquestpor que no tomar una mala imagen electronica peroque contenga la informacion lsquototalrsquo reconstruir la onday corregir por metodos opticosrdquo [23] La contestaciona esta pregunta se le ocurrio en 1947 mientras esper-aba para jugar un partido de tenis [22] y consistıa enconsiderar un proceso en dos etapas En la primeraetapa el registro con el haz de electrones del microsco-pio electronico producirıa la imagen interferencial en-tre el haz objeto y un fondo coherente (haz de refer-encia) imagen que registrarıa en una placa fotograficaAl interferograma ası obtenido lo llamo holograma dela palabra griega holos el todo ya que contiene la in-formacion total (la amplitud y la fase) de la onda ob-jeto En la segunda etapa la reconstruccion iluminarıamediante luz visible que difractada por el hologramareconstruirıa el frente de onda original y lo podrıa cor-regir para obtener una buena imagen Como ya se hasenalado anteriormente para conseguir franjas de in-terferencia contrastadas era necesario disponer de unafuente de iluminacion de gran coherencia la cual no ex-istıa en aquellos anos A pesar de ello Gabor realizoen 1948 el primer holograma utilizando en el registroy en la reconstruccion luz filtrada proveniente de unalampara de mercurio que constituıa una de las mejoresfuentes de luz coherente antes del laser El objeto queutilizo Gabor para realizar el primer holograma fue unadiapositiva circular transparente de apenas 14 mm dediametro y que contenıa el nombre de tres fısicos a losque Gabor consideraba importantes por haber puesto

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los fundamentos fısicos de su tecnica de reconstrucciondel frente de onda Huygens Young y Fresnel Losresultados fueron presentados en Londres en una con-ferencia sobre microscopıa electronica en 1948 (Fig 7)y publicados ese mismo ano en un breve artıculo en larevista Nature de apenas dos paginas [24] En septiem-bre de 1948 el periodico New York Times publico laprimera noticia sobre esta nueva tecnica y en diciembreGabor presento una patente relacionada con la mejorade imagen en microscopıa electronica (Fig 8) [25]

Figura 7 - Poster de la conferencia de Gabor de 1948 (The MITMuseum ndash Holography Collection from the Museum of Hologra-phy)

En el ano 1949 Gabor consiguio un puesto de pro-fesor de Electronica en el Imperial College de Londresfundamentalmente gracias a la buena acogida que tuvosu tecnica de la reconstruccion del frente de onda entrecientıficos como Lawrence Bragg y Max Born ambospremios Nobel de Fısica y Charles Darwin nieto delevolucionista y Director en aquel entonces del Labora-torio Nacional de Fısica de Gran Bretana [16] En losanos siguientes la tecnica fue estudiada por unos pocosinvestigadores ademas de Gabor [20] entre ellos se en-contraban Gordon Rogers (1916-) un antiguo estudi-ante de doctorado de Lawrence Bragg Paul Kirkpratick(1894-1992) en la Universidad de Stanford en Califor-nia y sus estudiantes Albert Baez (1912-2007) (padrede las cantantes folk Joan Baez y Mimi Farina) y Hus-sein El-Sum (1925-1978) y algo mas tarde por AdolfLohmann (1928-) en Alemania El-Sum fue el que re-alizo la primera tesis doctoral sobre holografıa de la his-toria presentada en el ano 1952 Sin embargo todos el-

los solo consiguieron hologramas de imagenes pequenasy borrosas y hacia 1954 Gabor estaba sumamentefrustrado e intentando sin apenas exito convencer asus colaboradores que continuaran con las investiga-ciones que el habıa iniciado apenas siete anos antesSin embargo todos ellos habıan perdido el interes porla holografıa fundamentalmente debido a dos razonesuna relacionada con la imposibilidad de obtener resulta-dos optimos cuando aplicaban el metodo al microscopioelectronico y la otra con la segunda etapa del procesola reconstruccion optica del holograma que era clara-mente imperfecta El metodo de Gabor generaba unholograma en eje conocido como holograma de Gaborcuya calidad de imagen era bastante pobre pues unproblema basico es que al reconstruir el holograma seforman dos ondas una divergente analoga a la ondaobjeto que forma una imagen virtual detras del holo-grama y una convergente que forma una imagen realdelante del holograma conocida como imagen conju-gada Puede contemplarse la imagen virtual o la realpero siempre con la otra desenfocada como fondo

Figura 8 - Patente sobre la mejora de la resolucion del microsco-pio electronico (P Greguss ldquoDennis Gabor ndash Inventor of rdquoProc SPIE 4149 1 2000)

Entre 1948 y 1955 se publicaron unos cincuentaartıculos sobre el metodo de reconstruccion del frentede onda de Gabor y hacia 1955 tras investigar varios

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montajes opticos para intentar minimizar el efecto de laimagen conjugada Gabor abandono tranquilamente susinvestigaciones Algunos colaboradores de Gabor cali-ficaron la tecnica de reconstruccion del frente de ondacomo un white elephant no teniendo como algunosde sus inventos anteriores ninguna perspectiva comer-cial En su autobiografıa Gabor senala que su invencionde la holografıa habıa sido un ejercicio de serendip-ity [22] ldquodon de descubrir cosas sin proponerselordquo undescubrimiento cientıfico afortunado e inesperado re-alizado accidentalmente El objetivo original era con-seguir una mejora del microscopio electronico lo que ensu momento no tuvo ningun exito y solo en la decada de1990 llego a realizarse de forma practica Sin embargotras la invencion del laser su idea original dio lugar ainnumerables aplicaciones cientıficas y tecnologicas enareas muy diferentes todas ellas impensables para Ga-bor ademas de proporcionar un nuevo medio para elarte

42 La ldquofotografıa de ondasrdquo de Denisyuk

Como ya se ha senalado en 1958 los investigadores quehabıan iniciado los primeros trabajos sobre la recons-truccion del frente de onda ya la habıan abandonadocompletamente y habıan cambiado de campo de inves-tigacion Mientras Gabor ya era catedratico en el Im-perial College de Londres y estaba estudiando proble-mas relacionados con la fusion nuclear al tiempo queescribıa sobre las relaciones entre la ciencia y la so-ciedad su equipo de la companıa britanica de inge-nierıa electrica estaba ahora centrado en la mejora deldiseno de sus microscopios electronicos comerciales Sinembargo aproximadamente por esas fechas el conceptode reconstruccion del frente de onda de Gabor estabasiendo reinventado en un contexto diferente por YuriDenisyuk (1927-2006) (Fig 9) un investigador que tra-bajaba de forma aislada y que estaba realizando unaserie de estudios similares en el centro de investigacionoptica mas importante de la antigua Union Sovieticael Instituto Estatal de Optica Vavilov en Leningrado[20 26]

Figura 9 - Yuri Denisyuk (1927-2006) con su retrato holograficode reflexion (H J Caulfield Ed The Art and Science of Holog-raphy A Tribute to Emmett Leith and Yuri Denisyuk SPIEPress Bellingham 2003)

En 1954 y bajo la supervision de Alexander ElkinDenisyuk comenzo a trabajar en el campo de la in-strumentacion optica para la armada sovietica y en1958 decidio doctorarse por lo que Elkin le permitiodedicar parte de su tiempo a llevar a cabo investiga-ciones para que pudiera realizar su tesis doctoral bajola direccion de Eugenii Iudin otro colega del labora-torio [20] Aunque Iudin fallecio pocos meses despuesdurante los anos siguientes Denisyuk fue capaz de con-tinuar su tesis doctoral sin contar con un director detesis y bajo la unica supervision de Elkin quien leproporcionaba cierto material para seguir realizandolas experiencias de laboratorio que el propio Denisyukdisenaba En sus investigaciones iniciales sobre holo-grafıa Denisyuk se inspiro tras la lectura del libro deciencia ficcion Star Ships del escritor ruso Efremov Elpropio Denisyuk escribio en una ocasion que uno de losepisodios de este libro le impresiono profundamente [2026] En este unos arqueologos mientras trabajaban enuna excavacion encontraron accidentalmente una ex-trana placa Tras limpiar su superficie y detras de unacapa completamente transparente aparecio una caramirandolos La cara estaba aumentada por medio dealgun procedimiento optico tenıa tres dimensiones y ungran realismo sobre todo en sus ojos A Denisyuk se leocurrio la idea de crear tales fotografıas por medio de laoptica moderna lo que anos mas tarde consiguio medi-ante lo que se conoce como holograma de reflexion Estetipo de hologramas que recibieron el nombre de su in-ventor holograma de Denisyuk presentan la propiedadde que su reconstruccion se hace con luz blanca

Para fabricar sus hologramas Denisyuk hacıa in-cidir las ondas objeto y referencia por las caras opues-tas de la placa fotografica (Fig 10) El objeto lo situ-aba junto a una de las caras de la placa e iluminaba laotra cara con un haz de luz filtrado proveniente de unalampara de mercurio La onda luminosa tras atravesarla placa incide sobre el objeto y la onda reflejada poreste interfiere con la onda incidente dando lugar a unpatron de ondas estacionarias que puede ser registrandoen la placa fotografica Esta placa una vez revelada seilumina con un haz de reconstruccion de luz blanca yel objeto aparece en su posicion original y aproximada-mente del mismo color que el de la luz empleada enel registro En 1962 publico su descubrimiento bajo elnombre de fotografıa de ondas Las fuentes luminosasque disponıa Denisyuk eran lamparas de mercurio porlo que sus hologramas eran de objetos con poca pro-fundidad como espejos convexos con grandes radios decurvatura Mas adelante Denisyuk lamentaba no haberutilizado objetos con relieve como monedas ya que enese caso habrıa demostrado la posibilidad de utilizar sutecnica para formar imagenes de objetos tridimension-ales lo que desde luego habrıa proporcionado un mayorexito a sus investigaciones [26]

Tras completar su tesis doctoral en 1961 Denisyukvolvio a sus antiguas investigaciones sobre instru-

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mentacion optica siendo muy limitadas sus oportu-nidades para continuar su trabajo sobre fotografıa deondas [26] por lo que la investigacion en esta tecnicalanguidecio en la Union Sovietica en los anos siguientesy para sus contemporaneos la conexion de su trabajocon la reconstruccion del frente de onda de Gabor eramarginal siendo ambos esquemas esteriles y sin posi-bles aplicaciones La fotografıa de ondas de Denisyukrecibida al principio con gran escepticismo e incluso concierto menosprecio [27] jugo un papel trascendental enla evolucion futura de la holografıa Las investigacionesde Denisyuk no fueron conocidas fuera de las fronterasde la antigua Union Sovietica hasta finales de la decadade 1960 y su posicion cambio como la de Gabor gra-cias a los trabajos de Leith y Upatnieks aunque nofue hasta 1970 cuando sus contribuciones obtuvieron elreconocimiento mundial

Figura 10 - Registro y reconstruccion de un holograma de re-flexion (YN Denisyuk ldquoMy way in Holographyrdquo Leonardo 25425 (1992) Dibujo original de Yuri Denisyuk)

43 La ldquofotografıa sin lentesrdquo de Leith

Cuando Gabor pronuncio su discurso con motivo de laconcesion del premio Nobel indico que ldquohacia 1955 laholografıa entro en una larga hibernacion hasta la in-vencion del laser a comienzos de los anos sesentardquo [2022] Sin embargo esta afirmacion no es correcta Em-mett Leith (1927-2005) (Fig 11) el tercer personajede esta historia senalo que era erroneo pensar que lainvestigacion en holografıa habıa desaparecido en el pe-riodo comprendido entre 1955 y 1962 sino que en ciertosentido se realizaba de forma ldquoclandestinardquo en dos lab-

oratorios distintos [13 20] Uno de tales ambientes to-talmente invisibles para occidente era el Instituto Vav-ilov de Leningrado en la antigua Union Sovietica en elque Denisyuk trabajaba es su fotografıa de ondas Elotro era un laboratorio clasificado de la Universidad deMichigan cerca de Ann Arbor en los Estados Unidosen el que Leith llevo a cabo la tercera formulacion in-dependiente de la holografıa

Figura 11 - Emmett Leith (1927-2005) (AIP Emilio Segre VisualArchives Physics Today Collection)

Leith habıa entrado en 1952 en este laboratorio paratrabajar en un programa militar secreto relacionadocon el radar de apertura sintetica denominado ProyectoMichigan [19 20 28 29] y durante 1955 y 1956 Leithreformulo la teorıa del radar de apertura sintetica enterminos de la optica fısica y penso registrar sobreuna pelıcula fotografica la informacion de las ondas deradar reflejadas por un objeto para poder reconstruir-las posteriormente mediante metodos opticos Mientrasanalizaba las matematicas que habıa detras del pro-ceso comprobo que en las fotografıas estaba realmenteregistrando un patron interferencial de ondas de radarLeith acababa de reinventar la holografıa En esos dosprimeros anos Leith desarrollo una teorıa completa dela holografıa en la region de las microondas [20 28] y enoctubre de 1956 conocio el trabajo de Gabor a traves deun artıculo publicado por Kirkpatrick y El-Summ [30]comprobando este trabajo tenıa relacion con sus inves-tigaciones sobre radar [20] En el ano 1960 Juris Up-atnieks (1936-) (Fig 12) un joven ingeniero electrico

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comenzo a trabajar con Leith y entre los dos repitieronen su laboratorio de la Universidad de Michigan al-gunos de los experimentos de Gabor primero usandocomo fuente de iluminacion una lampara de mercurio yposteriormente un laser de He-Ne Leith y Upatniekscontaban con una ventaja respecto a Gabor y Denisyukpues a principios de la decada de 1960 ya se disponıade laseres comerciales

Figura 12 - Juris Upatnieks y Emmett Leith (AIP Emilio SegreVisual Archives Physics Today Collection)

Leith y Upatnieks idearon distintas formas de sosla-yar el problema de las imagenes dobles que tanto habıaatormentado a Gabor e idearon la tecnica del haz de re-ferencia inclinado [31] Haciendo uso de su trabajo pre-vio Leith adopto el principio del radar de observacionlateral y en sus primeros experimentos sobre holografıadesplazo el haz de referencia fuera de la direccion delhaz objeto Habıan inventado el holograma fuera deeje conocido tambien como holograma de Leith y Upa-tnieks en el que las ondas objeto y referencia inciden so-bre la misma cara de la placa fotografica pero formandoun cierto angulo entre sı Con ayuda de este nuevo es-quema de registro las imagenes virtual y real quedanseparadas angularmente en la etapa de reconstrucciony se resuelve el problema de Gabor de las imagenesdobles Esta tecnica de holografıa fuera de eje (Fig 13)tuvo un enorme impacto y fue crucial para el avancede la holografıa como una tecnologıa realmente util Amediados de 1963 Leith y Upatnieks publicaron sus re-sultados bajo el nombre de fotografıa sin lentes [32]

En los primeros hologramas fuera de eje que re-alizaron Leith y Upatnieks utilizaron objetos bidimen-sionales textos en color negro sobre fondo blancotextos transparentes sobre fondo negro y fotografıasen blanco y negro En diciembre de 1963 muchosperiodicos americanos como el New York Times y elWall Street Journal publicaron la noticia de la nueva

tecnica de Leith y Upatnieks incluyendo fotografıastanto de los hologramas (una simple imagen borrosairreconocible) como de las imagenes holograficas [20]

El viernes 3 de abril de 1964 en la ultima sesionde la reunion de la Sociedad Americana de Optica cel-ebrada en un hotel de Washington Upatnieks presentosu nuevo trabajo sobre hologramas de objetos tridimen-sionales [20] Al finalizar los quince minutos que durosu exposicion anuncio a los asistentes que podıan verun holograma de un objeto tridimensional en el halldel hotel Se trataba del holograma titulado Train andBird (Fig 14) Cuando se iluminaba el holograma con-venientemente con la luz del laser aparecıa una imagentridimensional que tenıa todas las propiedades del ob-jeto original No fue la charla de Upatnieks sino la ob-servacion de este holograma lo que realmente impacto atodos los asistentes a la reunion Podemos imaginarnosuna larga cola de especialistas en optica esperando conansiedad a que les llegara su turno Todos ellos esta-ban confundidos y a la mayorıa les resultaba imposiblecreer lo que estaban viendo el pequeno tren de jugueteparecıa real detras de la placa fotografica como si real-mente estuviera allı [20 33-35] Muchos preguntaronldquoiquestdonde esta el trenrdquo a lo que Leith contesto ldquolamentotener que decirlo el tren esta de vuelta en Ann Arborrdquo[36] Combinando la luz del laser con la tecnica fuera deeje habıan abierto el mundo de la holografıa al mundoreal de los objetos tridimensionales

Figura 13 - (a) Ona proveniente de un objeto (b) Registro y (c)reconstruccion del holograma fuera de eje del objeto

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Figura 14 - Fotografıa de la imagen de uno de los primeros holo-gramas de transmision de un objeto tridimensional (E N Leithy J Upatnieks ldquoWavefront reconstruction with diffused illumi-nation and three-dimensional objectsrdquo J Opt Soc Am 541295-1381 1964 [37] Figura cortesıa de Juris Upatnieks) Eltren original del que se hizo el holograma puede verse en la Fig12 justo delante de Upatnieks

44 La ldquoexplosionrdquo holografica

En las casi dos decadas transcurridas desde 1947 y 1964la holografıa era un collage construido desde distintasperspectivas [13 20] El concepto de reconstruccion delfrente de onda de Gabor como una nueva forma de mi-croscopıa que habıa interesado solo a unos pocos inves-tigadores y luego fue abandonado la fotografıa de on-das de Denisyuk como una forma de obtener imagenestridimensionales a partir de la fotografıa de Lippmanque inicialmente convencio a pocos cientıficos y la fo-tografıa sin lentes de Leith y Upatnieks formuladatomando como punto de partida la teorıa de la comu-nicacion a partir de investigaciones relacionadas con elradar de apertura sintetica La vision excitante en 1964del holograma tridimensional de Leith y Upatnieks re-activo de ldquoforma explosivardquo el interes por la holografıaCientos de investigadores empezaron a relacionar es-tos tres trabajos realizados de forma independiente yen los anos siguientes a la presentacion del hologramadel tren se publicaron mas de mil artıculos cientıficossobre el registro de hologramas con laser [38] lo quecontrasta con los apenas cincuenta trabajos publica-dos entre 1947 y 1955 Era necesario sin embargobuscar una denominacion unica para este nuevo campoque englobara lo que antes se habıa conocido de tresformas distintas reconstruccion del frente de onda fo-tografıa de ondas y fotografıa sin lentes No esta claroquien acuno el termino ldquoholografıardquo para designar aesta nueva area ya que hay varios investigadores quereclamaron la paternidad del mismo Lo cierto es quela holografıa un campo con un potencial intelectualy comercial extraordinario habıa nacido Es evidenteque la terminologıa cientıfica tiene un gran impacto yno solo a nivel cientıfico sino tambien social filosoficoe incluso economico [39] por lo que la denominacionholografıa para esta lsquonueva cienciarsquo una unica palabra

tenıa todas las de ganarEn 1966 George Stroke (1924-) tambien profesor de

la Universidad de Michigan publico An Introduction toCoherent Optics and Holography [40] el primer libroen el que se exponıan los fundamentos teoricos de lanueva tecnica Se vendieron 3665 copias solo duranteel primer ano un numero respetable para un texto deestas caracterısticas y hasta 1999 habıan sido mas decincuenta mil los ejemplares vendidos [41] Hasta el ano2000 se habıan publicado mas de veinte mil artıculossobre holografıa en revistas especializadas y presentadomas de diez mil comunicaciones en congresos siete milpatentes miles de libros y un numero similar de tesisdoctorales [20]

La primera exposicion de holografıa artıstica tuvolugar en Michigan en 1968 y la segunda en NuevaYork en 1970 mientras que en 1971 comenzo una es-cuela de holografıa en San Francisco la primera en laque cientıficos ingenieros y artistas podıan aprender lanueva tecnica [36] De este modo la holografıa se con-virtio en un ejemplo inusual de campo cientıfico en elque participaron en su desarrollo grupos de personasde muy distinta procedencia desde fısicos e ingenieroshasta artistas [42 43]

La explosion holografica originada gracias a los tra-bajos de Leith y Upatnieks y de otros investigadores dela Universidad de Michigan centro de referencia de laholografıa mundial a mediados de la decada de 1960[20] tambien rehabilito la figura de Gabor que paso deser practicamente un desconocido a estar a finales de losanos sesenta en la lista de los candidatos al premio No-bel La Real Academia Sueca de las Ciencias anunciola concesion del premio Nobel de Fısica a Dennis Ga-bor en 1971 ldquopor la invencion y desarrollo del metodoholograficordquo (Fig 15)

Figura 15 - Galardonados con los premios Nobel de 1971 Deizquierda a derecha Simon Kuznets (economıa) Pablo Neruda(literatura) Earl Sutherland (fisiologıa y medicina) GerhardHerzberg (quımica) y Dennis Gabor (fısica) (Archivo fotograficodel Comite del Premio Nobel)

Gabor consciente de que los trabajos realizados porotros muchos investigadores habıan jugado un papelfundamental en esta concesion finalizo la leccion quepronuncio con motivo de dicha concesion expresando su

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mas sincero agradecimiento a todos ellos que le habıanayudado con su trabajo a conseguir los mas altos hon-ores cientıficos [23]

En esta revision de los orıgenes y desarrollo de laholografıa no podemos a Stephen Benton (1941-2003)(Fig 16) cientıfico del Instituto Tecnologico de Massa-chussets (MIT) [44] que es otro de los investigadoresque mas ha influido en el desarrollo y difusion de laholografıa En 1968 cuando contaba con 27 anos de-sarrollo un tipo de holograma conocido como hologramade arco iris o de Benton [45] que tiene gran importan-cia al tratarse de un holograma de transmision que nonecesita del laser para su reconstruccion sino que sepuede ver con luz blanca creando una imagen en col-ores en funcion del angulo con el que se observa aunquepara ello se sacrifica el paralaje vertical manteniendosolo el horizontal lo cual no tiene mucha importanciaEn cualquier caso el aspecto mas importante es que elholograma de arco iris permite la produccion masivade hologramas utilizando la tecnica de ldquoestampadordquo(embossing en ingles) en plastico aluminizado siendoposible duplicar el holograma millones de veces con unbajo coste Estos hologramas se utilizan en sistemasde seguridad y la primera vez que aparecieron en docu-mentos de este tipo fue en tarjetas de credito en 1983El holograma de arco iris de un aguila aparecio en laportada de la revista National Geographic de marzo de1984 lo que supuso la distribucion de once millones dehologramas en todo el mundo Benton es una piezaclave en el desarrollo de la holografıa moderna y nosolo por sus contribuciones cientıficas y tecnologicassino que tambien destaca su faceta artıstica Bentonsenalo en una ocasion que ldquola creatividad no pertenecesolamente al dominio del arte existe en todas las areasde nuestra existencia y uno de los aspectos mas intere-santes del medio emergente que es la holografıa es larelacion simbiotica que se da entre las ciencias y lasartesrdquo [46]

Figura 16 - Stephen Benton (1941-2003) (Special Issue Trib-ute to Professor Stephen A Benton Holography-SPIErsquos Interna-cional Technical Working Group 15 (2004) Fotografıa de RDRallison)

5 Algunas aplicaciones de la holografıa

En 1986 Leith senalo que ldquola holografıa por sı mismapuede parecer un campo de investigacion no muy am-plio pero si la combinas con otros campos conseguirasun area lo suficientemente grande para poder dedi-carle toda una vidardquo [43] y prueba de ello es que latecnica holografica ha proporcionado y sigue proporcio-nando innumerables aplicaciones en multitud de cam-pos cientıficos y tecnologicos Entre ellos podemosmencionar la interferometrıa holografica [47] que per-mite analizar las deformaciones de un objeto debidasa esfuerzos vibraciones o variaciones de temperaturavisualizar los modos de vibracion de altavoces instru-mentos musicales o complejas estructuras o realizar en-sayos no destructivos Fueron Powell y Stetson (miem-bros del Grupo de Optica de la Universidad de Michi-gan) los que en 1964 descubrieron de forma accidentallas franjas de interferencia en el holograma de un ob-jeto deformado [20] aunque ese mismo ano tambienLeith y Upatnieks por un lado y Hildebrand y Haines(tambien de la Universidad de Michigan) por otro sedieron cuenta de las posibilidades de la holografıa eninterferometrıa [20] La Fig 17 muestra el estudio me-diante interferometrıa holografica en tiempo real de ladistribucion de temperatura en el interior de una bom-billa [48] A lo largo de las lıneas que aparecen en elinterferograma la temperatura es constante

Figura 17 - Estudio mediante interferometrıa holografica de ladistribucion de temperatura en el interior de una bombilla [8]

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La holografıa tambien se ha aplicado al analisis departıculas [49] microscopicas siendo posible analizarsu tamano posicion desplazamiento y velocidad Per-mite estudiar desde aerosoles hasta el plancton marinoe incluso se ha utilizado para analizar la dinamica departıculas microscopicas y el crecimiento de cristales encondiciones de microgravedad mediante experimentosrealizados a bordo del trasbordador espacial Discoveryen los que se registraron mas de mil hologramas [50]

Tambien se fabrican elementos opticos holograficos[51] como lentes espejos redes de difraccion y otros dis-positivos mas complejos como concentradores solaresinterconectares de fibras opticas scanners con los quese leen los codigos de barras o los visores que utilizanlos pilotos de aviones conocidos como head-up displaysy cuya funcion es formar la imagen en el infinito de lainformacion presentada en una pantalla y superponerlacon los objetos observados en el mundo exterior

Se pueden obtener hologramas generados por orde-nador siendo posible realizar figuras geometricas en elespacio o representar objetos en vıas de fabricacion sinque sea necesario construir modelos Estos hologramasson solo una parte de un campo mas amplio conocidocomo holografıa digital [52]

Los hologramas de seguridad [53] son quizas la apli-cacion mas importante de la holografıa desde el puntode vista comercial La dificultad tecnica que tiene la re-alizacion de algunos hologramas y el hecho de que solocon medios tecnicos complejos y sofisticados sea posi-ble producir en serie copias de un holograma originalhan hecho de la holografıa una tecnica adecuada parasistemas de seguridad como los utilizados en tarjetasde credito billetes de banco (Fig 18) documentos deidentidad o etiquetas de productos comerciales inclui-dos algunos productos farmaceuticos que se comercial-izan en el sudeste asiatico donde la venta de medicinasilegales esta muy extendida [54]

Figura 18 - Hologramas de seguridad de billetes

En nuestra sociedad dominada por las tecnologıas

de la informacion la utilizacion de la holografıa en elalmacenamiento de informacion es una de las aplica-ciones que presentan en estos momentos mas futuro einteres [55 56] Mediante el multiplexado se puede reg-istrar un gran numero de hologramas en una mismaplaca y posteriormente es posible recuperar la infor-macion separadamente Este es el principio de lasmemorias holograficas [57] en las que se puede almace-nar en poco espacio una gran cantidad de informacionAunque las mayores dificultades tecnicas para llevarla ala practica han estado relacionadas con la obtencion deun material de registro adecuado ya se han fabricadolos primeros prototipos de sistemas de almacenamientoholografico con discos holograficos con una capacidadde almacenamiento de 300 Gb el equivalente a mas desesenta DVDs en un solo disco y se sigue investigandopara obtener mayores capacidades de almacenamientoincluso del orden del Tb

En cuanto a la idea original de Gabor de utilizarla holografıa en la mejora de la calidad de imagen delmicroscopio electronico hubo que esperar casi cuarentaanos para poder disponer de haces coherentes de elec-trones que hicieran posible llevar a cabo esta aplicacion[58]

En el ano 1968 se publico en la revista Leonardoun artıculo en el que se senalaba la posibilidad deutilizar la holografıa como una nueva forma de arte[59] y algunos artistas se adentraron en la aventuraholografica como Salvador Dalı que realizo en 1972una exposicion que incluıa hologramas en la GalerıaKnoedler de Nueva York a la que asistio el propio Ga-bor Casi simultaneamente Harriet Casdin-Silver [60-62] en Estados Unidos Margaret Benyon [63-65] enGran Bretana y Carl Frederich Reutersward [66] enSuecia iniciaban su andadura en el intento de utilizarla holografıa con fines creativos [67] Casdin-Silver seinicio en el MIT bajo la tutela de Benton mientras queReutersward fue asistido tecnicamente por cientıficossuecos como Nilsson Abramson o Bjelkhagen [20] loque es una prueba mas de la colaboracion entre artistasy cientıficos en el campo de la holografıa Es evidenteque la caracterıstica de la holografıa que inicialmente seimpone con mas fuerza es su capacidad de reproducirimagenes tridimensionales de gran realismo a veces tanautentico como el de los objetos realmente existentes[67] Este efecto es sin duda especialmente sorprendenteen aquellos hologramas en los que la imagen reconstru-ida ldquoflotardquo en el aire saliendose de la placa holograficasin que seamos capaces asir con nuestras manos los ob-jetos que aparentemente estan ahı ante nuestros ojos[67] (Fig 19) Es evidente por tanto que la holografıaposee un innegable interes como una de las tecnicas masrevolucionarias de creacion de imagenes tridimension-ales y su capacidad de atraccion-fascinacion es enorme[2 68]

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Figura 19 - Fotografıa del holograma de reflexion de una camarafotografica antigua (Deutsches Museum Munich Alemania) Fo-tografıa de A Belendez

Frente al espacio estatico y constante de la pin-tura o la fotografıa el espacio holografico implica elmovimiento del espectador y una variacion de la imagenen tanto en cuanto se producen angulos de vision distin-tos en la percepcion dinamica de la imagen holografica[2 68] Lejos de ser una ventana fija abierta a un es-pacio fijo el holograma actua en este caso como unaventana con memoria [13 68] En la Fig 20 se mues-tran tres fotografıas de una misma placa holografica enel que hay multiplexados tres hologramas que puedenobservarse mirando desde la izquierda el frente y laderecha de la placa

Ha habido ademas un gran numero de artistas quehan explorado las posibles interacciones de la holografıacon otros medios como la pintura la escultura la fo-tografıa etc [67] y tambien goza cada vez mas de fa-vor la integracion de la holografıa en entornos arqui-tectonicos [69] tendencia que se ve favorecida por lamejora de la tecnica en la obtencion de hologramas degran formato como por ejemplo los hologramas de luzblanca del hall de la Universidad de Bremen Alemaniautilizados para la distribucion de la luz del Sol [70]

Tambien es posible realizar retratos holograficos yel primero de ellos fue realizado en Michigan la noche deHalloween de 1967 y fue un autorretrato de LawrenceSiebert [71] Utilizando laseres pulsantes es posible re-alizar retratos holograficos pues la alteracion de la es-cena a registrar es practicamente nula durante el tiempode duracion del pulso Un retrato holografico historicoes el holograma de transmision de Gabor [72] realizadoen 1971 con motivo de la concesion del Premio Nobel(Fig 21)

Figura 20 - Tres fotografıas de la misma placa holografica enla que hay multiplexados tres hologramas de reflexion obser-vando desde (a) la izquierda (b) el frente y (c) la derecha de laplaca (Deutsches Museum Munich Alemania) Fotografıas deA Belendez

1602-14 Belendez

Figura 21 - Dennis Gabor junto con su retrato holografico real-izado en 1971 por R Rhinehart de la McDonell Douglas Elec-tronics Corporation (The MIT Museum ndash Holography Collectionfrom the Museum of Holography)

La holografıa tambien se utiliza en los museos parasustituir algunos de sus objetos delicados y valiosospor hologramas de los mismos Este es por ejemploel caso del Hombre de Lindow una momia de masde 2300 anos de antiguedad encontrada en CheshireInglaterra en 1984 El original se encuentra en unacamara del Museo Britanico en Londres con temper-atura y humedad controladas mientras que se hizo unholograma de la momia tanto para exponerlo al publicocomo para que distintos investigadores pudieran estudi-arla La realizacion de hologramas de piezas valiosas hahecho posible que estas puedan observarse en lugaresdistintos de los que realmente se encuentran Holo-gramas del tipo Denisyuk se utilizaron en la antiguaUnion Sovietica y en otros paıses para la conservacionde obras de arte consideradas tesoros arqueologicosa traves de un vasto programa de colaboracion entrefısicos y museologos De hecho en muchas ocasionesse hace uso de la tecnica de Denisyuk para sustituirlos objetos originales por hologramas en exposicionesitinerantes Por ejemplo el Museo de Holografıa deParıs dispone de colecciones con una riqueza y diver-sidad unicas contiene hologramas gigantes algunos deellos visibles con luz blanca y otros con luz del laserjunto con una importante coleccion de representacionesholograficas de obras que se encuentran expuestas en elMuseo del Hermitage de San Petersburgo y en el MuseoHistorico de Kiev [2] Entre las piezas de que dispone seencuentra un holograma del sable de Napoleon y otrodel baston del mariscal Davout A mediados de losanos ochenta se realizaron una serie de hologramas dereflexion sobre el tesoro de Villena en la Universidad deAlicante Espana (Fig 22) [48]

Mediante la utilizacion de tres laseres con longitudesde onda en las zonas de los tres colores primarios [2 73]la tecnica de Denisyuk permite el registro y la recon-struccion de imagenes en color con una calidad impens-able La fidelidad en la reproduccion de formas coloresy brillos es tan espectacular que es difıcil decir si lo quese ve es el objeto mismo detras de una ventana de vidrio

o una reproduccion holografica

Figura 22 - (a) Fotografıas de hologramas de reflexion del Tesorode Villena y (b) detalle de uno de ellos (hologramas realizados porel Dr Jose Antonio Quintana Centro de Holografıa Universidadde Alicante 1984)

Para terminar senalar que la holografıa puede apli-carse utilizando una gran parte del espectro electro-magnetico desde imagenes con microondas y radarpasando por los infrarrojos el espectro visible y laradiacion ultravioleta hasta los rayos X Tambien sepueden utilizar haces de electrones o neutrones e in-cluso ondas sonoras Existen hologramas artısticos re-tratos holograficos hologramas en color y tambien seencuentran hologramas en las tiendas de regalos en li-bros en museos en tarjetas de felicitacion o en sellosde correos Los hologramas de seguridad son un grannegocio las tarjetas de credito generan cientos de mil-lones de hologramas al ano o quizas mas y algo parecidosucede con los billetes de banco hay hologramas en lasetiquetas de ciertos productos e incluso ya se han in-

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cluido hologramas en ropa deportiva para asegurar suautenticidad y distinguirla de las imitaciones La inter-ferometrıa holografica es una tecnica que se aplica enareas muy diversas los elementos opticos holograficosse emplean es sistemas opticos muy variados el almace-namiento holografico de informacion es ya una realidady la holografıa aparece tambien en investigaciones defısica fundamental como la teorıa de la relatividad o lafısica cuantica

Trascurridos sesenta anos desde su invencion y a pe-sar de sus erraticos inicios la holografıa ha demostradotener un gran pasado y un magnıfico presente perodesde luego lo innegable es que sigue teniendo un fu-turo prometedor [74]

Agradecimientos

Deseo expresar mi mas sincero agradecimiento al DrJuan Ramon Rivera Vicerrector de Relaciones Insti-tucionales de la Universidad de Alicante (UA) en elmomento de la lectura de la leccion inaugural y al Ser-vicio de Protocolo de la UA por el apoyo y colabo-racion prestados durante la preparacion de la leccionTambien quiero agradecer a la Dra Inmaculada Pas-cual Catedratica de Optica de la UA el haber leıdo ycorregido en mas de una ocasion el manuscrito originalası como sus sugerencias y comentarios que indudable-mente mejoraron el texto inicial de la leccion Final-mente agradezco al Dr Sean F Johnston de la Univer-sidad de Glasgow el haberme enviado copia de variosde sus artıculos relacionados con el origen y desarrollode la holografıa

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comcwsarticleprint9746) salto a las paginas deThe New York Times La belleza de estos experimen-tos radica quizas en que su denominador comun esla maxima simplicidad de medios para su realizacion yla gran capacidad de cambiar el planteamiento domi-nante que ofrecieron sus conclusiones El orden del re-sultado de la encuesta por numero de votos fue el sigu-iente interferencia de los electrones al pasar por unadoble rendija (Bohr De Broglie Heisenberg y otros)caıda libre de los cuerpos (Galileo) determinacion dela carga del electron (Millikan) descomposicion de laluz del Sol por un prisma (Newton) interferencia dela luz de la doble rendija (Young) medida de la con-stante de la gravitacion universal con una balanza detorsion (Cavendish) medida de la circunferencia de laTierra (Eratostenes) caıda de los cuerpos en planos in-clinados (Galileo) descubrimiento del nucleo atomico(Rutherford) y movimiento de la Tierra (el pendulo deFoucault) El experimento que quedo en el undecimolugar fue el principio de Arquımedes de la hidrostatica

[8] M Lozano De Arquımedes a Einstein Los DiezExperiementos mas Bellos de la Fısica (DebateBarcelona 2005)

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1602-4 Belendez

y en forma de franjas de interferencia la informacionnecesaria para posteriormente reconstruir un frente deonda casi identico al que dio lugar a esa informacionEl material fotosensible impresionado y procesado so-porte de esta informacion constituye el holograma delgriego ldquoholosrdquo que significa la totalidad [12] Una difer-encia fundamental entre la holografıa y la fotografıa esque en aquella en vez de almacenarse la imagen bidi-mensional del objeto se almacena informacion suficientepara poder reconstruir la onda objeto misma Puededecirse que la holografıa permite ldquocongelarrdquo la ondaprocedente del objeto y posteriormente ldquoponerla otravez en marchardquo por lo que como senala Abramsonldquoun holograma es ciertamente como una ventana conmemoriardquo [13]

En la etapa de registro se hace interferir la onda emi-tida o difundida por un objeto con una onda de referen-cia conocida (Fig 5) El ldquocodigo holograficordquo consisteen ldquomezclarrdquo la onda objeto con la onda de referenciay registrar su patron interferencial en un material foto-sensible como una pelıcula fotografica dando lugar alholograma Este contiene informacion codificada tantode la amplitud como de la fase de la onda objeto Paradecodificar la informacion almacenada en el hologramay reconstruir de este modo una replica de la onda ob-jeto original en la etapa de reconstruccion se ilumina elholograma con una onda analoga a la onda de referenciautilizada en la etapa de registro Esta onda es difrac-tada por la compleja estructura de franjas almacenadaen el holograma generandose una onda imagen de car-acterısticas similares a la onda objeto original De estaforma si se mira a traves del holograma se vera unaimagen tridimensional del objeto aun cuando este yano se encuentre allı pues se dispone de su onda y esesta la que alcanza nuestros ojos Este frente de ondaimagen reconstruido es practicamente indistinguible dela onda original procedente del objeto y puede producirtodos los efectos visuales del haz primitivo

Figura 5 - Registro y reconstruccion de un holograma

4 Los distintos ldquoorıgenesrdquo de la holo-grafıa

Existe la falsa creencia popular de que la ciencia es unaempresa impersonal desapasionada y completamenteobjetiva Mientras que la mayor parte de las otras ac-tividades humanas estan dominadas por modas y capri-chos se supone que la ciencia se atiene a reglas de pro-cedimiento establecidas y pruebas rigurosas Lo quecuenta son los resultados y no las personas que los con-siguen Nada mas lejos de la realidad La ciencia comocualquier empresa humana es una actividad impulsadapor personas y esta igualmente sujeta a modas y capri-chos a pasiones y casualidades a fracasos y exitos Losinicios de la holografıa son un claro ejemplo de todo elloAunque en el devenir de la holografıa sobre todo en susprimeros anos pueden encontrarse numerosos heroes eincluso algunos villanos lo cierto es que sus principalesprotagonistas fueron tres [14-16] El primero fue Den-nis Gabor (1900-1979) un ingeniero hungaro afincadoen Inglaterra inventor de la tecnica holografica que eldenomino reconstruccion del frente de onda y por la querecibio el premio Nobel de fısica en 1971 Sin embargoesta idea no habrıa pasado de ser un white elephant [1718] un objeto superfluo y sin aplicaciones si no hu-biera sido por la aparicion de dos nuevos personajes enescena Yuri Denisyuk (1927-2006) en la antigua UnionSovietica y sobre todo Emmett Leith (1927-2005) enlos Estados Unidos Tambien fueron tres los lugares ndashy ademas muy diferentesndash en los que la holografıa diosus primeros pasos un laboratorio industrial de unaempresa de ingenierıa electrica en Rugby Inglaterraun instituto cientıfico estatal en lo que era entoncesLeningrado en la antigua Union Sovietica y un labo-ratorio de investigacion clasificado de la Universidad deMichigan que trabajaba en proyectos para el ejercito delos Estados Unidos en Willow Run cerca de Ann Ar-bor Sin embargo todavıa hay un protagonista masque no se puede dejar de mencionar pues fue el revul-sivo que reactivo la holografıa de forma ldquoexplosivardquo aprincipios de la decada de 1960 el laser uno de losmas importantes y versatiles instrumentos cientıficosTheodore Maiman (1927-2007) un fısico de los labora-torios de investigacion Hughes obtuvo el 16 de mayo de1960 su primera emision laser Poco despues Mainmantenıa listo un laser de rubı Como anecdota mencionarque Mainman envio un artıculo a una de las revistas defısica mas prestigiosas el Physical Review (hoy Phys-ical Review Letters) Sin embargo sorprendentementeel editor rechazo el artıculo Por esta razon el primeranuncio del laser aparecio en la revista britanica Na-ture en 1960 El laser es de gran importancia no solopor sus multiples aplicaciones cientıficas y tecnicas sinoporque fue un factor crucial en el renacer de la optica[19] Alrededor de 1950 precisamente en la epoca enque Gabor inicio sus trabajos sobre holografıa la opticase consideraba una disciplina con un gran pasado pero

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sin visos de tener un gran futuro Sin embargo el lasercambio esta percepcion drasticamente Junto con el re-nacer de la holografıa el laser dio lugar a un desarrollonuevo y vigoroso de la optica en campos como la op-toelectronica la optica no lineal o las comunicacionesopticas desarrollo que continua en la actualidad

41 La ldquoreconstruccion del frente de ondardquo deGabor

Dennis Gabor (Fig 6) nacio en 1900 en Budapest Deascendencia judıa su familia paterna provenıa de Ru-sia mientras que su familia materna de Espana [20 21]posiblemente de una familia de judıos sefardıes llega-dos a Hungrıa en el siglo XVIII Fueron Julio Verne yquizas el mas grande de todos los inventores ThomasEdison los ıdolos en su ninez [20] Aunque la fısicale fascinaba el joven Gabor decidio estudiar ingenierıa[20 21] Como el mismo escribio mas tarde ldquoser fısicono era todavıa una profesion en Hungrıa con un totalde media docena de catedras de fısica y iquestquien podrıahaber sido tan presuntuoso para aspirar a una de ellasrdquo[22] Gabor inicio estudios de ingenierıa mecanica en laUniversidad Politecnica de Budapest que concluyo enal Universidad de Berlın donde obtuvo el Diploma enIngenierıa Electrica en 1923 y el Tıtulo de Doctor Inge-niero en 1927 Ese mismo ano entro a trabajar en unode los laboratorios de fısica de la companıa Siemens deBerlın en la que comenzo a desarrollar algunos de susmultiples inventos Prueba de su fructıfera labor comoinventor es que realizo 62 patentes entre 1928 y 1971[21]

Figura 6 - Dennis Gabor (1900-1979) (AIP Emilio Segre VisualArchives Physics Today Collection)

Dennis Gabor forma parte de una emigracion dehungaros brillantes todos nacidos entre 1879 y 1908[20] entre los que se encontraban ademas de Gaborel biofısico Georg von Bekesy (1899-1972) ndashpremio No-bel de fisiologıa y medicinandash Theodore von Karman(1881-1963) ndashinvestigador en aerodinamicandash el pionerode la informatica John von Neumann (1903-1957) ylos fısicos nucleares Leo Szilard (1989-1964) Edward

Teller (1908-2003) ndashpadre de la bomba de hidrogenondash yEugene Wigner (1902-1995) ndashpremio Nobel de fısicandashAdemas Gabor von Karman von Neumann SzilardTeller y Wigner habıan nacido en el mismo barrio deBudapest

En 1933 y tras le llegada de Hitler al poder a Ga-bor no le fue renovado su contrato con la companıaSiemens debido a su origen judıo por lo que tuvo queabandonar Alemania Tras una breve estancia en Bu-dapest y gracias a la intervencion de su amigo el inge-niero Allibone [20] Gabor marcho a Inglaterra en 1934donde comenzo a trabajar en la British Thomson Hous-ton Company Durante la Segunda Guerra Mundial sucompanıa se dedico a desarrollar distintos dispositivospara el ejercito britanico sobre todo relacionados conel radar pero Gabor fue excluido de dichas investiga-ciones aunque podıa seguir trabajando fuera de la zonade seguridad de la empresa en la mejora del microscopioelectronico [20] Con este instrumento se habıa aumen-tado en cien veces el poder de resolucion de los mejoresmicroscopios opticos y se estaba muy cerca de resolverlas estructuras atomicas La longitud de onda de DeBroglie asociada a los electrones rapidos alrededor deuna decima de angstrom era lo bastante pequena perolos sistemas no eran lo bastante perfectos [2] Su lim-itacion estaba relacionada con la aberracion esferica delas lentes magneticas del microscopio Para resolvereste problema Gabor se planteo la siguiente preguntaldquoiquestpor que no tomar una mala imagen electronica peroque contenga la informacion lsquototalrsquo reconstruir la onday corregir por metodos opticosrdquo [23] La contestaciona esta pregunta se le ocurrio en 1947 mientras esper-aba para jugar un partido de tenis [22] y consistıa enconsiderar un proceso en dos etapas En la primeraetapa el registro con el haz de electrones del microsco-pio electronico producirıa la imagen interferencial en-tre el haz objeto y un fondo coherente (haz de refer-encia) imagen que registrarıa en una placa fotograficaAl interferograma ası obtenido lo llamo holograma dela palabra griega holos el todo ya que contiene la in-formacion total (la amplitud y la fase) de la onda ob-jeto En la segunda etapa la reconstruccion iluminarıamediante luz visible que difractada por el hologramareconstruirıa el frente de onda original y lo podrıa cor-regir para obtener una buena imagen Como ya se hasenalado anteriormente para conseguir franjas de in-terferencia contrastadas era necesario disponer de unafuente de iluminacion de gran coherencia la cual no ex-istıa en aquellos anos A pesar de ello Gabor realizoen 1948 el primer holograma utilizando en el registroy en la reconstruccion luz filtrada proveniente de unalampara de mercurio que constituıa una de las mejoresfuentes de luz coherente antes del laser El objeto queutilizo Gabor para realizar el primer holograma fue unadiapositiva circular transparente de apenas 14 mm dediametro y que contenıa el nombre de tres fısicos a losque Gabor consideraba importantes por haber puesto

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los fundamentos fısicos de su tecnica de reconstrucciondel frente de onda Huygens Young y Fresnel Losresultados fueron presentados en Londres en una con-ferencia sobre microscopıa electronica en 1948 (Fig 7)y publicados ese mismo ano en un breve artıculo en larevista Nature de apenas dos paginas [24] En septiem-bre de 1948 el periodico New York Times publico laprimera noticia sobre esta nueva tecnica y en diciembreGabor presento una patente relacionada con la mejorade imagen en microscopıa electronica (Fig 8) [25]

Figura 7 - Poster de la conferencia de Gabor de 1948 (The MITMuseum ndash Holography Collection from the Museum of Hologra-phy)

En el ano 1949 Gabor consiguio un puesto de pro-fesor de Electronica en el Imperial College de Londresfundamentalmente gracias a la buena acogida que tuvosu tecnica de la reconstruccion del frente de onda entrecientıficos como Lawrence Bragg y Max Born ambospremios Nobel de Fısica y Charles Darwin nieto delevolucionista y Director en aquel entonces del Labora-torio Nacional de Fısica de Gran Bretana [16] En losanos siguientes la tecnica fue estudiada por unos pocosinvestigadores ademas de Gabor [20] entre ellos se en-contraban Gordon Rogers (1916-) un antiguo estudi-ante de doctorado de Lawrence Bragg Paul Kirkpratick(1894-1992) en la Universidad de Stanford en Califor-nia y sus estudiantes Albert Baez (1912-2007) (padrede las cantantes folk Joan Baez y Mimi Farina) y Hus-sein El-Sum (1925-1978) y algo mas tarde por AdolfLohmann (1928-) en Alemania El-Sum fue el que re-alizo la primera tesis doctoral sobre holografıa de la his-toria presentada en el ano 1952 Sin embargo todos el-

los solo consiguieron hologramas de imagenes pequenasy borrosas y hacia 1954 Gabor estaba sumamentefrustrado e intentando sin apenas exito convencer asus colaboradores que continuaran con las investiga-ciones que el habıa iniciado apenas siete anos antesSin embargo todos ellos habıan perdido el interes porla holografıa fundamentalmente debido a dos razonesuna relacionada con la imposibilidad de obtener resulta-dos optimos cuando aplicaban el metodo al microscopioelectronico y la otra con la segunda etapa del procesola reconstruccion optica del holograma que era clara-mente imperfecta El metodo de Gabor generaba unholograma en eje conocido como holograma de Gaborcuya calidad de imagen era bastante pobre pues unproblema basico es que al reconstruir el holograma seforman dos ondas una divergente analoga a la ondaobjeto que forma una imagen virtual detras del holo-grama y una convergente que forma una imagen realdelante del holograma conocida como imagen conju-gada Puede contemplarse la imagen virtual o la realpero siempre con la otra desenfocada como fondo

Figura 8 - Patente sobre la mejora de la resolucion del microsco-pio electronico (P Greguss ldquoDennis Gabor ndash Inventor of rdquoProc SPIE 4149 1 2000)

Entre 1948 y 1955 se publicaron unos cincuentaartıculos sobre el metodo de reconstruccion del frentede onda de Gabor y hacia 1955 tras investigar varios

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montajes opticos para intentar minimizar el efecto de laimagen conjugada Gabor abandono tranquilamente susinvestigaciones Algunos colaboradores de Gabor cali-ficaron la tecnica de reconstruccion del frente de ondacomo un white elephant no teniendo como algunosde sus inventos anteriores ninguna perspectiva comer-cial En su autobiografıa Gabor senala que su invencionde la holografıa habıa sido un ejercicio de serendip-ity [22] ldquodon de descubrir cosas sin proponerselordquo undescubrimiento cientıfico afortunado e inesperado re-alizado accidentalmente El objetivo original era con-seguir una mejora del microscopio electronico lo que ensu momento no tuvo ningun exito y solo en la decada de1990 llego a realizarse de forma practica Sin embargotras la invencion del laser su idea original dio lugar ainnumerables aplicaciones cientıficas y tecnologicas enareas muy diferentes todas ellas impensables para Ga-bor ademas de proporcionar un nuevo medio para elarte

42 La ldquofotografıa de ondasrdquo de Denisyuk

Como ya se ha senalado en 1958 los investigadores quehabıan iniciado los primeros trabajos sobre la recons-truccion del frente de onda ya la habıan abandonadocompletamente y habıan cambiado de campo de inves-tigacion Mientras Gabor ya era catedratico en el Im-perial College de Londres y estaba estudiando proble-mas relacionados con la fusion nuclear al tiempo queescribıa sobre las relaciones entre la ciencia y la so-ciedad su equipo de la companıa britanica de inge-nierıa electrica estaba ahora centrado en la mejora deldiseno de sus microscopios electronicos comerciales Sinembargo aproximadamente por esas fechas el conceptode reconstruccion del frente de onda de Gabor estabasiendo reinventado en un contexto diferente por YuriDenisyuk (1927-2006) (Fig 9) un investigador que tra-bajaba de forma aislada y que estaba realizando unaserie de estudios similares en el centro de investigacionoptica mas importante de la antigua Union Sovieticael Instituto Estatal de Optica Vavilov en Leningrado[20 26]

Figura 9 - Yuri Denisyuk (1927-2006) con su retrato holograficode reflexion (H J Caulfield Ed The Art and Science of Holog-raphy A Tribute to Emmett Leith and Yuri Denisyuk SPIEPress Bellingham 2003)

En 1954 y bajo la supervision de Alexander ElkinDenisyuk comenzo a trabajar en el campo de la in-strumentacion optica para la armada sovietica y en1958 decidio doctorarse por lo que Elkin le permitiodedicar parte de su tiempo a llevar a cabo investiga-ciones para que pudiera realizar su tesis doctoral bajola direccion de Eugenii Iudin otro colega del labora-torio [20] Aunque Iudin fallecio pocos meses despuesdurante los anos siguientes Denisyuk fue capaz de con-tinuar su tesis doctoral sin contar con un director detesis y bajo la unica supervision de Elkin quien leproporcionaba cierto material para seguir realizandolas experiencias de laboratorio que el propio Denisyukdisenaba En sus investigaciones iniciales sobre holo-grafıa Denisyuk se inspiro tras la lectura del libro deciencia ficcion Star Ships del escritor ruso Efremov Elpropio Denisyuk escribio en una ocasion que uno de losepisodios de este libro le impresiono profundamente [2026] En este unos arqueologos mientras trabajaban enuna excavacion encontraron accidentalmente una ex-trana placa Tras limpiar su superficie y detras de unacapa completamente transparente aparecio una caramirandolos La cara estaba aumentada por medio dealgun procedimiento optico tenıa tres dimensiones y ungran realismo sobre todo en sus ojos A Denisyuk se leocurrio la idea de crear tales fotografıas por medio de laoptica moderna lo que anos mas tarde consiguio medi-ante lo que se conoce como holograma de reflexion Estetipo de hologramas que recibieron el nombre de su in-ventor holograma de Denisyuk presentan la propiedadde que su reconstruccion se hace con luz blanca

Para fabricar sus hologramas Denisyuk hacıa in-cidir las ondas objeto y referencia por las caras opues-tas de la placa fotografica (Fig 10) El objeto lo situ-aba junto a una de las caras de la placa e iluminaba laotra cara con un haz de luz filtrado proveniente de unalampara de mercurio La onda luminosa tras atravesarla placa incide sobre el objeto y la onda reflejada poreste interfiere con la onda incidente dando lugar a unpatron de ondas estacionarias que puede ser registrandoen la placa fotografica Esta placa una vez revelada seilumina con un haz de reconstruccion de luz blanca yel objeto aparece en su posicion original y aproximada-mente del mismo color que el de la luz empleada enel registro En 1962 publico su descubrimiento bajo elnombre de fotografıa de ondas Las fuentes luminosasque disponıa Denisyuk eran lamparas de mercurio porlo que sus hologramas eran de objetos con poca pro-fundidad como espejos convexos con grandes radios decurvatura Mas adelante Denisyuk lamentaba no haberutilizado objetos con relieve como monedas ya que enese caso habrıa demostrado la posibilidad de utilizar sutecnica para formar imagenes de objetos tridimension-ales lo que desde luego habrıa proporcionado un mayorexito a sus investigaciones [26]

Tras completar su tesis doctoral en 1961 Denisyukvolvio a sus antiguas investigaciones sobre instru-

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mentacion optica siendo muy limitadas sus oportu-nidades para continuar su trabajo sobre fotografıa deondas [26] por lo que la investigacion en esta tecnicalanguidecio en la Union Sovietica en los anos siguientesy para sus contemporaneos la conexion de su trabajocon la reconstruccion del frente de onda de Gabor eramarginal siendo ambos esquemas esteriles y sin posi-bles aplicaciones La fotografıa de ondas de Denisyukrecibida al principio con gran escepticismo e incluso concierto menosprecio [27] jugo un papel trascendental enla evolucion futura de la holografıa Las investigacionesde Denisyuk no fueron conocidas fuera de las fronterasde la antigua Union Sovietica hasta finales de la decadade 1960 y su posicion cambio como la de Gabor gra-cias a los trabajos de Leith y Upatnieks aunque nofue hasta 1970 cuando sus contribuciones obtuvieron elreconocimiento mundial

Figura 10 - Registro y reconstruccion de un holograma de re-flexion (YN Denisyuk ldquoMy way in Holographyrdquo Leonardo 25425 (1992) Dibujo original de Yuri Denisyuk)

43 La ldquofotografıa sin lentesrdquo de Leith

Cuando Gabor pronuncio su discurso con motivo de laconcesion del premio Nobel indico que ldquohacia 1955 laholografıa entro en una larga hibernacion hasta la in-vencion del laser a comienzos de los anos sesentardquo [2022] Sin embargo esta afirmacion no es correcta Em-mett Leith (1927-2005) (Fig 11) el tercer personajede esta historia senalo que era erroneo pensar que lainvestigacion en holografıa habıa desaparecido en el pe-riodo comprendido entre 1955 y 1962 sino que en ciertosentido se realizaba de forma ldquoclandestinardquo en dos lab-

oratorios distintos [13 20] Uno de tales ambientes to-talmente invisibles para occidente era el Instituto Vav-ilov de Leningrado en la antigua Union Sovietica en elque Denisyuk trabajaba es su fotografıa de ondas Elotro era un laboratorio clasificado de la Universidad deMichigan cerca de Ann Arbor en los Estados Unidosen el que Leith llevo a cabo la tercera formulacion in-dependiente de la holografıa

Figura 11 - Emmett Leith (1927-2005) (AIP Emilio Segre VisualArchives Physics Today Collection)

Leith habıa entrado en 1952 en este laboratorio paratrabajar en un programa militar secreto relacionadocon el radar de apertura sintetica denominado ProyectoMichigan [19 20 28 29] y durante 1955 y 1956 Leithreformulo la teorıa del radar de apertura sintetica enterminos de la optica fısica y penso registrar sobreuna pelıcula fotografica la informacion de las ondas deradar reflejadas por un objeto para poder reconstruir-las posteriormente mediante metodos opticos Mientrasanalizaba las matematicas que habıa detras del pro-ceso comprobo que en las fotografıas estaba realmenteregistrando un patron interferencial de ondas de radarLeith acababa de reinventar la holografıa En esos dosprimeros anos Leith desarrollo una teorıa completa dela holografıa en la region de las microondas [20 28] y enoctubre de 1956 conocio el trabajo de Gabor a traves deun artıculo publicado por Kirkpatrick y El-Summ [30]comprobando este trabajo tenıa relacion con sus inves-tigaciones sobre radar [20] En el ano 1960 Juris Up-atnieks (1936-) (Fig 12) un joven ingeniero electrico

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comenzo a trabajar con Leith y entre los dos repitieronen su laboratorio de la Universidad de Michigan al-gunos de los experimentos de Gabor primero usandocomo fuente de iluminacion una lampara de mercurio yposteriormente un laser de He-Ne Leith y Upatniekscontaban con una ventaja respecto a Gabor y Denisyukpues a principios de la decada de 1960 ya se disponıade laseres comerciales

Figura 12 - Juris Upatnieks y Emmett Leith (AIP Emilio SegreVisual Archives Physics Today Collection)

Leith y Upatnieks idearon distintas formas de sosla-yar el problema de las imagenes dobles que tanto habıaatormentado a Gabor e idearon la tecnica del haz de re-ferencia inclinado [31] Haciendo uso de su trabajo pre-vio Leith adopto el principio del radar de observacionlateral y en sus primeros experimentos sobre holografıadesplazo el haz de referencia fuera de la direccion delhaz objeto Habıan inventado el holograma fuera deeje conocido tambien como holograma de Leith y Upa-tnieks en el que las ondas objeto y referencia inciden so-bre la misma cara de la placa fotografica pero formandoun cierto angulo entre sı Con ayuda de este nuevo es-quema de registro las imagenes virtual y real quedanseparadas angularmente en la etapa de reconstrucciony se resuelve el problema de Gabor de las imagenesdobles Esta tecnica de holografıa fuera de eje (Fig 13)tuvo un enorme impacto y fue crucial para el avancede la holografıa como una tecnologıa realmente util Amediados de 1963 Leith y Upatnieks publicaron sus re-sultados bajo el nombre de fotografıa sin lentes [32]

En los primeros hologramas fuera de eje que re-alizaron Leith y Upatnieks utilizaron objetos bidimen-sionales textos en color negro sobre fondo blancotextos transparentes sobre fondo negro y fotografıasen blanco y negro En diciembre de 1963 muchosperiodicos americanos como el New York Times y elWall Street Journal publicaron la noticia de la nueva

tecnica de Leith y Upatnieks incluyendo fotografıastanto de los hologramas (una simple imagen borrosairreconocible) como de las imagenes holograficas [20]

El viernes 3 de abril de 1964 en la ultima sesionde la reunion de la Sociedad Americana de Optica cel-ebrada en un hotel de Washington Upatnieks presentosu nuevo trabajo sobre hologramas de objetos tridimen-sionales [20] Al finalizar los quince minutos que durosu exposicion anuncio a los asistentes que podıan verun holograma de un objeto tridimensional en el halldel hotel Se trataba del holograma titulado Train andBird (Fig 14) Cuando se iluminaba el holograma con-venientemente con la luz del laser aparecıa una imagentridimensional que tenıa todas las propiedades del ob-jeto original No fue la charla de Upatnieks sino la ob-servacion de este holograma lo que realmente impacto atodos los asistentes a la reunion Podemos imaginarnosuna larga cola de especialistas en optica esperando conansiedad a que les llegara su turno Todos ellos esta-ban confundidos y a la mayorıa les resultaba imposiblecreer lo que estaban viendo el pequeno tren de jugueteparecıa real detras de la placa fotografica como si real-mente estuviera allı [20 33-35] Muchos preguntaronldquoiquestdonde esta el trenrdquo a lo que Leith contesto ldquolamentotener que decirlo el tren esta de vuelta en Ann Arborrdquo[36] Combinando la luz del laser con la tecnica fuera deeje habıan abierto el mundo de la holografıa al mundoreal de los objetos tridimensionales

Figura 13 - (a) Ona proveniente de un objeto (b) Registro y (c)reconstruccion del holograma fuera de eje del objeto

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Figura 14 - Fotografıa de la imagen de uno de los primeros holo-gramas de transmision de un objeto tridimensional (E N Leithy J Upatnieks ldquoWavefront reconstruction with diffused illumi-nation and three-dimensional objectsrdquo J Opt Soc Am 541295-1381 1964 [37] Figura cortesıa de Juris Upatnieks) Eltren original del que se hizo el holograma puede verse en la Fig12 justo delante de Upatnieks

44 La ldquoexplosionrdquo holografica

En las casi dos decadas transcurridas desde 1947 y 1964la holografıa era un collage construido desde distintasperspectivas [13 20] El concepto de reconstruccion delfrente de onda de Gabor como una nueva forma de mi-croscopıa que habıa interesado solo a unos pocos inves-tigadores y luego fue abandonado la fotografıa de on-das de Denisyuk como una forma de obtener imagenestridimensionales a partir de la fotografıa de Lippmanque inicialmente convencio a pocos cientıficos y la fo-tografıa sin lentes de Leith y Upatnieks formuladatomando como punto de partida la teorıa de la comu-nicacion a partir de investigaciones relacionadas con elradar de apertura sintetica La vision excitante en 1964del holograma tridimensional de Leith y Upatnieks re-activo de ldquoforma explosivardquo el interes por la holografıaCientos de investigadores empezaron a relacionar es-tos tres trabajos realizados de forma independiente yen los anos siguientes a la presentacion del hologramadel tren se publicaron mas de mil artıculos cientıficossobre el registro de hologramas con laser [38] lo quecontrasta con los apenas cincuenta trabajos publica-dos entre 1947 y 1955 Era necesario sin embargobuscar una denominacion unica para este nuevo campoque englobara lo que antes se habıa conocido de tresformas distintas reconstruccion del frente de onda fo-tografıa de ondas y fotografıa sin lentes No esta claroquien acuno el termino ldquoholografıardquo para designar aesta nueva area ya que hay varios investigadores quereclamaron la paternidad del mismo Lo cierto es quela holografıa un campo con un potencial intelectualy comercial extraordinario habıa nacido Es evidenteque la terminologıa cientıfica tiene un gran impacto yno solo a nivel cientıfico sino tambien social filosoficoe incluso economico [39] por lo que la denominacionholografıa para esta lsquonueva cienciarsquo una unica palabra

tenıa todas las de ganarEn 1966 George Stroke (1924-) tambien profesor de

la Universidad de Michigan publico An Introduction toCoherent Optics and Holography [40] el primer libroen el que se exponıan los fundamentos teoricos de lanueva tecnica Se vendieron 3665 copias solo duranteel primer ano un numero respetable para un texto deestas caracterısticas y hasta 1999 habıan sido mas decincuenta mil los ejemplares vendidos [41] Hasta el ano2000 se habıan publicado mas de veinte mil artıculossobre holografıa en revistas especializadas y presentadomas de diez mil comunicaciones en congresos siete milpatentes miles de libros y un numero similar de tesisdoctorales [20]

La primera exposicion de holografıa artıstica tuvolugar en Michigan en 1968 y la segunda en NuevaYork en 1970 mientras que en 1971 comenzo una es-cuela de holografıa en San Francisco la primera en laque cientıficos ingenieros y artistas podıan aprender lanueva tecnica [36] De este modo la holografıa se con-virtio en un ejemplo inusual de campo cientıfico en elque participaron en su desarrollo grupos de personasde muy distinta procedencia desde fısicos e ingenieroshasta artistas [42 43]

La explosion holografica originada gracias a los tra-bajos de Leith y Upatnieks y de otros investigadores dela Universidad de Michigan centro de referencia de laholografıa mundial a mediados de la decada de 1960[20] tambien rehabilito la figura de Gabor que paso deser practicamente un desconocido a estar a finales de losanos sesenta en la lista de los candidatos al premio No-bel La Real Academia Sueca de las Ciencias anunciola concesion del premio Nobel de Fısica a Dennis Ga-bor en 1971 ldquopor la invencion y desarrollo del metodoholograficordquo (Fig 15)

Figura 15 - Galardonados con los premios Nobel de 1971 Deizquierda a derecha Simon Kuznets (economıa) Pablo Neruda(literatura) Earl Sutherland (fisiologıa y medicina) GerhardHerzberg (quımica) y Dennis Gabor (fısica) (Archivo fotograficodel Comite del Premio Nobel)

Gabor consciente de que los trabajos realizados porotros muchos investigadores habıan jugado un papelfundamental en esta concesion finalizo la leccion quepronuncio con motivo de dicha concesion expresando su

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mas sincero agradecimiento a todos ellos que le habıanayudado con su trabajo a conseguir los mas altos hon-ores cientıficos [23]

En esta revision de los orıgenes y desarrollo de laholografıa no podemos a Stephen Benton (1941-2003)(Fig 16) cientıfico del Instituto Tecnologico de Massa-chussets (MIT) [44] que es otro de los investigadoresque mas ha influido en el desarrollo y difusion de laholografıa En 1968 cuando contaba con 27 anos de-sarrollo un tipo de holograma conocido como hologramade arco iris o de Benton [45] que tiene gran importan-cia al tratarse de un holograma de transmision que nonecesita del laser para su reconstruccion sino que sepuede ver con luz blanca creando una imagen en col-ores en funcion del angulo con el que se observa aunquepara ello se sacrifica el paralaje vertical manteniendosolo el horizontal lo cual no tiene mucha importanciaEn cualquier caso el aspecto mas importante es que elholograma de arco iris permite la produccion masivade hologramas utilizando la tecnica de ldquoestampadordquo(embossing en ingles) en plastico aluminizado siendoposible duplicar el holograma millones de veces con unbajo coste Estos hologramas se utilizan en sistemasde seguridad y la primera vez que aparecieron en docu-mentos de este tipo fue en tarjetas de credito en 1983El holograma de arco iris de un aguila aparecio en laportada de la revista National Geographic de marzo de1984 lo que supuso la distribucion de once millones dehologramas en todo el mundo Benton es una piezaclave en el desarrollo de la holografıa moderna y nosolo por sus contribuciones cientıficas y tecnologicassino que tambien destaca su faceta artıstica Bentonsenalo en una ocasion que ldquola creatividad no pertenecesolamente al dominio del arte existe en todas las areasde nuestra existencia y uno de los aspectos mas intere-santes del medio emergente que es la holografıa es larelacion simbiotica que se da entre las ciencias y lasartesrdquo [46]

Figura 16 - Stephen Benton (1941-2003) (Special Issue Trib-ute to Professor Stephen A Benton Holography-SPIErsquos Interna-cional Technical Working Group 15 (2004) Fotografıa de RDRallison)

5 Algunas aplicaciones de la holografıa

En 1986 Leith senalo que ldquola holografıa por sı mismapuede parecer un campo de investigacion no muy am-plio pero si la combinas con otros campos conseguirasun area lo suficientemente grande para poder dedi-carle toda una vidardquo [43] y prueba de ello es que latecnica holografica ha proporcionado y sigue proporcio-nando innumerables aplicaciones en multitud de cam-pos cientıficos y tecnologicos Entre ellos podemosmencionar la interferometrıa holografica [47] que per-mite analizar las deformaciones de un objeto debidasa esfuerzos vibraciones o variaciones de temperaturavisualizar los modos de vibracion de altavoces instru-mentos musicales o complejas estructuras o realizar en-sayos no destructivos Fueron Powell y Stetson (miem-bros del Grupo de Optica de la Universidad de Michi-gan) los que en 1964 descubrieron de forma accidentallas franjas de interferencia en el holograma de un ob-jeto deformado [20] aunque ese mismo ano tambienLeith y Upatnieks por un lado y Hildebrand y Haines(tambien de la Universidad de Michigan) por otro sedieron cuenta de las posibilidades de la holografıa eninterferometrıa [20] La Fig 17 muestra el estudio me-diante interferometrıa holografica en tiempo real de ladistribucion de temperatura en el interior de una bom-billa [48] A lo largo de las lıneas que aparecen en elinterferograma la temperatura es constante

Figura 17 - Estudio mediante interferometrıa holografica de ladistribucion de temperatura en el interior de una bombilla [8]

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La holografıa tambien se ha aplicado al analisis departıculas [49] microscopicas siendo posible analizarsu tamano posicion desplazamiento y velocidad Per-mite estudiar desde aerosoles hasta el plancton marinoe incluso se ha utilizado para analizar la dinamica departıculas microscopicas y el crecimiento de cristales encondiciones de microgravedad mediante experimentosrealizados a bordo del trasbordador espacial Discoveryen los que se registraron mas de mil hologramas [50]

Tambien se fabrican elementos opticos holograficos[51] como lentes espejos redes de difraccion y otros dis-positivos mas complejos como concentradores solaresinterconectares de fibras opticas scanners con los quese leen los codigos de barras o los visores que utilizanlos pilotos de aviones conocidos como head-up displaysy cuya funcion es formar la imagen en el infinito de lainformacion presentada en una pantalla y superponerlacon los objetos observados en el mundo exterior

Se pueden obtener hologramas generados por orde-nador siendo posible realizar figuras geometricas en elespacio o representar objetos en vıas de fabricacion sinque sea necesario construir modelos Estos hologramasson solo una parte de un campo mas amplio conocidocomo holografıa digital [52]

Los hologramas de seguridad [53] son quizas la apli-cacion mas importante de la holografıa desde el puntode vista comercial La dificultad tecnica que tiene la re-alizacion de algunos hologramas y el hecho de que solocon medios tecnicos complejos y sofisticados sea posi-ble producir en serie copias de un holograma originalhan hecho de la holografıa una tecnica adecuada parasistemas de seguridad como los utilizados en tarjetasde credito billetes de banco (Fig 18) documentos deidentidad o etiquetas de productos comerciales inclui-dos algunos productos farmaceuticos que se comercial-izan en el sudeste asiatico donde la venta de medicinasilegales esta muy extendida [54]

Figura 18 - Hologramas de seguridad de billetes

En nuestra sociedad dominada por las tecnologıas

de la informacion la utilizacion de la holografıa en elalmacenamiento de informacion es una de las aplica-ciones que presentan en estos momentos mas futuro einteres [55 56] Mediante el multiplexado se puede reg-istrar un gran numero de hologramas en una mismaplaca y posteriormente es posible recuperar la infor-macion separadamente Este es el principio de lasmemorias holograficas [57] en las que se puede almace-nar en poco espacio una gran cantidad de informacionAunque las mayores dificultades tecnicas para llevarla ala practica han estado relacionadas con la obtencion deun material de registro adecuado ya se han fabricadolos primeros prototipos de sistemas de almacenamientoholografico con discos holograficos con una capacidadde almacenamiento de 300 Gb el equivalente a mas desesenta DVDs en un solo disco y se sigue investigandopara obtener mayores capacidades de almacenamientoincluso del orden del Tb

En cuanto a la idea original de Gabor de utilizarla holografıa en la mejora de la calidad de imagen delmicroscopio electronico hubo que esperar casi cuarentaanos para poder disponer de haces coherentes de elec-trones que hicieran posible llevar a cabo esta aplicacion[58]

En el ano 1968 se publico en la revista Leonardoun artıculo en el que se senalaba la posibilidad deutilizar la holografıa como una nueva forma de arte[59] y algunos artistas se adentraron en la aventuraholografica como Salvador Dalı que realizo en 1972una exposicion que incluıa hologramas en la GalerıaKnoedler de Nueva York a la que asistio el propio Ga-bor Casi simultaneamente Harriet Casdin-Silver [60-62] en Estados Unidos Margaret Benyon [63-65] enGran Bretana y Carl Frederich Reutersward [66] enSuecia iniciaban su andadura en el intento de utilizarla holografıa con fines creativos [67] Casdin-Silver seinicio en el MIT bajo la tutela de Benton mientras queReutersward fue asistido tecnicamente por cientıficossuecos como Nilsson Abramson o Bjelkhagen [20] loque es una prueba mas de la colaboracion entre artistasy cientıficos en el campo de la holografıa Es evidenteque la caracterıstica de la holografıa que inicialmente seimpone con mas fuerza es su capacidad de reproducirimagenes tridimensionales de gran realismo a veces tanautentico como el de los objetos realmente existentes[67] Este efecto es sin duda especialmente sorprendenteen aquellos hologramas en los que la imagen reconstru-ida ldquoflotardquo en el aire saliendose de la placa holograficasin que seamos capaces asir con nuestras manos los ob-jetos que aparentemente estan ahı ante nuestros ojos[67] (Fig 19) Es evidente por tanto que la holografıaposee un innegable interes como una de las tecnicas masrevolucionarias de creacion de imagenes tridimension-ales y su capacidad de atraccion-fascinacion es enorme[2 68]

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Figura 19 - Fotografıa del holograma de reflexion de una camarafotografica antigua (Deutsches Museum Munich Alemania) Fo-tografıa de A Belendez

Frente al espacio estatico y constante de la pin-tura o la fotografıa el espacio holografico implica elmovimiento del espectador y una variacion de la imagenen tanto en cuanto se producen angulos de vision distin-tos en la percepcion dinamica de la imagen holografica[2 68] Lejos de ser una ventana fija abierta a un es-pacio fijo el holograma actua en este caso como unaventana con memoria [13 68] En la Fig 20 se mues-tran tres fotografıas de una misma placa holografica enel que hay multiplexados tres hologramas que puedenobservarse mirando desde la izquierda el frente y laderecha de la placa

Ha habido ademas un gran numero de artistas quehan explorado las posibles interacciones de la holografıacon otros medios como la pintura la escultura la fo-tografıa etc [67] y tambien goza cada vez mas de fa-vor la integracion de la holografıa en entornos arqui-tectonicos [69] tendencia que se ve favorecida por lamejora de la tecnica en la obtencion de hologramas degran formato como por ejemplo los hologramas de luzblanca del hall de la Universidad de Bremen Alemaniautilizados para la distribucion de la luz del Sol [70]

Tambien es posible realizar retratos holograficos yel primero de ellos fue realizado en Michigan la noche deHalloween de 1967 y fue un autorretrato de LawrenceSiebert [71] Utilizando laseres pulsantes es posible re-alizar retratos holograficos pues la alteracion de la es-cena a registrar es practicamente nula durante el tiempode duracion del pulso Un retrato holografico historicoes el holograma de transmision de Gabor [72] realizadoen 1971 con motivo de la concesion del Premio Nobel(Fig 21)

Figura 20 - Tres fotografıas de la misma placa holografica enla que hay multiplexados tres hologramas de reflexion obser-vando desde (a) la izquierda (b) el frente y (c) la derecha de laplaca (Deutsches Museum Munich Alemania) Fotografıas deA Belendez

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Figura 21 - Dennis Gabor junto con su retrato holografico real-izado en 1971 por R Rhinehart de la McDonell Douglas Elec-tronics Corporation (The MIT Museum ndash Holography Collectionfrom the Museum of Holography)

La holografıa tambien se utiliza en los museos parasustituir algunos de sus objetos delicados y valiosospor hologramas de los mismos Este es por ejemploel caso del Hombre de Lindow una momia de masde 2300 anos de antiguedad encontrada en CheshireInglaterra en 1984 El original se encuentra en unacamara del Museo Britanico en Londres con temper-atura y humedad controladas mientras que se hizo unholograma de la momia tanto para exponerlo al publicocomo para que distintos investigadores pudieran estudi-arla La realizacion de hologramas de piezas valiosas hahecho posible que estas puedan observarse en lugaresdistintos de los que realmente se encuentran Holo-gramas del tipo Denisyuk se utilizaron en la antiguaUnion Sovietica y en otros paıses para la conservacionde obras de arte consideradas tesoros arqueologicosa traves de un vasto programa de colaboracion entrefısicos y museologos De hecho en muchas ocasionesse hace uso de la tecnica de Denisyuk para sustituirlos objetos originales por hologramas en exposicionesitinerantes Por ejemplo el Museo de Holografıa deParıs dispone de colecciones con una riqueza y diver-sidad unicas contiene hologramas gigantes algunos deellos visibles con luz blanca y otros con luz del laserjunto con una importante coleccion de representacionesholograficas de obras que se encuentran expuestas en elMuseo del Hermitage de San Petersburgo y en el MuseoHistorico de Kiev [2] Entre las piezas de que dispone seencuentra un holograma del sable de Napoleon y otrodel baston del mariscal Davout A mediados de losanos ochenta se realizaron una serie de hologramas dereflexion sobre el tesoro de Villena en la Universidad deAlicante Espana (Fig 22) [48]

Mediante la utilizacion de tres laseres con longitudesde onda en las zonas de los tres colores primarios [2 73]la tecnica de Denisyuk permite el registro y la recon-struccion de imagenes en color con una calidad impens-able La fidelidad en la reproduccion de formas coloresy brillos es tan espectacular que es difıcil decir si lo quese ve es el objeto mismo detras de una ventana de vidrio

o una reproduccion holografica

Figura 22 - (a) Fotografıas de hologramas de reflexion del Tesorode Villena y (b) detalle de uno de ellos (hologramas realizados porel Dr Jose Antonio Quintana Centro de Holografıa Universidadde Alicante 1984)

Para terminar senalar que la holografıa puede apli-carse utilizando una gran parte del espectro electro-magnetico desde imagenes con microondas y radarpasando por los infrarrojos el espectro visible y laradiacion ultravioleta hasta los rayos X Tambien sepueden utilizar haces de electrones o neutrones e in-cluso ondas sonoras Existen hologramas artısticos re-tratos holograficos hologramas en color y tambien seencuentran hologramas en las tiendas de regalos en li-bros en museos en tarjetas de felicitacion o en sellosde correos Los hologramas de seguridad son un grannegocio las tarjetas de credito generan cientos de mil-lones de hologramas al ano o quizas mas y algo parecidosucede con los billetes de banco hay hologramas en lasetiquetas de ciertos productos e incluso ya se han in-

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cluido hologramas en ropa deportiva para asegurar suautenticidad y distinguirla de las imitaciones La inter-ferometrıa holografica es una tecnica que se aplica enareas muy diversas los elementos opticos holograficosse emplean es sistemas opticos muy variados el almace-namiento holografico de informacion es ya una realidady la holografıa aparece tambien en investigaciones defısica fundamental como la teorıa de la relatividad o lafısica cuantica

Trascurridos sesenta anos desde su invencion y a pe-sar de sus erraticos inicios la holografıa ha demostradotener un gran pasado y un magnıfico presente perodesde luego lo innegable es que sigue teniendo un fu-turo prometedor [74]

Agradecimientos

Deseo expresar mi mas sincero agradecimiento al DrJuan Ramon Rivera Vicerrector de Relaciones Insti-tucionales de la Universidad de Alicante (UA) en elmomento de la lectura de la leccion inaugural y al Ser-vicio de Protocolo de la UA por el apoyo y colabo-racion prestados durante la preparacion de la leccionTambien quiero agradecer a la Dra Inmaculada Pas-cual Catedratica de Optica de la UA el haber leıdo ycorregido en mas de una ocasion el manuscrito originalası como sus sugerencias y comentarios que indudable-mente mejoraron el texto inicial de la leccion Final-mente agradezco al Dr Sean F Johnston de la Univer-sidad de Glasgow el haberme enviado copia de variosde sus artıculos relacionados con el origen y desarrollode la holografıa

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comcwsarticleprint9746) salto a las paginas deThe New York Times La belleza de estos experimen-tos radica quizas en que su denominador comun esla maxima simplicidad de medios para su realizacion yla gran capacidad de cambiar el planteamiento domi-nante que ofrecieron sus conclusiones El orden del re-sultado de la encuesta por numero de votos fue el sigu-iente interferencia de los electrones al pasar por unadoble rendija (Bohr De Broglie Heisenberg y otros)caıda libre de los cuerpos (Galileo) determinacion dela carga del electron (Millikan) descomposicion de laluz del Sol por un prisma (Newton) interferencia dela luz de la doble rendija (Young) medida de la con-stante de la gravitacion universal con una balanza detorsion (Cavendish) medida de la circunferencia de laTierra (Eratostenes) caıda de los cuerpos en planos in-clinados (Galileo) descubrimiento del nucleo atomico(Rutherford) y movimiento de la Tierra (el pendulo deFoucault) El experimento que quedo en el undecimolugar fue el principio de Arquımedes de la hidrostatica

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[16] SF Johnston Proceedings of SPIE 5005 455 (2003)

[17] TE Allibone Journal of Electronics and Control 4179 (1958)

[18] SF Johnston Historical Studies in the Physical andBiological Sciences 36 35 (2005)

[19] H Kragh Generaciones Cuanticas Una Historia de laFısica del Siglo XX (Ediciones Akal Madrid 2007)

[20] SF Johnston Holographic Visions A History of NewScience (Oxford University Press Oxford 2006)

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[28] EN Leith en Trends in Optics editado por A Conser-tini (Academic Press Nueva York 1996) v 3 p 1-26

1602-5

sin visos de tener un gran futuro Sin embargo el lasercambio esta percepcion drasticamente Junto con el re-nacer de la holografıa el laser dio lugar a un desarrollonuevo y vigoroso de la optica en campos como la op-toelectronica la optica no lineal o las comunicacionesopticas desarrollo que continua en la actualidad

41 La ldquoreconstruccion del frente de ondardquo deGabor

Dennis Gabor (Fig 6) nacio en 1900 en Budapest Deascendencia judıa su familia paterna provenıa de Ru-sia mientras que su familia materna de Espana [20 21]posiblemente de una familia de judıos sefardıes llega-dos a Hungrıa en el siglo XVIII Fueron Julio Verne yquizas el mas grande de todos los inventores ThomasEdison los ıdolos en su ninez [20] Aunque la fısicale fascinaba el joven Gabor decidio estudiar ingenierıa[20 21] Como el mismo escribio mas tarde ldquoser fısicono era todavıa una profesion en Hungrıa con un totalde media docena de catedras de fısica y iquestquien podrıahaber sido tan presuntuoso para aspirar a una de ellasrdquo[22] Gabor inicio estudios de ingenierıa mecanica en laUniversidad Politecnica de Budapest que concluyo enal Universidad de Berlın donde obtuvo el Diploma enIngenierıa Electrica en 1923 y el Tıtulo de Doctor Inge-niero en 1927 Ese mismo ano entro a trabajar en unode los laboratorios de fısica de la companıa Siemens deBerlın en la que comenzo a desarrollar algunos de susmultiples inventos Prueba de su fructıfera labor comoinventor es que realizo 62 patentes entre 1928 y 1971[21]

Figura 6 - Dennis Gabor (1900-1979) (AIP Emilio Segre VisualArchives Physics Today Collection)

Dennis Gabor forma parte de una emigracion dehungaros brillantes todos nacidos entre 1879 y 1908[20] entre los que se encontraban ademas de Gaborel biofısico Georg von Bekesy (1899-1972) ndashpremio No-bel de fisiologıa y medicinandash Theodore von Karman(1881-1963) ndashinvestigador en aerodinamicandash el pionerode la informatica John von Neumann (1903-1957) ylos fısicos nucleares Leo Szilard (1989-1964) Edward

Teller (1908-2003) ndashpadre de la bomba de hidrogenondash yEugene Wigner (1902-1995) ndashpremio Nobel de fısicandashAdemas Gabor von Karman von Neumann SzilardTeller y Wigner habıan nacido en el mismo barrio deBudapest

En 1933 y tras le llegada de Hitler al poder a Ga-bor no le fue renovado su contrato con la companıaSiemens debido a su origen judıo por lo que tuvo queabandonar Alemania Tras una breve estancia en Bu-dapest y gracias a la intervencion de su amigo el inge-niero Allibone [20] Gabor marcho a Inglaterra en 1934donde comenzo a trabajar en la British Thomson Hous-ton Company Durante la Segunda Guerra Mundial sucompanıa se dedico a desarrollar distintos dispositivospara el ejercito britanico sobre todo relacionados conel radar pero Gabor fue excluido de dichas investiga-ciones aunque podıa seguir trabajando fuera de la zonade seguridad de la empresa en la mejora del microscopioelectronico [20] Con este instrumento se habıa aumen-tado en cien veces el poder de resolucion de los mejoresmicroscopios opticos y se estaba muy cerca de resolverlas estructuras atomicas La longitud de onda de DeBroglie asociada a los electrones rapidos alrededor deuna decima de angstrom era lo bastante pequena perolos sistemas no eran lo bastante perfectos [2] Su lim-itacion estaba relacionada con la aberracion esferica delas lentes magneticas del microscopio Para resolvereste problema Gabor se planteo la siguiente preguntaldquoiquestpor que no tomar una mala imagen electronica peroque contenga la informacion lsquototalrsquo reconstruir la onday corregir por metodos opticosrdquo [23] La contestaciona esta pregunta se le ocurrio en 1947 mientras esper-aba para jugar un partido de tenis [22] y consistıa enconsiderar un proceso en dos etapas En la primeraetapa el registro con el haz de electrones del microsco-pio electronico producirıa la imagen interferencial en-tre el haz objeto y un fondo coherente (haz de refer-encia) imagen que registrarıa en una placa fotograficaAl interferograma ası obtenido lo llamo holograma dela palabra griega holos el todo ya que contiene la in-formacion total (la amplitud y la fase) de la onda ob-jeto En la segunda etapa la reconstruccion iluminarıamediante luz visible que difractada por el hologramareconstruirıa el frente de onda original y lo podrıa cor-regir para obtener una buena imagen Como ya se hasenalado anteriormente para conseguir franjas de in-terferencia contrastadas era necesario disponer de unafuente de iluminacion de gran coherencia la cual no ex-istıa en aquellos anos A pesar de ello Gabor realizoen 1948 el primer holograma utilizando en el registroy en la reconstruccion luz filtrada proveniente de unalampara de mercurio que constituıa una de las mejoresfuentes de luz coherente antes del laser El objeto queutilizo Gabor para realizar el primer holograma fue unadiapositiva circular transparente de apenas 14 mm dediametro y que contenıa el nombre de tres fısicos a losque Gabor consideraba importantes por haber puesto

1602-6 Belendez

los fundamentos fısicos de su tecnica de reconstrucciondel frente de onda Huygens Young y Fresnel Losresultados fueron presentados en Londres en una con-ferencia sobre microscopıa electronica en 1948 (Fig 7)y publicados ese mismo ano en un breve artıculo en larevista Nature de apenas dos paginas [24] En septiem-bre de 1948 el periodico New York Times publico laprimera noticia sobre esta nueva tecnica y en diciembreGabor presento una patente relacionada con la mejorade imagen en microscopıa electronica (Fig 8) [25]

Figura 7 - Poster de la conferencia de Gabor de 1948 (The MITMuseum ndash Holography Collection from the Museum of Hologra-phy)

En el ano 1949 Gabor consiguio un puesto de pro-fesor de Electronica en el Imperial College de Londresfundamentalmente gracias a la buena acogida que tuvosu tecnica de la reconstruccion del frente de onda entrecientıficos como Lawrence Bragg y Max Born ambospremios Nobel de Fısica y Charles Darwin nieto delevolucionista y Director en aquel entonces del Labora-torio Nacional de Fısica de Gran Bretana [16] En losanos siguientes la tecnica fue estudiada por unos pocosinvestigadores ademas de Gabor [20] entre ellos se en-contraban Gordon Rogers (1916-) un antiguo estudi-ante de doctorado de Lawrence Bragg Paul Kirkpratick(1894-1992) en la Universidad de Stanford en Califor-nia y sus estudiantes Albert Baez (1912-2007) (padrede las cantantes folk Joan Baez y Mimi Farina) y Hus-sein El-Sum (1925-1978) y algo mas tarde por AdolfLohmann (1928-) en Alemania El-Sum fue el que re-alizo la primera tesis doctoral sobre holografıa de la his-toria presentada en el ano 1952 Sin embargo todos el-

los solo consiguieron hologramas de imagenes pequenasy borrosas y hacia 1954 Gabor estaba sumamentefrustrado e intentando sin apenas exito convencer asus colaboradores que continuaran con las investiga-ciones que el habıa iniciado apenas siete anos antesSin embargo todos ellos habıan perdido el interes porla holografıa fundamentalmente debido a dos razonesuna relacionada con la imposibilidad de obtener resulta-dos optimos cuando aplicaban el metodo al microscopioelectronico y la otra con la segunda etapa del procesola reconstruccion optica del holograma que era clara-mente imperfecta El metodo de Gabor generaba unholograma en eje conocido como holograma de Gaborcuya calidad de imagen era bastante pobre pues unproblema basico es que al reconstruir el holograma seforman dos ondas una divergente analoga a la ondaobjeto que forma una imagen virtual detras del holo-grama y una convergente que forma una imagen realdelante del holograma conocida como imagen conju-gada Puede contemplarse la imagen virtual o la realpero siempre con la otra desenfocada como fondo

Figura 8 - Patente sobre la mejora de la resolucion del microsco-pio electronico (P Greguss ldquoDennis Gabor ndash Inventor of rdquoProc SPIE 4149 1 2000)

Entre 1948 y 1955 se publicaron unos cincuentaartıculos sobre el metodo de reconstruccion del frentede onda de Gabor y hacia 1955 tras investigar varios

1602-7

montajes opticos para intentar minimizar el efecto de laimagen conjugada Gabor abandono tranquilamente susinvestigaciones Algunos colaboradores de Gabor cali-ficaron la tecnica de reconstruccion del frente de ondacomo un white elephant no teniendo como algunosde sus inventos anteriores ninguna perspectiva comer-cial En su autobiografıa Gabor senala que su invencionde la holografıa habıa sido un ejercicio de serendip-ity [22] ldquodon de descubrir cosas sin proponerselordquo undescubrimiento cientıfico afortunado e inesperado re-alizado accidentalmente El objetivo original era con-seguir una mejora del microscopio electronico lo que ensu momento no tuvo ningun exito y solo en la decada de1990 llego a realizarse de forma practica Sin embargotras la invencion del laser su idea original dio lugar ainnumerables aplicaciones cientıficas y tecnologicas enareas muy diferentes todas ellas impensables para Ga-bor ademas de proporcionar un nuevo medio para elarte

42 La ldquofotografıa de ondasrdquo de Denisyuk

Como ya se ha senalado en 1958 los investigadores quehabıan iniciado los primeros trabajos sobre la recons-truccion del frente de onda ya la habıan abandonadocompletamente y habıan cambiado de campo de inves-tigacion Mientras Gabor ya era catedratico en el Im-perial College de Londres y estaba estudiando proble-mas relacionados con la fusion nuclear al tiempo queescribıa sobre las relaciones entre la ciencia y la so-ciedad su equipo de la companıa britanica de inge-nierıa electrica estaba ahora centrado en la mejora deldiseno de sus microscopios electronicos comerciales Sinembargo aproximadamente por esas fechas el conceptode reconstruccion del frente de onda de Gabor estabasiendo reinventado en un contexto diferente por YuriDenisyuk (1927-2006) (Fig 9) un investigador que tra-bajaba de forma aislada y que estaba realizando unaserie de estudios similares en el centro de investigacionoptica mas importante de la antigua Union Sovieticael Instituto Estatal de Optica Vavilov en Leningrado[20 26]

Figura 9 - Yuri Denisyuk (1927-2006) con su retrato holograficode reflexion (H J Caulfield Ed The Art and Science of Holog-raphy A Tribute to Emmett Leith and Yuri Denisyuk SPIEPress Bellingham 2003)

En 1954 y bajo la supervision de Alexander ElkinDenisyuk comenzo a trabajar en el campo de la in-strumentacion optica para la armada sovietica y en1958 decidio doctorarse por lo que Elkin le permitiodedicar parte de su tiempo a llevar a cabo investiga-ciones para que pudiera realizar su tesis doctoral bajola direccion de Eugenii Iudin otro colega del labora-torio [20] Aunque Iudin fallecio pocos meses despuesdurante los anos siguientes Denisyuk fue capaz de con-tinuar su tesis doctoral sin contar con un director detesis y bajo la unica supervision de Elkin quien leproporcionaba cierto material para seguir realizandolas experiencias de laboratorio que el propio Denisyukdisenaba En sus investigaciones iniciales sobre holo-grafıa Denisyuk se inspiro tras la lectura del libro deciencia ficcion Star Ships del escritor ruso Efremov Elpropio Denisyuk escribio en una ocasion que uno de losepisodios de este libro le impresiono profundamente [2026] En este unos arqueologos mientras trabajaban enuna excavacion encontraron accidentalmente una ex-trana placa Tras limpiar su superficie y detras de unacapa completamente transparente aparecio una caramirandolos La cara estaba aumentada por medio dealgun procedimiento optico tenıa tres dimensiones y ungran realismo sobre todo en sus ojos A Denisyuk se leocurrio la idea de crear tales fotografıas por medio de laoptica moderna lo que anos mas tarde consiguio medi-ante lo que se conoce como holograma de reflexion Estetipo de hologramas que recibieron el nombre de su in-ventor holograma de Denisyuk presentan la propiedadde que su reconstruccion se hace con luz blanca

Para fabricar sus hologramas Denisyuk hacıa in-cidir las ondas objeto y referencia por las caras opues-tas de la placa fotografica (Fig 10) El objeto lo situ-aba junto a una de las caras de la placa e iluminaba laotra cara con un haz de luz filtrado proveniente de unalampara de mercurio La onda luminosa tras atravesarla placa incide sobre el objeto y la onda reflejada poreste interfiere con la onda incidente dando lugar a unpatron de ondas estacionarias que puede ser registrandoen la placa fotografica Esta placa una vez revelada seilumina con un haz de reconstruccion de luz blanca yel objeto aparece en su posicion original y aproximada-mente del mismo color que el de la luz empleada enel registro En 1962 publico su descubrimiento bajo elnombre de fotografıa de ondas Las fuentes luminosasque disponıa Denisyuk eran lamparas de mercurio porlo que sus hologramas eran de objetos con poca pro-fundidad como espejos convexos con grandes radios decurvatura Mas adelante Denisyuk lamentaba no haberutilizado objetos con relieve como monedas ya que enese caso habrıa demostrado la posibilidad de utilizar sutecnica para formar imagenes de objetos tridimension-ales lo que desde luego habrıa proporcionado un mayorexito a sus investigaciones [26]

Tras completar su tesis doctoral en 1961 Denisyukvolvio a sus antiguas investigaciones sobre instru-

1602-8 Belendez

mentacion optica siendo muy limitadas sus oportu-nidades para continuar su trabajo sobre fotografıa deondas [26] por lo que la investigacion en esta tecnicalanguidecio en la Union Sovietica en los anos siguientesy para sus contemporaneos la conexion de su trabajocon la reconstruccion del frente de onda de Gabor eramarginal siendo ambos esquemas esteriles y sin posi-bles aplicaciones La fotografıa de ondas de Denisyukrecibida al principio con gran escepticismo e incluso concierto menosprecio [27] jugo un papel trascendental enla evolucion futura de la holografıa Las investigacionesde Denisyuk no fueron conocidas fuera de las fronterasde la antigua Union Sovietica hasta finales de la decadade 1960 y su posicion cambio como la de Gabor gra-cias a los trabajos de Leith y Upatnieks aunque nofue hasta 1970 cuando sus contribuciones obtuvieron elreconocimiento mundial

Figura 10 - Registro y reconstruccion de un holograma de re-flexion (YN Denisyuk ldquoMy way in Holographyrdquo Leonardo 25425 (1992) Dibujo original de Yuri Denisyuk)

43 La ldquofotografıa sin lentesrdquo de Leith

Cuando Gabor pronuncio su discurso con motivo de laconcesion del premio Nobel indico que ldquohacia 1955 laholografıa entro en una larga hibernacion hasta la in-vencion del laser a comienzos de los anos sesentardquo [2022] Sin embargo esta afirmacion no es correcta Em-mett Leith (1927-2005) (Fig 11) el tercer personajede esta historia senalo que era erroneo pensar que lainvestigacion en holografıa habıa desaparecido en el pe-riodo comprendido entre 1955 y 1962 sino que en ciertosentido se realizaba de forma ldquoclandestinardquo en dos lab-

oratorios distintos [13 20] Uno de tales ambientes to-talmente invisibles para occidente era el Instituto Vav-ilov de Leningrado en la antigua Union Sovietica en elque Denisyuk trabajaba es su fotografıa de ondas Elotro era un laboratorio clasificado de la Universidad deMichigan cerca de Ann Arbor en los Estados Unidosen el que Leith llevo a cabo la tercera formulacion in-dependiente de la holografıa

Figura 11 - Emmett Leith (1927-2005) (AIP Emilio Segre VisualArchives Physics Today Collection)

Leith habıa entrado en 1952 en este laboratorio paratrabajar en un programa militar secreto relacionadocon el radar de apertura sintetica denominado ProyectoMichigan [19 20 28 29] y durante 1955 y 1956 Leithreformulo la teorıa del radar de apertura sintetica enterminos de la optica fısica y penso registrar sobreuna pelıcula fotografica la informacion de las ondas deradar reflejadas por un objeto para poder reconstruir-las posteriormente mediante metodos opticos Mientrasanalizaba las matematicas que habıa detras del pro-ceso comprobo que en las fotografıas estaba realmenteregistrando un patron interferencial de ondas de radarLeith acababa de reinventar la holografıa En esos dosprimeros anos Leith desarrollo una teorıa completa dela holografıa en la region de las microondas [20 28] y enoctubre de 1956 conocio el trabajo de Gabor a traves deun artıculo publicado por Kirkpatrick y El-Summ [30]comprobando este trabajo tenıa relacion con sus inves-tigaciones sobre radar [20] En el ano 1960 Juris Up-atnieks (1936-) (Fig 12) un joven ingeniero electrico

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comenzo a trabajar con Leith y entre los dos repitieronen su laboratorio de la Universidad de Michigan al-gunos de los experimentos de Gabor primero usandocomo fuente de iluminacion una lampara de mercurio yposteriormente un laser de He-Ne Leith y Upatniekscontaban con una ventaja respecto a Gabor y Denisyukpues a principios de la decada de 1960 ya se disponıade laseres comerciales

Figura 12 - Juris Upatnieks y Emmett Leith (AIP Emilio SegreVisual Archives Physics Today Collection)

Leith y Upatnieks idearon distintas formas de sosla-yar el problema de las imagenes dobles que tanto habıaatormentado a Gabor e idearon la tecnica del haz de re-ferencia inclinado [31] Haciendo uso de su trabajo pre-vio Leith adopto el principio del radar de observacionlateral y en sus primeros experimentos sobre holografıadesplazo el haz de referencia fuera de la direccion delhaz objeto Habıan inventado el holograma fuera deeje conocido tambien como holograma de Leith y Upa-tnieks en el que las ondas objeto y referencia inciden so-bre la misma cara de la placa fotografica pero formandoun cierto angulo entre sı Con ayuda de este nuevo es-quema de registro las imagenes virtual y real quedanseparadas angularmente en la etapa de reconstrucciony se resuelve el problema de Gabor de las imagenesdobles Esta tecnica de holografıa fuera de eje (Fig 13)tuvo un enorme impacto y fue crucial para el avancede la holografıa como una tecnologıa realmente util Amediados de 1963 Leith y Upatnieks publicaron sus re-sultados bajo el nombre de fotografıa sin lentes [32]

En los primeros hologramas fuera de eje que re-alizaron Leith y Upatnieks utilizaron objetos bidimen-sionales textos en color negro sobre fondo blancotextos transparentes sobre fondo negro y fotografıasen blanco y negro En diciembre de 1963 muchosperiodicos americanos como el New York Times y elWall Street Journal publicaron la noticia de la nueva

tecnica de Leith y Upatnieks incluyendo fotografıastanto de los hologramas (una simple imagen borrosairreconocible) como de las imagenes holograficas [20]

El viernes 3 de abril de 1964 en la ultima sesionde la reunion de la Sociedad Americana de Optica cel-ebrada en un hotel de Washington Upatnieks presentosu nuevo trabajo sobre hologramas de objetos tridimen-sionales [20] Al finalizar los quince minutos que durosu exposicion anuncio a los asistentes que podıan verun holograma de un objeto tridimensional en el halldel hotel Se trataba del holograma titulado Train andBird (Fig 14) Cuando se iluminaba el holograma con-venientemente con la luz del laser aparecıa una imagentridimensional que tenıa todas las propiedades del ob-jeto original No fue la charla de Upatnieks sino la ob-servacion de este holograma lo que realmente impacto atodos los asistentes a la reunion Podemos imaginarnosuna larga cola de especialistas en optica esperando conansiedad a que les llegara su turno Todos ellos esta-ban confundidos y a la mayorıa les resultaba imposiblecreer lo que estaban viendo el pequeno tren de jugueteparecıa real detras de la placa fotografica como si real-mente estuviera allı [20 33-35] Muchos preguntaronldquoiquestdonde esta el trenrdquo a lo que Leith contesto ldquolamentotener que decirlo el tren esta de vuelta en Ann Arborrdquo[36] Combinando la luz del laser con la tecnica fuera deeje habıan abierto el mundo de la holografıa al mundoreal de los objetos tridimensionales

Figura 13 - (a) Ona proveniente de un objeto (b) Registro y (c)reconstruccion del holograma fuera de eje del objeto

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Figura 14 - Fotografıa de la imagen de uno de los primeros holo-gramas de transmision de un objeto tridimensional (E N Leithy J Upatnieks ldquoWavefront reconstruction with diffused illumi-nation and three-dimensional objectsrdquo J Opt Soc Am 541295-1381 1964 [37] Figura cortesıa de Juris Upatnieks) Eltren original del que se hizo el holograma puede verse en la Fig12 justo delante de Upatnieks

44 La ldquoexplosionrdquo holografica

En las casi dos decadas transcurridas desde 1947 y 1964la holografıa era un collage construido desde distintasperspectivas [13 20] El concepto de reconstruccion delfrente de onda de Gabor como una nueva forma de mi-croscopıa que habıa interesado solo a unos pocos inves-tigadores y luego fue abandonado la fotografıa de on-das de Denisyuk como una forma de obtener imagenestridimensionales a partir de la fotografıa de Lippmanque inicialmente convencio a pocos cientıficos y la fo-tografıa sin lentes de Leith y Upatnieks formuladatomando como punto de partida la teorıa de la comu-nicacion a partir de investigaciones relacionadas con elradar de apertura sintetica La vision excitante en 1964del holograma tridimensional de Leith y Upatnieks re-activo de ldquoforma explosivardquo el interes por la holografıaCientos de investigadores empezaron a relacionar es-tos tres trabajos realizados de forma independiente yen los anos siguientes a la presentacion del hologramadel tren se publicaron mas de mil artıculos cientıficossobre el registro de hologramas con laser [38] lo quecontrasta con los apenas cincuenta trabajos publica-dos entre 1947 y 1955 Era necesario sin embargobuscar una denominacion unica para este nuevo campoque englobara lo que antes se habıa conocido de tresformas distintas reconstruccion del frente de onda fo-tografıa de ondas y fotografıa sin lentes No esta claroquien acuno el termino ldquoholografıardquo para designar aesta nueva area ya que hay varios investigadores quereclamaron la paternidad del mismo Lo cierto es quela holografıa un campo con un potencial intelectualy comercial extraordinario habıa nacido Es evidenteque la terminologıa cientıfica tiene un gran impacto yno solo a nivel cientıfico sino tambien social filosoficoe incluso economico [39] por lo que la denominacionholografıa para esta lsquonueva cienciarsquo una unica palabra

tenıa todas las de ganarEn 1966 George Stroke (1924-) tambien profesor de

la Universidad de Michigan publico An Introduction toCoherent Optics and Holography [40] el primer libroen el que se exponıan los fundamentos teoricos de lanueva tecnica Se vendieron 3665 copias solo duranteel primer ano un numero respetable para un texto deestas caracterısticas y hasta 1999 habıan sido mas decincuenta mil los ejemplares vendidos [41] Hasta el ano2000 se habıan publicado mas de veinte mil artıculossobre holografıa en revistas especializadas y presentadomas de diez mil comunicaciones en congresos siete milpatentes miles de libros y un numero similar de tesisdoctorales [20]

La primera exposicion de holografıa artıstica tuvolugar en Michigan en 1968 y la segunda en NuevaYork en 1970 mientras que en 1971 comenzo una es-cuela de holografıa en San Francisco la primera en laque cientıficos ingenieros y artistas podıan aprender lanueva tecnica [36] De este modo la holografıa se con-virtio en un ejemplo inusual de campo cientıfico en elque participaron en su desarrollo grupos de personasde muy distinta procedencia desde fısicos e ingenieroshasta artistas [42 43]

La explosion holografica originada gracias a los tra-bajos de Leith y Upatnieks y de otros investigadores dela Universidad de Michigan centro de referencia de laholografıa mundial a mediados de la decada de 1960[20] tambien rehabilito la figura de Gabor que paso deser practicamente un desconocido a estar a finales de losanos sesenta en la lista de los candidatos al premio No-bel La Real Academia Sueca de las Ciencias anunciola concesion del premio Nobel de Fısica a Dennis Ga-bor en 1971 ldquopor la invencion y desarrollo del metodoholograficordquo (Fig 15)

Figura 15 - Galardonados con los premios Nobel de 1971 Deizquierda a derecha Simon Kuznets (economıa) Pablo Neruda(literatura) Earl Sutherland (fisiologıa y medicina) GerhardHerzberg (quımica) y Dennis Gabor (fısica) (Archivo fotograficodel Comite del Premio Nobel)

Gabor consciente de que los trabajos realizados porotros muchos investigadores habıan jugado un papelfundamental en esta concesion finalizo la leccion quepronuncio con motivo de dicha concesion expresando su

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mas sincero agradecimiento a todos ellos que le habıanayudado con su trabajo a conseguir los mas altos hon-ores cientıficos [23]

En esta revision de los orıgenes y desarrollo de laholografıa no podemos a Stephen Benton (1941-2003)(Fig 16) cientıfico del Instituto Tecnologico de Massa-chussets (MIT) [44] que es otro de los investigadoresque mas ha influido en el desarrollo y difusion de laholografıa En 1968 cuando contaba con 27 anos de-sarrollo un tipo de holograma conocido como hologramade arco iris o de Benton [45] que tiene gran importan-cia al tratarse de un holograma de transmision que nonecesita del laser para su reconstruccion sino que sepuede ver con luz blanca creando una imagen en col-ores en funcion del angulo con el que se observa aunquepara ello se sacrifica el paralaje vertical manteniendosolo el horizontal lo cual no tiene mucha importanciaEn cualquier caso el aspecto mas importante es que elholograma de arco iris permite la produccion masivade hologramas utilizando la tecnica de ldquoestampadordquo(embossing en ingles) en plastico aluminizado siendoposible duplicar el holograma millones de veces con unbajo coste Estos hologramas se utilizan en sistemasde seguridad y la primera vez que aparecieron en docu-mentos de este tipo fue en tarjetas de credito en 1983El holograma de arco iris de un aguila aparecio en laportada de la revista National Geographic de marzo de1984 lo que supuso la distribucion de once millones dehologramas en todo el mundo Benton es una piezaclave en el desarrollo de la holografıa moderna y nosolo por sus contribuciones cientıficas y tecnologicassino que tambien destaca su faceta artıstica Bentonsenalo en una ocasion que ldquola creatividad no pertenecesolamente al dominio del arte existe en todas las areasde nuestra existencia y uno de los aspectos mas intere-santes del medio emergente que es la holografıa es larelacion simbiotica que se da entre las ciencias y lasartesrdquo [46]

Figura 16 - Stephen Benton (1941-2003) (Special Issue Trib-ute to Professor Stephen A Benton Holography-SPIErsquos Interna-cional Technical Working Group 15 (2004) Fotografıa de RDRallison)

5 Algunas aplicaciones de la holografıa

En 1986 Leith senalo que ldquola holografıa por sı mismapuede parecer un campo de investigacion no muy am-plio pero si la combinas con otros campos conseguirasun area lo suficientemente grande para poder dedi-carle toda una vidardquo [43] y prueba de ello es que latecnica holografica ha proporcionado y sigue proporcio-nando innumerables aplicaciones en multitud de cam-pos cientıficos y tecnologicos Entre ellos podemosmencionar la interferometrıa holografica [47] que per-mite analizar las deformaciones de un objeto debidasa esfuerzos vibraciones o variaciones de temperaturavisualizar los modos de vibracion de altavoces instru-mentos musicales o complejas estructuras o realizar en-sayos no destructivos Fueron Powell y Stetson (miem-bros del Grupo de Optica de la Universidad de Michi-gan) los que en 1964 descubrieron de forma accidentallas franjas de interferencia en el holograma de un ob-jeto deformado [20] aunque ese mismo ano tambienLeith y Upatnieks por un lado y Hildebrand y Haines(tambien de la Universidad de Michigan) por otro sedieron cuenta de las posibilidades de la holografıa eninterferometrıa [20] La Fig 17 muestra el estudio me-diante interferometrıa holografica en tiempo real de ladistribucion de temperatura en el interior de una bom-billa [48] A lo largo de las lıneas que aparecen en elinterferograma la temperatura es constante

Figura 17 - Estudio mediante interferometrıa holografica de ladistribucion de temperatura en el interior de una bombilla [8]

1602-12 Belendez

La holografıa tambien se ha aplicado al analisis departıculas [49] microscopicas siendo posible analizarsu tamano posicion desplazamiento y velocidad Per-mite estudiar desde aerosoles hasta el plancton marinoe incluso se ha utilizado para analizar la dinamica departıculas microscopicas y el crecimiento de cristales encondiciones de microgravedad mediante experimentosrealizados a bordo del trasbordador espacial Discoveryen los que se registraron mas de mil hologramas [50]

Tambien se fabrican elementos opticos holograficos[51] como lentes espejos redes de difraccion y otros dis-positivos mas complejos como concentradores solaresinterconectares de fibras opticas scanners con los quese leen los codigos de barras o los visores que utilizanlos pilotos de aviones conocidos como head-up displaysy cuya funcion es formar la imagen en el infinito de lainformacion presentada en una pantalla y superponerlacon los objetos observados en el mundo exterior

Se pueden obtener hologramas generados por orde-nador siendo posible realizar figuras geometricas en elespacio o representar objetos en vıas de fabricacion sinque sea necesario construir modelos Estos hologramasson solo una parte de un campo mas amplio conocidocomo holografıa digital [52]

Los hologramas de seguridad [53] son quizas la apli-cacion mas importante de la holografıa desde el puntode vista comercial La dificultad tecnica que tiene la re-alizacion de algunos hologramas y el hecho de que solocon medios tecnicos complejos y sofisticados sea posi-ble producir en serie copias de un holograma originalhan hecho de la holografıa una tecnica adecuada parasistemas de seguridad como los utilizados en tarjetasde credito billetes de banco (Fig 18) documentos deidentidad o etiquetas de productos comerciales inclui-dos algunos productos farmaceuticos que se comercial-izan en el sudeste asiatico donde la venta de medicinasilegales esta muy extendida [54]

Figura 18 - Hologramas de seguridad de billetes

En nuestra sociedad dominada por las tecnologıas

de la informacion la utilizacion de la holografıa en elalmacenamiento de informacion es una de las aplica-ciones que presentan en estos momentos mas futuro einteres [55 56] Mediante el multiplexado se puede reg-istrar un gran numero de hologramas en una mismaplaca y posteriormente es posible recuperar la infor-macion separadamente Este es el principio de lasmemorias holograficas [57] en las que se puede almace-nar en poco espacio una gran cantidad de informacionAunque las mayores dificultades tecnicas para llevarla ala practica han estado relacionadas con la obtencion deun material de registro adecuado ya se han fabricadolos primeros prototipos de sistemas de almacenamientoholografico con discos holograficos con una capacidadde almacenamiento de 300 Gb el equivalente a mas desesenta DVDs en un solo disco y se sigue investigandopara obtener mayores capacidades de almacenamientoincluso del orden del Tb

En cuanto a la idea original de Gabor de utilizarla holografıa en la mejora de la calidad de imagen delmicroscopio electronico hubo que esperar casi cuarentaanos para poder disponer de haces coherentes de elec-trones que hicieran posible llevar a cabo esta aplicacion[58]

En el ano 1968 se publico en la revista Leonardoun artıculo en el que se senalaba la posibilidad deutilizar la holografıa como una nueva forma de arte[59] y algunos artistas se adentraron en la aventuraholografica como Salvador Dalı que realizo en 1972una exposicion que incluıa hologramas en la GalerıaKnoedler de Nueva York a la que asistio el propio Ga-bor Casi simultaneamente Harriet Casdin-Silver [60-62] en Estados Unidos Margaret Benyon [63-65] enGran Bretana y Carl Frederich Reutersward [66] enSuecia iniciaban su andadura en el intento de utilizarla holografıa con fines creativos [67] Casdin-Silver seinicio en el MIT bajo la tutela de Benton mientras queReutersward fue asistido tecnicamente por cientıficossuecos como Nilsson Abramson o Bjelkhagen [20] loque es una prueba mas de la colaboracion entre artistasy cientıficos en el campo de la holografıa Es evidenteque la caracterıstica de la holografıa que inicialmente seimpone con mas fuerza es su capacidad de reproducirimagenes tridimensionales de gran realismo a veces tanautentico como el de los objetos realmente existentes[67] Este efecto es sin duda especialmente sorprendenteen aquellos hologramas en los que la imagen reconstru-ida ldquoflotardquo en el aire saliendose de la placa holograficasin que seamos capaces asir con nuestras manos los ob-jetos que aparentemente estan ahı ante nuestros ojos[67] (Fig 19) Es evidente por tanto que la holografıaposee un innegable interes como una de las tecnicas masrevolucionarias de creacion de imagenes tridimension-ales y su capacidad de atraccion-fascinacion es enorme[2 68]

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Figura 19 - Fotografıa del holograma de reflexion de una camarafotografica antigua (Deutsches Museum Munich Alemania) Fo-tografıa de A Belendez

Frente al espacio estatico y constante de la pin-tura o la fotografıa el espacio holografico implica elmovimiento del espectador y una variacion de la imagenen tanto en cuanto se producen angulos de vision distin-tos en la percepcion dinamica de la imagen holografica[2 68] Lejos de ser una ventana fija abierta a un es-pacio fijo el holograma actua en este caso como unaventana con memoria [13 68] En la Fig 20 se mues-tran tres fotografıas de una misma placa holografica enel que hay multiplexados tres hologramas que puedenobservarse mirando desde la izquierda el frente y laderecha de la placa

Ha habido ademas un gran numero de artistas quehan explorado las posibles interacciones de la holografıacon otros medios como la pintura la escultura la fo-tografıa etc [67] y tambien goza cada vez mas de fa-vor la integracion de la holografıa en entornos arqui-tectonicos [69] tendencia que se ve favorecida por lamejora de la tecnica en la obtencion de hologramas degran formato como por ejemplo los hologramas de luzblanca del hall de la Universidad de Bremen Alemaniautilizados para la distribucion de la luz del Sol [70]

Tambien es posible realizar retratos holograficos yel primero de ellos fue realizado en Michigan la noche deHalloween de 1967 y fue un autorretrato de LawrenceSiebert [71] Utilizando laseres pulsantes es posible re-alizar retratos holograficos pues la alteracion de la es-cena a registrar es practicamente nula durante el tiempode duracion del pulso Un retrato holografico historicoes el holograma de transmision de Gabor [72] realizadoen 1971 con motivo de la concesion del Premio Nobel(Fig 21)

Figura 20 - Tres fotografıas de la misma placa holografica enla que hay multiplexados tres hologramas de reflexion obser-vando desde (a) la izquierda (b) el frente y (c) la derecha de laplaca (Deutsches Museum Munich Alemania) Fotografıas deA Belendez

1602-14 Belendez

Figura 21 - Dennis Gabor junto con su retrato holografico real-izado en 1971 por R Rhinehart de la McDonell Douglas Elec-tronics Corporation (The MIT Museum ndash Holography Collectionfrom the Museum of Holography)

La holografıa tambien se utiliza en los museos parasustituir algunos de sus objetos delicados y valiosospor hologramas de los mismos Este es por ejemploel caso del Hombre de Lindow una momia de masde 2300 anos de antiguedad encontrada en CheshireInglaterra en 1984 El original se encuentra en unacamara del Museo Britanico en Londres con temper-atura y humedad controladas mientras que se hizo unholograma de la momia tanto para exponerlo al publicocomo para que distintos investigadores pudieran estudi-arla La realizacion de hologramas de piezas valiosas hahecho posible que estas puedan observarse en lugaresdistintos de los que realmente se encuentran Holo-gramas del tipo Denisyuk se utilizaron en la antiguaUnion Sovietica y en otros paıses para la conservacionde obras de arte consideradas tesoros arqueologicosa traves de un vasto programa de colaboracion entrefısicos y museologos De hecho en muchas ocasionesse hace uso de la tecnica de Denisyuk para sustituirlos objetos originales por hologramas en exposicionesitinerantes Por ejemplo el Museo de Holografıa deParıs dispone de colecciones con una riqueza y diver-sidad unicas contiene hologramas gigantes algunos deellos visibles con luz blanca y otros con luz del laserjunto con una importante coleccion de representacionesholograficas de obras que se encuentran expuestas en elMuseo del Hermitage de San Petersburgo y en el MuseoHistorico de Kiev [2] Entre las piezas de que dispone seencuentra un holograma del sable de Napoleon y otrodel baston del mariscal Davout A mediados de losanos ochenta se realizaron una serie de hologramas dereflexion sobre el tesoro de Villena en la Universidad deAlicante Espana (Fig 22) [48]

Mediante la utilizacion de tres laseres con longitudesde onda en las zonas de los tres colores primarios [2 73]la tecnica de Denisyuk permite el registro y la recon-struccion de imagenes en color con una calidad impens-able La fidelidad en la reproduccion de formas coloresy brillos es tan espectacular que es difıcil decir si lo quese ve es el objeto mismo detras de una ventana de vidrio

o una reproduccion holografica

Figura 22 - (a) Fotografıas de hologramas de reflexion del Tesorode Villena y (b) detalle de uno de ellos (hologramas realizados porel Dr Jose Antonio Quintana Centro de Holografıa Universidadde Alicante 1984)

Para terminar senalar que la holografıa puede apli-carse utilizando una gran parte del espectro electro-magnetico desde imagenes con microondas y radarpasando por los infrarrojos el espectro visible y laradiacion ultravioleta hasta los rayos X Tambien sepueden utilizar haces de electrones o neutrones e in-cluso ondas sonoras Existen hologramas artısticos re-tratos holograficos hologramas en color y tambien seencuentran hologramas en las tiendas de regalos en li-bros en museos en tarjetas de felicitacion o en sellosde correos Los hologramas de seguridad son un grannegocio las tarjetas de credito generan cientos de mil-lones de hologramas al ano o quizas mas y algo parecidosucede con los billetes de banco hay hologramas en lasetiquetas de ciertos productos e incluso ya se han in-

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cluido hologramas en ropa deportiva para asegurar suautenticidad y distinguirla de las imitaciones La inter-ferometrıa holografica es una tecnica que se aplica enareas muy diversas los elementos opticos holograficosse emplean es sistemas opticos muy variados el almace-namiento holografico de informacion es ya una realidady la holografıa aparece tambien en investigaciones defısica fundamental como la teorıa de la relatividad o lafısica cuantica

Trascurridos sesenta anos desde su invencion y a pe-sar de sus erraticos inicios la holografıa ha demostradotener un gran pasado y un magnıfico presente perodesde luego lo innegable es que sigue teniendo un fu-turo prometedor [74]

Agradecimientos

Deseo expresar mi mas sincero agradecimiento al DrJuan Ramon Rivera Vicerrector de Relaciones Insti-tucionales de la Universidad de Alicante (UA) en elmomento de la lectura de la leccion inaugural y al Ser-vicio de Protocolo de la UA por el apoyo y colabo-racion prestados durante la preparacion de la leccionTambien quiero agradecer a la Dra Inmaculada Pas-cual Catedratica de Optica de la UA el haber leıdo ycorregido en mas de una ocasion el manuscrito originalası como sus sugerencias y comentarios que indudable-mente mejoraron el texto inicial de la leccion Final-mente agradezco al Dr Sean F Johnston de la Univer-sidad de Glasgow el haberme enviado copia de variosde sus artıculos relacionados con el origen y desarrollode la holografıa

Referencias

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[7] RP Crease El Prisma y el Pendulo Los Diez Exper-imentos mas Bellos de la Ciencia (Crıtica Barcelona2006) En 2002 Robert P Crease historiador de laciencia pregunto a los lectores de la revista PhysicsWorld donde escribe una columna cuales eran ensu opinion los experimentos mas bellos de la fısicaPara compilar la lista escogio los diez experimentoscitados con mas frecuencia Tras publicarse el resul-tado en Physics World (httpwwwphysicsworld

comcwsarticleprint9746) salto a las paginas deThe New York Times La belleza de estos experimen-tos radica quizas en que su denominador comun esla maxima simplicidad de medios para su realizacion yla gran capacidad de cambiar el planteamiento domi-nante que ofrecieron sus conclusiones El orden del re-sultado de la encuesta por numero de votos fue el sigu-iente interferencia de los electrones al pasar por unadoble rendija (Bohr De Broglie Heisenberg y otros)caıda libre de los cuerpos (Galileo) determinacion dela carga del electron (Millikan) descomposicion de laluz del Sol por un prisma (Newton) interferencia dela luz de la doble rendija (Young) medida de la con-stante de la gravitacion universal con una balanza detorsion (Cavendish) medida de la circunferencia de laTierra (Eratostenes) caıda de los cuerpos en planos in-clinados (Galileo) descubrimiento del nucleo atomico(Rutherford) y movimiento de la Tierra (el pendulo deFoucault) El experimento que quedo en el undecimolugar fue el principio de Arquımedes de la hidrostatica

[8] M Lozano De Arquımedes a Einstein Los DiezExperiementos mas Bellos de la Fısica (DebateBarcelona 2005)

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1602-6 Belendez

los fundamentos fısicos de su tecnica de reconstrucciondel frente de onda Huygens Young y Fresnel Losresultados fueron presentados en Londres en una con-ferencia sobre microscopıa electronica en 1948 (Fig 7)y publicados ese mismo ano en un breve artıculo en larevista Nature de apenas dos paginas [24] En septiem-bre de 1948 el periodico New York Times publico laprimera noticia sobre esta nueva tecnica y en diciembreGabor presento una patente relacionada con la mejorade imagen en microscopıa electronica (Fig 8) [25]

Figura 7 - Poster de la conferencia de Gabor de 1948 (The MITMuseum ndash Holography Collection from the Museum of Hologra-phy)

En el ano 1949 Gabor consiguio un puesto de pro-fesor de Electronica en el Imperial College de Londresfundamentalmente gracias a la buena acogida que tuvosu tecnica de la reconstruccion del frente de onda entrecientıficos como Lawrence Bragg y Max Born ambospremios Nobel de Fısica y Charles Darwin nieto delevolucionista y Director en aquel entonces del Labora-torio Nacional de Fısica de Gran Bretana [16] En losanos siguientes la tecnica fue estudiada por unos pocosinvestigadores ademas de Gabor [20] entre ellos se en-contraban Gordon Rogers (1916-) un antiguo estudi-ante de doctorado de Lawrence Bragg Paul Kirkpratick(1894-1992) en la Universidad de Stanford en Califor-nia y sus estudiantes Albert Baez (1912-2007) (padrede las cantantes folk Joan Baez y Mimi Farina) y Hus-sein El-Sum (1925-1978) y algo mas tarde por AdolfLohmann (1928-) en Alemania El-Sum fue el que re-alizo la primera tesis doctoral sobre holografıa de la his-toria presentada en el ano 1952 Sin embargo todos el-

los solo consiguieron hologramas de imagenes pequenasy borrosas y hacia 1954 Gabor estaba sumamentefrustrado e intentando sin apenas exito convencer asus colaboradores que continuaran con las investiga-ciones que el habıa iniciado apenas siete anos antesSin embargo todos ellos habıan perdido el interes porla holografıa fundamentalmente debido a dos razonesuna relacionada con la imposibilidad de obtener resulta-dos optimos cuando aplicaban el metodo al microscopioelectronico y la otra con la segunda etapa del procesola reconstruccion optica del holograma que era clara-mente imperfecta El metodo de Gabor generaba unholograma en eje conocido como holograma de Gaborcuya calidad de imagen era bastante pobre pues unproblema basico es que al reconstruir el holograma seforman dos ondas una divergente analoga a la ondaobjeto que forma una imagen virtual detras del holo-grama y una convergente que forma una imagen realdelante del holograma conocida como imagen conju-gada Puede contemplarse la imagen virtual o la realpero siempre con la otra desenfocada como fondo

Figura 8 - Patente sobre la mejora de la resolucion del microsco-pio electronico (P Greguss ldquoDennis Gabor ndash Inventor of rdquoProc SPIE 4149 1 2000)

Entre 1948 y 1955 se publicaron unos cincuentaartıculos sobre el metodo de reconstruccion del frentede onda de Gabor y hacia 1955 tras investigar varios

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montajes opticos para intentar minimizar el efecto de laimagen conjugada Gabor abandono tranquilamente susinvestigaciones Algunos colaboradores de Gabor cali-ficaron la tecnica de reconstruccion del frente de ondacomo un white elephant no teniendo como algunosde sus inventos anteriores ninguna perspectiva comer-cial En su autobiografıa Gabor senala que su invencionde la holografıa habıa sido un ejercicio de serendip-ity [22] ldquodon de descubrir cosas sin proponerselordquo undescubrimiento cientıfico afortunado e inesperado re-alizado accidentalmente El objetivo original era con-seguir una mejora del microscopio electronico lo que ensu momento no tuvo ningun exito y solo en la decada de1990 llego a realizarse de forma practica Sin embargotras la invencion del laser su idea original dio lugar ainnumerables aplicaciones cientıficas y tecnologicas enareas muy diferentes todas ellas impensables para Ga-bor ademas de proporcionar un nuevo medio para elarte

42 La ldquofotografıa de ondasrdquo de Denisyuk

Como ya se ha senalado en 1958 los investigadores quehabıan iniciado los primeros trabajos sobre la recons-truccion del frente de onda ya la habıan abandonadocompletamente y habıan cambiado de campo de inves-tigacion Mientras Gabor ya era catedratico en el Im-perial College de Londres y estaba estudiando proble-mas relacionados con la fusion nuclear al tiempo queescribıa sobre las relaciones entre la ciencia y la so-ciedad su equipo de la companıa britanica de inge-nierıa electrica estaba ahora centrado en la mejora deldiseno de sus microscopios electronicos comerciales Sinembargo aproximadamente por esas fechas el conceptode reconstruccion del frente de onda de Gabor estabasiendo reinventado en un contexto diferente por YuriDenisyuk (1927-2006) (Fig 9) un investigador que tra-bajaba de forma aislada y que estaba realizando unaserie de estudios similares en el centro de investigacionoptica mas importante de la antigua Union Sovieticael Instituto Estatal de Optica Vavilov en Leningrado[20 26]

Figura 9 - Yuri Denisyuk (1927-2006) con su retrato holograficode reflexion (H J Caulfield Ed The Art and Science of Holog-raphy A Tribute to Emmett Leith and Yuri Denisyuk SPIEPress Bellingham 2003)

En 1954 y bajo la supervision de Alexander ElkinDenisyuk comenzo a trabajar en el campo de la in-strumentacion optica para la armada sovietica y en1958 decidio doctorarse por lo que Elkin le permitiodedicar parte de su tiempo a llevar a cabo investiga-ciones para que pudiera realizar su tesis doctoral bajola direccion de Eugenii Iudin otro colega del labora-torio [20] Aunque Iudin fallecio pocos meses despuesdurante los anos siguientes Denisyuk fue capaz de con-tinuar su tesis doctoral sin contar con un director detesis y bajo la unica supervision de Elkin quien leproporcionaba cierto material para seguir realizandolas experiencias de laboratorio que el propio Denisyukdisenaba En sus investigaciones iniciales sobre holo-grafıa Denisyuk se inspiro tras la lectura del libro deciencia ficcion Star Ships del escritor ruso Efremov Elpropio Denisyuk escribio en una ocasion que uno de losepisodios de este libro le impresiono profundamente [2026] En este unos arqueologos mientras trabajaban enuna excavacion encontraron accidentalmente una ex-trana placa Tras limpiar su superficie y detras de unacapa completamente transparente aparecio una caramirandolos La cara estaba aumentada por medio dealgun procedimiento optico tenıa tres dimensiones y ungran realismo sobre todo en sus ojos A Denisyuk se leocurrio la idea de crear tales fotografıas por medio de laoptica moderna lo que anos mas tarde consiguio medi-ante lo que se conoce como holograma de reflexion Estetipo de hologramas que recibieron el nombre de su in-ventor holograma de Denisyuk presentan la propiedadde que su reconstruccion se hace con luz blanca

Para fabricar sus hologramas Denisyuk hacıa in-cidir las ondas objeto y referencia por las caras opues-tas de la placa fotografica (Fig 10) El objeto lo situ-aba junto a una de las caras de la placa e iluminaba laotra cara con un haz de luz filtrado proveniente de unalampara de mercurio La onda luminosa tras atravesarla placa incide sobre el objeto y la onda reflejada poreste interfiere con la onda incidente dando lugar a unpatron de ondas estacionarias que puede ser registrandoen la placa fotografica Esta placa una vez revelada seilumina con un haz de reconstruccion de luz blanca yel objeto aparece en su posicion original y aproximada-mente del mismo color que el de la luz empleada enel registro En 1962 publico su descubrimiento bajo elnombre de fotografıa de ondas Las fuentes luminosasque disponıa Denisyuk eran lamparas de mercurio porlo que sus hologramas eran de objetos con poca pro-fundidad como espejos convexos con grandes radios decurvatura Mas adelante Denisyuk lamentaba no haberutilizado objetos con relieve como monedas ya que enese caso habrıa demostrado la posibilidad de utilizar sutecnica para formar imagenes de objetos tridimension-ales lo que desde luego habrıa proporcionado un mayorexito a sus investigaciones [26]

Tras completar su tesis doctoral en 1961 Denisyukvolvio a sus antiguas investigaciones sobre instru-

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mentacion optica siendo muy limitadas sus oportu-nidades para continuar su trabajo sobre fotografıa deondas [26] por lo que la investigacion en esta tecnicalanguidecio en la Union Sovietica en los anos siguientesy para sus contemporaneos la conexion de su trabajocon la reconstruccion del frente de onda de Gabor eramarginal siendo ambos esquemas esteriles y sin posi-bles aplicaciones La fotografıa de ondas de Denisyukrecibida al principio con gran escepticismo e incluso concierto menosprecio [27] jugo un papel trascendental enla evolucion futura de la holografıa Las investigacionesde Denisyuk no fueron conocidas fuera de las fronterasde la antigua Union Sovietica hasta finales de la decadade 1960 y su posicion cambio como la de Gabor gra-cias a los trabajos de Leith y Upatnieks aunque nofue hasta 1970 cuando sus contribuciones obtuvieron elreconocimiento mundial

Figura 10 - Registro y reconstruccion de un holograma de re-flexion (YN Denisyuk ldquoMy way in Holographyrdquo Leonardo 25425 (1992) Dibujo original de Yuri Denisyuk)

43 La ldquofotografıa sin lentesrdquo de Leith

Cuando Gabor pronuncio su discurso con motivo de laconcesion del premio Nobel indico que ldquohacia 1955 laholografıa entro en una larga hibernacion hasta la in-vencion del laser a comienzos de los anos sesentardquo [2022] Sin embargo esta afirmacion no es correcta Em-mett Leith (1927-2005) (Fig 11) el tercer personajede esta historia senalo que era erroneo pensar que lainvestigacion en holografıa habıa desaparecido en el pe-riodo comprendido entre 1955 y 1962 sino que en ciertosentido se realizaba de forma ldquoclandestinardquo en dos lab-

oratorios distintos [13 20] Uno de tales ambientes to-talmente invisibles para occidente era el Instituto Vav-ilov de Leningrado en la antigua Union Sovietica en elque Denisyuk trabajaba es su fotografıa de ondas Elotro era un laboratorio clasificado de la Universidad deMichigan cerca de Ann Arbor en los Estados Unidosen el que Leith llevo a cabo la tercera formulacion in-dependiente de la holografıa

Figura 11 - Emmett Leith (1927-2005) (AIP Emilio Segre VisualArchives Physics Today Collection)

Leith habıa entrado en 1952 en este laboratorio paratrabajar en un programa militar secreto relacionadocon el radar de apertura sintetica denominado ProyectoMichigan [19 20 28 29] y durante 1955 y 1956 Leithreformulo la teorıa del radar de apertura sintetica enterminos de la optica fısica y penso registrar sobreuna pelıcula fotografica la informacion de las ondas deradar reflejadas por un objeto para poder reconstruir-las posteriormente mediante metodos opticos Mientrasanalizaba las matematicas que habıa detras del pro-ceso comprobo que en las fotografıas estaba realmenteregistrando un patron interferencial de ondas de radarLeith acababa de reinventar la holografıa En esos dosprimeros anos Leith desarrollo una teorıa completa dela holografıa en la region de las microondas [20 28] y enoctubre de 1956 conocio el trabajo de Gabor a traves deun artıculo publicado por Kirkpatrick y El-Summ [30]comprobando este trabajo tenıa relacion con sus inves-tigaciones sobre radar [20] En el ano 1960 Juris Up-atnieks (1936-) (Fig 12) un joven ingeniero electrico

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comenzo a trabajar con Leith y entre los dos repitieronen su laboratorio de la Universidad de Michigan al-gunos de los experimentos de Gabor primero usandocomo fuente de iluminacion una lampara de mercurio yposteriormente un laser de He-Ne Leith y Upatniekscontaban con una ventaja respecto a Gabor y Denisyukpues a principios de la decada de 1960 ya se disponıade laseres comerciales

Figura 12 - Juris Upatnieks y Emmett Leith (AIP Emilio SegreVisual Archives Physics Today Collection)

Leith y Upatnieks idearon distintas formas de sosla-yar el problema de las imagenes dobles que tanto habıaatormentado a Gabor e idearon la tecnica del haz de re-ferencia inclinado [31] Haciendo uso de su trabajo pre-vio Leith adopto el principio del radar de observacionlateral y en sus primeros experimentos sobre holografıadesplazo el haz de referencia fuera de la direccion delhaz objeto Habıan inventado el holograma fuera deeje conocido tambien como holograma de Leith y Upa-tnieks en el que las ondas objeto y referencia inciden so-bre la misma cara de la placa fotografica pero formandoun cierto angulo entre sı Con ayuda de este nuevo es-quema de registro las imagenes virtual y real quedanseparadas angularmente en la etapa de reconstrucciony se resuelve el problema de Gabor de las imagenesdobles Esta tecnica de holografıa fuera de eje (Fig 13)tuvo un enorme impacto y fue crucial para el avancede la holografıa como una tecnologıa realmente util Amediados de 1963 Leith y Upatnieks publicaron sus re-sultados bajo el nombre de fotografıa sin lentes [32]

En los primeros hologramas fuera de eje que re-alizaron Leith y Upatnieks utilizaron objetos bidimen-sionales textos en color negro sobre fondo blancotextos transparentes sobre fondo negro y fotografıasen blanco y negro En diciembre de 1963 muchosperiodicos americanos como el New York Times y elWall Street Journal publicaron la noticia de la nueva

tecnica de Leith y Upatnieks incluyendo fotografıastanto de los hologramas (una simple imagen borrosairreconocible) como de las imagenes holograficas [20]

El viernes 3 de abril de 1964 en la ultima sesionde la reunion de la Sociedad Americana de Optica cel-ebrada en un hotel de Washington Upatnieks presentosu nuevo trabajo sobre hologramas de objetos tridimen-sionales [20] Al finalizar los quince minutos que durosu exposicion anuncio a los asistentes que podıan verun holograma de un objeto tridimensional en el halldel hotel Se trataba del holograma titulado Train andBird (Fig 14) Cuando se iluminaba el holograma con-venientemente con la luz del laser aparecıa una imagentridimensional que tenıa todas las propiedades del ob-jeto original No fue la charla de Upatnieks sino la ob-servacion de este holograma lo que realmente impacto atodos los asistentes a la reunion Podemos imaginarnosuna larga cola de especialistas en optica esperando conansiedad a que les llegara su turno Todos ellos esta-ban confundidos y a la mayorıa les resultaba imposiblecreer lo que estaban viendo el pequeno tren de jugueteparecıa real detras de la placa fotografica como si real-mente estuviera allı [20 33-35] Muchos preguntaronldquoiquestdonde esta el trenrdquo a lo que Leith contesto ldquolamentotener que decirlo el tren esta de vuelta en Ann Arborrdquo[36] Combinando la luz del laser con la tecnica fuera deeje habıan abierto el mundo de la holografıa al mundoreal de los objetos tridimensionales

Figura 13 - (a) Ona proveniente de un objeto (b) Registro y (c)reconstruccion del holograma fuera de eje del objeto

1602-10 Belendez

Figura 14 - Fotografıa de la imagen de uno de los primeros holo-gramas de transmision de un objeto tridimensional (E N Leithy J Upatnieks ldquoWavefront reconstruction with diffused illumi-nation and three-dimensional objectsrdquo J Opt Soc Am 541295-1381 1964 [37] Figura cortesıa de Juris Upatnieks) Eltren original del que se hizo el holograma puede verse en la Fig12 justo delante de Upatnieks

44 La ldquoexplosionrdquo holografica

En las casi dos decadas transcurridas desde 1947 y 1964la holografıa era un collage construido desde distintasperspectivas [13 20] El concepto de reconstruccion delfrente de onda de Gabor como una nueva forma de mi-croscopıa que habıa interesado solo a unos pocos inves-tigadores y luego fue abandonado la fotografıa de on-das de Denisyuk como una forma de obtener imagenestridimensionales a partir de la fotografıa de Lippmanque inicialmente convencio a pocos cientıficos y la fo-tografıa sin lentes de Leith y Upatnieks formuladatomando como punto de partida la teorıa de la comu-nicacion a partir de investigaciones relacionadas con elradar de apertura sintetica La vision excitante en 1964del holograma tridimensional de Leith y Upatnieks re-activo de ldquoforma explosivardquo el interes por la holografıaCientos de investigadores empezaron a relacionar es-tos tres trabajos realizados de forma independiente yen los anos siguientes a la presentacion del hologramadel tren se publicaron mas de mil artıculos cientıficossobre el registro de hologramas con laser [38] lo quecontrasta con los apenas cincuenta trabajos publica-dos entre 1947 y 1955 Era necesario sin embargobuscar una denominacion unica para este nuevo campoque englobara lo que antes se habıa conocido de tresformas distintas reconstruccion del frente de onda fo-tografıa de ondas y fotografıa sin lentes No esta claroquien acuno el termino ldquoholografıardquo para designar aesta nueva area ya que hay varios investigadores quereclamaron la paternidad del mismo Lo cierto es quela holografıa un campo con un potencial intelectualy comercial extraordinario habıa nacido Es evidenteque la terminologıa cientıfica tiene un gran impacto yno solo a nivel cientıfico sino tambien social filosoficoe incluso economico [39] por lo que la denominacionholografıa para esta lsquonueva cienciarsquo una unica palabra

tenıa todas las de ganarEn 1966 George Stroke (1924-) tambien profesor de

la Universidad de Michigan publico An Introduction toCoherent Optics and Holography [40] el primer libroen el que se exponıan los fundamentos teoricos de lanueva tecnica Se vendieron 3665 copias solo duranteel primer ano un numero respetable para un texto deestas caracterısticas y hasta 1999 habıan sido mas decincuenta mil los ejemplares vendidos [41] Hasta el ano2000 se habıan publicado mas de veinte mil artıculossobre holografıa en revistas especializadas y presentadomas de diez mil comunicaciones en congresos siete milpatentes miles de libros y un numero similar de tesisdoctorales [20]

La primera exposicion de holografıa artıstica tuvolugar en Michigan en 1968 y la segunda en NuevaYork en 1970 mientras que en 1971 comenzo una es-cuela de holografıa en San Francisco la primera en laque cientıficos ingenieros y artistas podıan aprender lanueva tecnica [36] De este modo la holografıa se con-virtio en un ejemplo inusual de campo cientıfico en elque participaron en su desarrollo grupos de personasde muy distinta procedencia desde fısicos e ingenieroshasta artistas [42 43]

La explosion holografica originada gracias a los tra-bajos de Leith y Upatnieks y de otros investigadores dela Universidad de Michigan centro de referencia de laholografıa mundial a mediados de la decada de 1960[20] tambien rehabilito la figura de Gabor que paso deser practicamente un desconocido a estar a finales de losanos sesenta en la lista de los candidatos al premio No-bel La Real Academia Sueca de las Ciencias anunciola concesion del premio Nobel de Fısica a Dennis Ga-bor en 1971 ldquopor la invencion y desarrollo del metodoholograficordquo (Fig 15)

Figura 15 - Galardonados con los premios Nobel de 1971 Deizquierda a derecha Simon Kuznets (economıa) Pablo Neruda(literatura) Earl Sutherland (fisiologıa y medicina) GerhardHerzberg (quımica) y Dennis Gabor (fısica) (Archivo fotograficodel Comite del Premio Nobel)

Gabor consciente de que los trabajos realizados porotros muchos investigadores habıan jugado un papelfundamental en esta concesion finalizo la leccion quepronuncio con motivo de dicha concesion expresando su

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mas sincero agradecimiento a todos ellos que le habıanayudado con su trabajo a conseguir los mas altos hon-ores cientıficos [23]

En esta revision de los orıgenes y desarrollo de laholografıa no podemos a Stephen Benton (1941-2003)(Fig 16) cientıfico del Instituto Tecnologico de Massa-chussets (MIT) [44] que es otro de los investigadoresque mas ha influido en el desarrollo y difusion de laholografıa En 1968 cuando contaba con 27 anos de-sarrollo un tipo de holograma conocido como hologramade arco iris o de Benton [45] que tiene gran importan-cia al tratarse de un holograma de transmision que nonecesita del laser para su reconstruccion sino que sepuede ver con luz blanca creando una imagen en col-ores en funcion del angulo con el que se observa aunquepara ello se sacrifica el paralaje vertical manteniendosolo el horizontal lo cual no tiene mucha importanciaEn cualquier caso el aspecto mas importante es que elholograma de arco iris permite la produccion masivade hologramas utilizando la tecnica de ldquoestampadordquo(embossing en ingles) en plastico aluminizado siendoposible duplicar el holograma millones de veces con unbajo coste Estos hologramas se utilizan en sistemasde seguridad y la primera vez que aparecieron en docu-mentos de este tipo fue en tarjetas de credito en 1983El holograma de arco iris de un aguila aparecio en laportada de la revista National Geographic de marzo de1984 lo que supuso la distribucion de once millones dehologramas en todo el mundo Benton es una piezaclave en el desarrollo de la holografıa moderna y nosolo por sus contribuciones cientıficas y tecnologicassino que tambien destaca su faceta artıstica Bentonsenalo en una ocasion que ldquola creatividad no pertenecesolamente al dominio del arte existe en todas las areasde nuestra existencia y uno de los aspectos mas intere-santes del medio emergente que es la holografıa es larelacion simbiotica que se da entre las ciencias y lasartesrdquo [46]

Figura 16 - Stephen Benton (1941-2003) (Special Issue Trib-ute to Professor Stephen A Benton Holography-SPIErsquos Interna-cional Technical Working Group 15 (2004) Fotografıa de RDRallison)

5 Algunas aplicaciones de la holografıa

En 1986 Leith senalo que ldquola holografıa por sı mismapuede parecer un campo de investigacion no muy am-plio pero si la combinas con otros campos conseguirasun area lo suficientemente grande para poder dedi-carle toda una vidardquo [43] y prueba de ello es que latecnica holografica ha proporcionado y sigue proporcio-nando innumerables aplicaciones en multitud de cam-pos cientıficos y tecnologicos Entre ellos podemosmencionar la interferometrıa holografica [47] que per-mite analizar las deformaciones de un objeto debidasa esfuerzos vibraciones o variaciones de temperaturavisualizar los modos de vibracion de altavoces instru-mentos musicales o complejas estructuras o realizar en-sayos no destructivos Fueron Powell y Stetson (miem-bros del Grupo de Optica de la Universidad de Michi-gan) los que en 1964 descubrieron de forma accidentallas franjas de interferencia en el holograma de un ob-jeto deformado [20] aunque ese mismo ano tambienLeith y Upatnieks por un lado y Hildebrand y Haines(tambien de la Universidad de Michigan) por otro sedieron cuenta de las posibilidades de la holografıa eninterferometrıa [20] La Fig 17 muestra el estudio me-diante interferometrıa holografica en tiempo real de ladistribucion de temperatura en el interior de una bom-billa [48] A lo largo de las lıneas que aparecen en elinterferograma la temperatura es constante

Figura 17 - Estudio mediante interferometrıa holografica de ladistribucion de temperatura en el interior de una bombilla [8]

1602-12 Belendez

La holografıa tambien se ha aplicado al analisis departıculas [49] microscopicas siendo posible analizarsu tamano posicion desplazamiento y velocidad Per-mite estudiar desde aerosoles hasta el plancton marinoe incluso se ha utilizado para analizar la dinamica departıculas microscopicas y el crecimiento de cristales encondiciones de microgravedad mediante experimentosrealizados a bordo del trasbordador espacial Discoveryen los que se registraron mas de mil hologramas [50]

Tambien se fabrican elementos opticos holograficos[51] como lentes espejos redes de difraccion y otros dis-positivos mas complejos como concentradores solaresinterconectares de fibras opticas scanners con los quese leen los codigos de barras o los visores que utilizanlos pilotos de aviones conocidos como head-up displaysy cuya funcion es formar la imagen en el infinito de lainformacion presentada en una pantalla y superponerlacon los objetos observados en el mundo exterior

Se pueden obtener hologramas generados por orde-nador siendo posible realizar figuras geometricas en elespacio o representar objetos en vıas de fabricacion sinque sea necesario construir modelos Estos hologramasson solo una parte de un campo mas amplio conocidocomo holografıa digital [52]

Los hologramas de seguridad [53] son quizas la apli-cacion mas importante de la holografıa desde el puntode vista comercial La dificultad tecnica que tiene la re-alizacion de algunos hologramas y el hecho de que solocon medios tecnicos complejos y sofisticados sea posi-ble producir en serie copias de un holograma originalhan hecho de la holografıa una tecnica adecuada parasistemas de seguridad como los utilizados en tarjetasde credito billetes de banco (Fig 18) documentos deidentidad o etiquetas de productos comerciales inclui-dos algunos productos farmaceuticos que se comercial-izan en el sudeste asiatico donde la venta de medicinasilegales esta muy extendida [54]

Figura 18 - Hologramas de seguridad de billetes

En nuestra sociedad dominada por las tecnologıas

de la informacion la utilizacion de la holografıa en elalmacenamiento de informacion es una de las aplica-ciones que presentan en estos momentos mas futuro einteres [55 56] Mediante el multiplexado se puede reg-istrar un gran numero de hologramas en una mismaplaca y posteriormente es posible recuperar la infor-macion separadamente Este es el principio de lasmemorias holograficas [57] en las que se puede almace-nar en poco espacio una gran cantidad de informacionAunque las mayores dificultades tecnicas para llevarla ala practica han estado relacionadas con la obtencion deun material de registro adecuado ya se han fabricadolos primeros prototipos de sistemas de almacenamientoholografico con discos holograficos con una capacidadde almacenamiento de 300 Gb el equivalente a mas desesenta DVDs en un solo disco y se sigue investigandopara obtener mayores capacidades de almacenamientoincluso del orden del Tb

En cuanto a la idea original de Gabor de utilizarla holografıa en la mejora de la calidad de imagen delmicroscopio electronico hubo que esperar casi cuarentaanos para poder disponer de haces coherentes de elec-trones que hicieran posible llevar a cabo esta aplicacion[58]

En el ano 1968 se publico en la revista Leonardoun artıculo en el que se senalaba la posibilidad deutilizar la holografıa como una nueva forma de arte[59] y algunos artistas se adentraron en la aventuraholografica como Salvador Dalı que realizo en 1972una exposicion que incluıa hologramas en la GalerıaKnoedler de Nueva York a la que asistio el propio Ga-bor Casi simultaneamente Harriet Casdin-Silver [60-62] en Estados Unidos Margaret Benyon [63-65] enGran Bretana y Carl Frederich Reutersward [66] enSuecia iniciaban su andadura en el intento de utilizarla holografıa con fines creativos [67] Casdin-Silver seinicio en el MIT bajo la tutela de Benton mientras queReutersward fue asistido tecnicamente por cientıficossuecos como Nilsson Abramson o Bjelkhagen [20] loque es una prueba mas de la colaboracion entre artistasy cientıficos en el campo de la holografıa Es evidenteque la caracterıstica de la holografıa que inicialmente seimpone con mas fuerza es su capacidad de reproducirimagenes tridimensionales de gran realismo a veces tanautentico como el de los objetos realmente existentes[67] Este efecto es sin duda especialmente sorprendenteen aquellos hologramas en los que la imagen reconstru-ida ldquoflotardquo en el aire saliendose de la placa holograficasin que seamos capaces asir con nuestras manos los ob-jetos que aparentemente estan ahı ante nuestros ojos[67] (Fig 19) Es evidente por tanto que la holografıaposee un innegable interes como una de las tecnicas masrevolucionarias de creacion de imagenes tridimension-ales y su capacidad de atraccion-fascinacion es enorme[2 68]

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Figura 19 - Fotografıa del holograma de reflexion de una camarafotografica antigua (Deutsches Museum Munich Alemania) Fo-tografıa de A Belendez

Frente al espacio estatico y constante de la pin-tura o la fotografıa el espacio holografico implica elmovimiento del espectador y una variacion de la imagenen tanto en cuanto se producen angulos de vision distin-tos en la percepcion dinamica de la imagen holografica[2 68] Lejos de ser una ventana fija abierta a un es-pacio fijo el holograma actua en este caso como unaventana con memoria [13 68] En la Fig 20 se mues-tran tres fotografıas de una misma placa holografica enel que hay multiplexados tres hologramas que puedenobservarse mirando desde la izquierda el frente y laderecha de la placa

Ha habido ademas un gran numero de artistas quehan explorado las posibles interacciones de la holografıacon otros medios como la pintura la escultura la fo-tografıa etc [67] y tambien goza cada vez mas de fa-vor la integracion de la holografıa en entornos arqui-tectonicos [69] tendencia que se ve favorecida por lamejora de la tecnica en la obtencion de hologramas degran formato como por ejemplo los hologramas de luzblanca del hall de la Universidad de Bremen Alemaniautilizados para la distribucion de la luz del Sol [70]

Tambien es posible realizar retratos holograficos yel primero de ellos fue realizado en Michigan la noche deHalloween de 1967 y fue un autorretrato de LawrenceSiebert [71] Utilizando laseres pulsantes es posible re-alizar retratos holograficos pues la alteracion de la es-cena a registrar es practicamente nula durante el tiempode duracion del pulso Un retrato holografico historicoes el holograma de transmision de Gabor [72] realizadoen 1971 con motivo de la concesion del Premio Nobel(Fig 21)

Figura 20 - Tres fotografıas de la misma placa holografica enla que hay multiplexados tres hologramas de reflexion obser-vando desde (a) la izquierda (b) el frente y (c) la derecha de laplaca (Deutsches Museum Munich Alemania) Fotografıas deA Belendez

1602-14 Belendez

Figura 21 - Dennis Gabor junto con su retrato holografico real-izado en 1971 por R Rhinehart de la McDonell Douglas Elec-tronics Corporation (The MIT Museum ndash Holography Collectionfrom the Museum of Holography)

La holografıa tambien se utiliza en los museos parasustituir algunos de sus objetos delicados y valiosospor hologramas de los mismos Este es por ejemploel caso del Hombre de Lindow una momia de masde 2300 anos de antiguedad encontrada en CheshireInglaterra en 1984 El original se encuentra en unacamara del Museo Britanico en Londres con temper-atura y humedad controladas mientras que se hizo unholograma de la momia tanto para exponerlo al publicocomo para que distintos investigadores pudieran estudi-arla La realizacion de hologramas de piezas valiosas hahecho posible que estas puedan observarse en lugaresdistintos de los que realmente se encuentran Holo-gramas del tipo Denisyuk se utilizaron en la antiguaUnion Sovietica y en otros paıses para la conservacionde obras de arte consideradas tesoros arqueologicosa traves de un vasto programa de colaboracion entrefısicos y museologos De hecho en muchas ocasionesse hace uso de la tecnica de Denisyuk para sustituirlos objetos originales por hologramas en exposicionesitinerantes Por ejemplo el Museo de Holografıa deParıs dispone de colecciones con una riqueza y diver-sidad unicas contiene hologramas gigantes algunos deellos visibles con luz blanca y otros con luz del laserjunto con una importante coleccion de representacionesholograficas de obras que se encuentran expuestas en elMuseo del Hermitage de San Petersburgo y en el MuseoHistorico de Kiev [2] Entre las piezas de que dispone seencuentra un holograma del sable de Napoleon y otrodel baston del mariscal Davout A mediados de losanos ochenta se realizaron una serie de hologramas dereflexion sobre el tesoro de Villena en la Universidad deAlicante Espana (Fig 22) [48]

Mediante la utilizacion de tres laseres con longitudesde onda en las zonas de los tres colores primarios [2 73]la tecnica de Denisyuk permite el registro y la recon-struccion de imagenes en color con una calidad impens-able La fidelidad en la reproduccion de formas coloresy brillos es tan espectacular que es difıcil decir si lo quese ve es el objeto mismo detras de una ventana de vidrio

o una reproduccion holografica

Figura 22 - (a) Fotografıas de hologramas de reflexion del Tesorode Villena y (b) detalle de uno de ellos (hologramas realizados porel Dr Jose Antonio Quintana Centro de Holografıa Universidadde Alicante 1984)

Para terminar senalar que la holografıa puede apli-carse utilizando una gran parte del espectro electro-magnetico desde imagenes con microondas y radarpasando por los infrarrojos el espectro visible y laradiacion ultravioleta hasta los rayos X Tambien sepueden utilizar haces de electrones o neutrones e in-cluso ondas sonoras Existen hologramas artısticos re-tratos holograficos hologramas en color y tambien seencuentran hologramas en las tiendas de regalos en li-bros en museos en tarjetas de felicitacion o en sellosde correos Los hologramas de seguridad son un grannegocio las tarjetas de credito generan cientos de mil-lones de hologramas al ano o quizas mas y algo parecidosucede con los billetes de banco hay hologramas en lasetiquetas de ciertos productos e incluso ya se han in-

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cluido hologramas en ropa deportiva para asegurar suautenticidad y distinguirla de las imitaciones La inter-ferometrıa holografica es una tecnica que se aplica enareas muy diversas los elementos opticos holograficosse emplean es sistemas opticos muy variados el almace-namiento holografico de informacion es ya una realidady la holografıa aparece tambien en investigaciones defısica fundamental como la teorıa de la relatividad o lafısica cuantica

Trascurridos sesenta anos desde su invencion y a pe-sar de sus erraticos inicios la holografıa ha demostradotener un gran pasado y un magnıfico presente perodesde luego lo innegable es que sigue teniendo un fu-turo prometedor [74]

Agradecimientos

Deseo expresar mi mas sincero agradecimiento al DrJuan Ramon Rivera Vicerrector de Relaciones Insti-tucionales de la Universidad de Alicante (UA) en elmomento de la lectura de la leccion inaugural y al Ser-vicio de Protocolo de la UA por el apoyo y colabo-racion prestados durante la preparacion de la leccionTambien quiero agradecer a la Dra Inmaculada Pas-cual Catedratica de Optica de la UA el haber leıdo ycorregido en mas de una ocasion el manuscrito originalası como sus sugerencias y comentarios que indudable-mente mejoraron el texto inicial de la leccion Final-mente agradezco al Dr Sean F Johnston de la Univer-sidad de Glasgow el haberme enviado copia de variosde sus artıculos relacionados con el origen y desarrollode la holografıa

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comcwsarticleprint9746) salto a las paginas deThe New York Times La belleza de estos experimen-tos radica quizas en que su denominador comun esla maxima simplicidad de medios para su realizacion yla gran capacidad de cambiar el planteamiento domi-nante que ofrecieron sus conclusiones El orden del re-sultado de la encuesta por numero de votos fue el sigu-iente interferencia de los electrones al pasar por unadoble rendija (Bohr De Broglie Heisenberg y otros)caıda libre de los cuerpos (Galileo) determinacion dela carga del electron (Millikan) descomposicion de laluz del Sol por un prisma (Newton) interferencia dela luz de la doble rendija (Young) medida de la con-stante de la gravitacion universal con una balanza detorsion (Cavendish) medida de la circunferencia de laTierra (Eratostenes) caıda de los cuerpos en planos in-clinados (Galileo) descubrimiento del nucleo atomico(Rutherford) y movimiento de la Tierra (el pendulo deFoucault) El experimento que quedo en el undecimolugar fue el principio de Arquımedes de la hidrostatica

[8] M Lozano De Arquımedes a Einstein Los DiezExperiementos mas Bellos de la Fısica (DebateBarcelona 2005)

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montajes opticos para intentar minimizar el efecto de laimagen conjugada Gabor abandono tranquilamente susinvestigaciones Algunos colaboradores de Gabor cali-ficaron la tecnica de reconstruccion del frente de ondacomo un white elephant no teniendo como algunosde sus inventos anteriores ninguna perspectiva comer-cial En su autobiografıa Gabor senala que su invencionde la holografıa habıa sido un ejercicio de serendip-ity [22] ldquodon de descubrir cosas sin proponerselordquo undescubrimiento cientıfico afortunado e inesperado re-alizado accidentalmente El objetivo original era con-seguir una mejora del microscopio electronico lo que ensu momento no tuvo ningun exito y solo en la decada de1990 llego a realizarse de forma practica Sin embargotras la invencion del laser su idea original dio lugar ainnumerables aplicaciones cientıficas y tecnologicas enareas muy diferentes todas ellas impensables para Ga-bor ademas de proporcionar un nuevo medio para elarte

42 La ldquofotografıa de ondasrdquo de Denisyuk

Como ya se ha senalado en 1958 los investigadores quehabıan iniciado los primeros trabajos sobre la recons-truccion del frente de onda ya la habıan abandonadocompletamente y habıan cambiado de campo de inves-tigacion Mientras Gabor ya era catedratico en el Im-perial College de Londres y estaba estudiando proble-mas relacionados con la fusion nuclear al tiempo queescribıa sobre las relaciones entre la ciencia y la so-ciedad su equipo de la companıa britanica de inge-nierıa electrica estaba ahora centrado en la mejora deldiseno de sus microscopios electronicos comerciales Sinembargo aproximadamente por esas fechas el conceptode reconstruccion del frente de onda de Gabor estabasiendo reinventado en un contexto diferente por YuriDenisyuk (1927-2006) (Fig 9) un investigador que tra-bajaba de forma aislada y que estaba realizando unaserie de estudios similares en el centro de investigacionoptica mas importante de la antigua Union Sovieticael Instituto Estatal de Optica Vavilov en Leningrado[20 26]

Figura 9 - Yuri Denisyuk (1927-2006) con su retrato holograficode reflexion (H J Caulfield Ed The Art and Science of Holog-raphy A Tribute to Emmett Leith and Yuri Denisyuk SPIEPress Bellingham 2003)

En 1954 y bajo la supervision de Alexander ElkinDenisyuk comenzo a trabajar en el campo de la in-strumentacion optica para la armada sovietica y en1958 decidio doctorarse por lo que Elkin le permitiodedicar parte de su tiempo a llevar a cabo investiga-ciones para que pudiera realizar su tesis doctoral bajola direccion de Eugenii Iudin otro colega del labora-torio [20] Aunque Iudin fallecio pocos meses despuesdurante los anos siguientes Denisyuk fue capaz de con-tinuar su tesis doctoral sin contar con un director detesis y bajo la unica supervision de Elkin quien leproporcionaba cierto material para seguir realizandolas experiencias de laboratorio que el propio Denisyukdisenaba En sus investigaciones iniciales sobre holo-grafıa Denisyuk se inspiro tras la lectura del libro deciencia ficcion Star Ships del escritor ruso Efremov Elpropio Denisyuk escribio en una ocasion que uno de losepisodios de este libro le impresiono profundamente [2026] En este unos arqueologos mientras trabajaban enuna excavacion encontraron accidentalmente una ex-trana placa Tras limpiar su superficie y detras de unacapa completamente transparente aparecio una caramirandolos La cara estaba aumentada por medio dealgun procedimiento optico tenıa tres dimensiones y ungran realismo sobre todo en sus ojos A Denisyuk se leocurrio la idea de crear tales fotografıas por medio de laoptica moderna lo que anos mas tarde consiguio medi-ante lo que se conoce como holograma de reflexion Estetipo de hologramas que recibieron el nombre de su in-ventor holograma de Denisyuk presentan la propiedadde que su reconstruccion se hace con luz blanca

Para fabricar sus hologramas Denisyuk hacıa in-cidir las ondas objeto y referencia por las caras opues-tas de la placa fotografica (Fig 10) El objeto lo situ-aba junto a una de las caras de la placa e iluminaba laotra cara con un haz de luz filtrado proveniente de unalampara de mercurio La onda luminosa tras atravesarla placa incide sobre el objeto y la onda reflejada poreste interfiere con la onda incidente dando lugar a unpatron de ondas estacionarias que puede ser registrandoen la placa fotografica Esta placa una vez revelada seilumina con un haz de reconstruccion de luz blanca yel objeto aparece en su posicion original y aproximada-mente del mismo color que el de la luz empleada enel registro En 1962 publico su descubrimiento bajo elnombre de fotografıa de ondas Las fuentes luminosasque disponıa Denisyuk eran lamparas de mercurio porlo que sus hologramas eran de objetos con poca pro-fundidad como espejos convexos con grandes radios decurvatura Mas adelante Denisyuk lamentaba no haberutilizado objetos con relieve como monedas ya que enese caso habrıa demostrado la posibilidad de utilizar sutecnica para formar imagenes de objetos tridimension-ales lo que desde luego habrıa proporcionado un mayorexito a sus investigaciones [26]

Tras completar su tesis doctoral en 1961 Denisyukvolvio a sus antiguas investigaciones sobre instru-

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mentacion optica siendo muy limitadas sus oportu-nidades para continuar su trabajo sobre fotografıa deondas [26] por lo que la investigacion en esta tecnicalanguidecio en la Union Sovietica en los anos siguientesy para sus contemporaneos la conexion de su trabajocon la reconstruccion del frente de onda de Gabor eramarginal siendo ambos esquemas esteriles y sin posi-bles aplicaciones La fotografıa de ondas de Denisyukrecibida al principio con gran escepticismo e incluso concierto menosprecio [27] jugo un papel trascendental enla evolucion futura de la holografıa Las investigacionesde Denisyuk no fueron conocidas fuera de las fronterasde la antigua Union Sovietica hasta finales de la decadade 1960 y su posicion cambio como la de Gabor gra-cias a los trabajos de Leith y Upatnieks aunque nofue hasta 1970 cuando sus contribuciones obtuvieron elreconocimiento mundial

Figura 10 - Registro y reconstruccion de un holograma de re-flexion (YN Denisyuk ldquoMy way in Holographyrdquo Leonardo 25425 (1992) Dibujo original de Yuri Denisyuk)

43 La ldquofotografıa sin lentesrdquo de Leith

Cuando Gabor pronuncio su discurso con motivo de laconcesion del premio Nobel indico que ldquohacia 1955 laholografıa entro en una larga hibernacion hasta la in-vencion del laser a comienzos de los anos sesentardquo [2022] Sin embargo esta afirmacion no es correcta Em-mett Leith (1927-2005) (Fig 11) el tercer personajede esta historia senalo que era erroneo pensar que lainvestigacion en holografıa habıa desaparecido en el pe-riodo comprendido entre 1955 y 1962 sino que en ciertosentido se realizaba de forma ldquoclandestinardquo en dos lab-

oratorios distintos [13 20] Uno de tales ambientes to-talmente invisibles para occidente era el Instituto Vav-ilov de Leningrado en la antigua Union Sovietica en elque Denisyuk trabajaba es su fotografıa de ondas Elotro era un laboratorio clasificado de la Universidad deMichigan cerca de Ann Arbor en los Estados Unidosen el que Leith llevo a cabo la tercera formulacion in-dependiente de la holografıa

Figura 11 - Emmett Leith (1927-2005) (AIP Emilio Segre VisualArchives Physics Today Collection)

Leith habıa entrado en 1952 en este laboratorio paratrabajar en un programa militar secreto relacionadocon el radar de apertura sintetica denominado ProyectoMichigan [19 20 28 29] y durante 1955 y 1956 Leithreformulo la teorıa del radar de apertura sintetica enterminos de la optica fısica y penso registrar sobreuna pelıcula fotografica la informacion de las ondas deradar reflejadas por un objeto para poder reconstruir-las posteriormente mediante metodos opticos Mientrasanalizaba las matematicas que habıa detras del pro-ceso comprobo que en las fotografıas estaba realmenteregistrando un patron interferencial de ondas de radarLeith acababa de reinventar la holografıa En esos dosprimeros anos Leith desarrollo una teorıa completa dela holografıa en la region de las microondas [20 28] y enoctubre de 1956 conocio el trabajo de Gabor a traves deun artıculo publicado por Kirkpatrick y El-Summ [30]comprobando este trabajo tenıa relacion con sus inves-tigaciones sobre radar [20] En el ano 1960 Juris Up-atnieks (1936-) (Fig 12) un joven ingeniero electrico

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comenzo a trabajar con Leith y entre los dos repitieronen su laboratorio de la Universidad de Michigan al-gunos de los experimentos de Gabor primero usandocomo fuente de iluminacion una lampara de mercurio yposteriormente un laser de He-Ne Leith y Upatniekscontaban con una ventaja respecto a Gabor y Denisyukpues a principios de la decada de 1960 ya se disponıade laseres comerciales

Figura 12 - Juris Upatnieks y Emmett Leith (AIP Emilio SegreVisual Archives Physics Today Collection)

Leith y Upatnieks idearon distintas formas de sosla-yar el problema de las imagenes dobles que tanto habıaatormentado a Gabor e idearon la tecnica del haz de re-ferencia inclinado [31] Haciendo uso de su trabajo pre-vio Leith adopto el principio del radar de observacionlateral y en sus primeros experimentos sobre holografıadesplazo el haz de referencia fuera de la direccion delhaz objeto Habıan inventado el holograma fuera deeje conocido tambien como holograma de Leith y Upa-tnieks en el que las ondas objeto y referencia inciden so-bre la misma cara de la placa fotografica pero formandoun cierto angulo entre sı Con ayuda de este nuevo es-quema de registro las imagenes virtual y real quedanseparadas angularmente en la etapa de reconstrucciony se resuelve el problema de Gabor de las imagenesdobles Esta tecnica de holografıa fuera de eje (Fig 13)tuvo un enorme impacto y fue crucial para el avancede la holografıa como una tecnologıa realmente util Amediados de 1963 Leith y Upatnieks publicaron sus re-sultados bajo el nombre de fotografıa sin lentes [32]

En los primeros hologramas fuera de eje que re-alizaron Leith y Upatnieks utilizaron objetos bidimen-sionales textos en color negro sobre fondo blancotextos transparentes sobre fondo negro y fotografıasen blanco y negro En diciembre de 1963 muchosperiodicos americanos como el New York Times y elWall Street Journal publicaron la noticia de la nueva

tecnica de Leith y Upatnieks incluyendo fotografıastanto de los hologramas (una simple imagen borrosairreconocible) como de las imagenes holograficas [20]

El viernes 3 de abril de 1964 en la ultima sesionde la reunion de la Sociedad Americana de Optica cel-ebrada en un hotel de Washington Upatnieks presentosu nuevo trabajo sobre hologramas de objetos tridimen-sionales [20] Al finalizar los quince minutos que durosu exposicion anuncio a los asistentes que podıan verun holograma de un objeto tridimensional en el halldel hotel Se trataba del holograma titulado Train andBird (Fig 14) Cuando se iluminaba el holograma con-venientemente con la luz del laser aparecıa una imagentridimensional que tenıa todas las propiedades del ob-jeto original No fue la charla de Upatnieks sino la ob-servacion de este holograma lo que realmente impacto atodos los asistentes a la reunion Podemos imaginarnosuna larga cola de especialistas en optica esperando conansiedad a que les llegara su turno Todos ellos esta-ban confundidos y a la mayorıa les resultaba imposiblecreer lo que estaban viendo el pequeno tren de jugueteparecıa real detras de la placa fotografica como si real-mente estuviera allı [20 33-35] Muchos preguntaronldquoiquestdonde esta el trenrdquo a lo que Leith contesto ldquolamentotener que decirlo el tren esta de vuelta en Ann Arborrdquo[36] Combinando la luz del laser con la tecnica fuera deeje habıan abierto el mundo de la holografıa al mundoreal de los objetos tridimensionales

Figura 13 - (a) Ona proveniente de un objeto (b) Registro y (c)reconstruccion del holograma fuera de eje del objeto

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Figura 14 - Fotografıa de la imagen de uno de los primeros holo-gramas de transmision de un objeto tridimensional (E N Leithy J Upatnieks ldquoWavefront reconstruction with diffused illumi-nation and three-dimensional objectsrdquo J Opt Soc Am 541295-1381 1964 [37] Figura cortesıa de Juris Upatnieks) Eltren original del que se hizo el holograma puede verse en la Fig12 justo delante de Upatnieks

44 La ldquoexplosionrdquo holografica

En las casi dos decadas transcurridas desde 1947 y 1964la holografıa era un collage construido desde distintasperspectivas [13 20] El concepto de reconstruccion delfrente de onda de Gabor como una nueva forma de mi-croscopıa que habıa interesado solo a unos pocos inves-tigadores y luego fue abandonado la fotografıa de on-das de Denisyuk como una forma de obtener imagenestridimensionales a partir de la fotografıa de Lippmanque inicialmente convencio a pocos cientıficos y la fo-tografıa sin lentes de Leith y Upatnieks formuladatomando como punto de partida la teorıa de la comu-nicacion a partir de investigaciones relacionadas con elradar de apertura sintetica La vision excitante en 1964del holograma tridimensional de Leith y Upatnieks re-activo de ldquoforma explosivardquo el interes por la holografıaCientos de investigadores empezaron a relacionar es-tos tres trabajos realizados de forma independiente yen los anos siguientes a la presentacion del hologramadel tren se publicaron mas de mil artıculos cientıficossobre el registro de hologramas con laser [38] lo quecontrasta con los apenas cincuenta trabajos publica-dos entre 1947 y 1955 Era necesario sin embargobuscar una denominacion unica para este nuevo campoque englobara lo que antes se habıa conocido de tresformas distintas reconstruccion del frente de onda fo-tografıa de ondas y fotografıa sin lentes No esta claroquien acuno el termino ldquoholografıardquo para designar aesta nueva area ya que hay varios investigadores quereclamaron la paternidad del mismo Lo cierto es quela holografıa un campo con un potencial intelectualy comercial extraordinario habıa nacido Es evidenteque la terminologıa cientıfica tiene un gran impacto yno solo a nivel cientıfico sino tambien social filosoficoe incluso economico [39] por lo que la denominacionholografıa para esta lsquonueva cienciarsquo una unica palabra

tenıa todas las de ganarEn 1966 George Stroke (1924-) tambien profesor de

la Universidad de Michigan publico An Introduction toCoherent Optics and Holography [40] el primer libroen el que se exponıan los fundamentos teoricos de lanueva tecnica Se vendieron 3665 copias solo duranteel primer ano un numero respetable para un texto deestas caracterısticas y hasta 1999 habıan sido mas decincuenta mil los ejemplares vendidos [41] Hasta el ano2000 se habıan publicado mas de veinte mil artıculossobre holografıa en revistas especializadas y presentadomas de diez mil comunicaciones en congresos siete milpatentes miles de libros y un numero similar de tesisdoctorales [20]

La primera exposicion de holografıa artıstica tuvolugar en Michigan en 1968 y la segunda en NuevaYork en 1970 mientras que en 1971 comenzo una es-cuela de holografıa en San Francisco la primera en laque cientıficos ingenieros y artistas podıan aprender lanueva tecnica [36] De este modo la holografıa se con-virtio en un ejemplo inusual de campo cientıfico en elque participaron en su desarrollo grupos de personasde muy distinta procedencia desde fısicos e ingenieroshasta artistas [42 43]

La explosion holografica originada gracias a los tra-bajos de Leith y Upatnieks y de otros investigadores dela Universidad de Michigan centro de referencia de laholografıa mundial a mediados de la decada de 1960[20] tambien rehabilito la figura de Gabor que paso deser practicamente un desconocido a estar a finales de losanos sesenta en la lista de los candidatos al premio No-bel La Real Academia Sueca de las Ciencias anunciola concesion del premio Nobel de Fısica a Dennis Ga-bor en 1971 ldquopor la invencion y desarrollo del metodoholograficordquo (Fig 15)

Figura 15 - Galardonados con los premios Nobel de 1971 Deizquierda a derecha Simon Kuznets (economıa) Pablo Neruda(literatura) Earl Sutherland (fisiologıa y medicina) GerhardHerzberg (quımica) y Dennis Gabor (fısica) (Archivo fotograficodel Comite del Premio Nobel)

Gabor consciente de que los trabajos realizados porotros muchos investigadores habıan jugado un papelfundamental en esta concesion finalizo la leccion quepronuncio con motivo de dicha concesion expresando su

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mas sincero agradecimiento a todos ellos que le habıanayudado con su trabajo a conseguir los mas altos hon-ores cientıficos [23]

En esta revision de los orıgenes y desarrollo de laholografıa no podemos a Stephen Benton (1941-2003)(Fig 16) cientıfico del Instituto Tecnologico de Massa-chussets (MIT) [44] que es otro de los investigadoresque mas ha influido en el desarrollo y difusion de laholografıa En 1968 cuando contaba con 27 anos de-sarrollo un tipo de holograma conocido como hologramade arco iris o de Benton [45] que tiene gran importan-cia al tratarse de un holograma de transmision que nonecesita del laser para su reconstruccion sino que sepuede ver con luz blanca creando una imagen en col-ores en funcion del angulo con el que se observa aunquepara ello se sacrifica el paralaje vertical manteniendosolo el horizontal lo cual no tiene mucha importanciaEn cualquier caso el aspecto mas importante es que elholograma de arco iris permite la produccion masivade hologramas utilizando la tecnica de ldquoestampadordquo(embossing en ingles) en plastico aluminizado siendoposible duplicar el holograma millones de veces con unbajo coste Estos hologramas se utilizan en sistemasde seguridad y la primera vez que aparecieron en docu-mentos de este tipo fue en tarjetas de credito en 1983El holograma de arco iris de un aguila aparecio en laportada de la revista National Geographic de marzo de1984 lo que supuso la distribucion de once millones dehologramas en todo el mundo Benton es una piezaclave en el desarrollo de la holografıa moderna y nosolo por sus contribuciones cientıficas y tecnologicassino que tambien destaca su faceta artıstica Bentonsenalo en una ocasion que ldquola creatividad no pertenecesolamente al dominio del arte existe en todas las areasde nuestra existencia y uno de los aspectos mas intere-santes del medio emergente que es la holografıa es larelacion simbiotica que se da entre las ciencias y lasartesrdquo [46]

Figura 16 - Stephen Benton (1941-2003) (Special Issue Trib-ute to Professor Stephen A Benton Holography-SPIErsquos Interna-cional Technical Working Group 15 (2004) Fotografıa de RDRallison)

5 Algunas aplicaciones de la holografıa

En 1986 Leith senalo que ldquola holografıa por sı mismapuede parecer un campo de investigacion no muy am-plio pero si la combinas con otros campos conseguirasun area lo suficientemente grande para poder dedi-carle toda una vidardquo [43] y prueba de ello es que latecnica holografica ha proporcionado y sigue proporcio-nando innumerables aplicaciones en multitud de cam-pos cientıficos y tecnologicos Entre ellos podemosmencionar la interferometrıa holografica [47] que per-mite analizar las deformaciones de un objeto debidasa esfuerzos vibraciones o variaciones de temperaturavisualizar los modos de vibracion de altavoces instru-mentos musicales o complejas estructuras o realizar en-sayos no destructivos Fueron Powell y Stetson (miem-bros del Grupo de Optica de la Universidad de Michi-gan) los que en 1964 descubrieron de forma accidentallas franjas de interferencia en el holograma de un ob-jeto deformado [20] aunque ese mismo ano tambienLeith y Upatnieks por un lado y Hildebrand y Haines(tambien de la Universidad de Michigan) por otro sedieron cuenta de las posibilidades de la holografıa eninterferometrıa [20] La Fig 17 muestra el estudio me-diante interferometrıa holografica en tiempo real de ladistribucion de temperatura en el interior de una bom-billa [48] A lo largo de las lıneas que aparecen en elinterferograma la temperatura es constante

Figura 17 - Estudio mediante interferometrıa holografica de ladistribucion de temperatura en el interior de una bombilla [8]

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La holografıa tambien se ha aplicado al analisis departıculas [49] microscopicas siendo posible analizarsu tamano posicion desplazamiento y velocidad Per-mite estudiar desde aerosoles hasta el plancton marinoe incluso se ha utilizado para analizar la dinamica departıculas microscopicas y el crecimiento de cristales encondiciones de microgravedad mediante experimentosrealizados a bordo del trasbordador espacial Discoveryen los que se registraron mas de mil hologramas [50]

Tambien se fabrican elementos opticos holograficos[51] como lentes espejos redes de difraccion y otros dis-positivos mas complejos como concentradores solaresinterconectares de fibras opticas scanners con los quese leen los codigos de barras o los visores que utilizanlos pilotos de aviones conocidos como head-up displaysy cuya funcion es formar la imagen en el infinito de lainformacion presentada en una pantalla y superponerlacon los objetos observados en el mundo exterior

Se pueden obtener hologramas generados por orde-nador siendo posible realizar figuras geometricas en elespacio o representar objetos en vıas de fabricacion sinque sea necesario construir modelos Estos hologramasson solo una parte de un campo mas amplio conocidocomo holografıa digital [52]

Los hologramas de seguridad [53] son quizas la apli-cacion mas importante de la holografıa desde el puntode vista comercial La dificultad tecnica que tiene la re-alizacion de algunos hologramas y el hecho de que solocon medios tecnicos complejos y sofisticados sea posi-ble producir en serie copias de un holograma originalhan hecho de la holografıa una tecnica adecuada parasistemas de seguridad como los utilizados en tarjetasde credito billetes de banco (Fig 18) documentos deidentidad o etiquetas de productos comerciales inclui-dos algunos productos farmaceuticos que se comercial-izan en el sudeste asiatico donde la venta de medicinasilegales esta muy extendida [54]

Figura 18 - Hologramas de seguridad de billetes

En nuestra sociedad dominada por las tecnologıas

de la informacion la utilizacion de la holografıa en elalmacenamiento de informacion es una de las aplica-ciones que presentan en estos momentos mas futuro einteres [55 56] Mediante el multiplexado se puede reg-istrar un gran numero de hologramas en una mismaplaca y posteriormente es posible recuperar la infor-macion separadamente Este es el principio de lasmemorias holograficas [57] en las que se puede almace-nar en poco espacio una gran cantidad de informacionAunque las mayores dificultades tecnicas para llevarla ala practica han estado relacionadas con la obtencion deun material de registro adecuado ya se han fabricadolos primeros prototipos de sistemas de almacenamientoholografico con discos holograficos con una capacidadde almacenamiento de 300 Gb el equivalente a mas desesenta DVDs en un solo disco y se sigue investigandopara obtener mayores capacidades de almacenamientoincluso del orden del Tb

En cuanto a la idea original de Gabor de utilizarla holografıa en la mejora de la calidad de imagen delmicroscopio electronico hubo que esperar casi cuarentaanos para poder disponer de haces coherentes de elec-trones que hicieran posible llevar a cabo esta aplicacion[58]

En el ano 1968 se publico en la revista Leonardoun artıculo en el que se senalaba la posibilidad deutilizar la holografıa como una nueva forma de arte[59] y algunos artistas se adentraron en la aventuraholografica como Salvador Dalı que realizo en 1972una exposicion que incluıa hologramas en la GalerıaKnoedler de Nueva York a la que asistio el propio Ga-bor Casi simultaneamente Harriet Casdin-Silver [60-62] en Estados Unidos Margaret Benyon [63-65] enGran Bretana y Carl Frederich Reutersward [66] enSuecia iniciaban su andadura en el intento de utilizarla holografıa con fines creativos [67] Casdin-Silver seinicio en el MIT bajo la tutela de Benton mientras queReutersward fue asistido tecnicamente por cientıficossuecos como Nilsson Abramson o Bjelkhagen [20] loque es una prueba mas de la colaboracion entre artistasy cientıficos en el campo de la holografıa Es evidenteque la caracterıstica de la holografıa que inicialmente seimpone con mas fuerza es su capacidad de reproducirimagenes tridimensionales de gran realismo a veces tanautentico como el de los objetos realmente existentes[67] Este efecto es sin duda especialmente sorprendenteen aquellos hologramas en los que la imagen reconstru-ida ldquoflotardquo en el aire saliendose de la placa holograficasin que seamos capaces asir con nuestras manos los ob-jetos que aparentemente estan ahı ante nuestros ojos[67] (Fig 19) Es evidente por tanto que la holografıaposee un innegable interes como una de las tecnicas masrevolucionarias de creacion de imagenes tridimension-ales y su capacidad de atraccion-fascinacion es enorme[2 68]

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Figura 19 - Fotografıa del holograma de reflexion de una camarafotografica antigua (Deutsches Museum Munich Alemania) Fo-tografıa de A Belendez

Frente al espacio estatico y constante de la pin-tura o la fotografıa el espacio holografico implica elmovimiento del espectador y una variacion de la imagenen tanto en cuanto se producen angulos de vision distin-tos en la percepcion dinamica de la imagen holografica[2 68] Lejos de ser una ventana fija abierta a un es-pacio fijo el holograma actua en este caso como unaventana con memoria [13 68] En la Fig 20 se mues-tran tres fotografıas de una misma placa holografica enel que hay multiplexados tres hologramas que puedenobservarse mirando desde la izquierda el frente y laderecha de la placa

Ha habido ademas un gran numero de artistas quehan explorado las posibles interacciones de la holografıacon otros medios como la pintura la escultura la fo-tografıa etc [67] y tambien goza cada vez mas de fa-vor la integracion de la holografıa en entornos arqui-tectonicos [69] tendencia que se ve favorecida por lamejora de la tecnica en la obtencion de hologramas degran formato como por ejemplo los hologramas de luzblanca del hall de la Universidad de Bremen Alemaniautilizados para la distribucion de la luz del Sol [70]

Tambien es posible realizar retratos holograficos yel primero de ellos fue realizado en Michigan la noche deHalloween de 1967 y fue un autorretrato de LawrenceSiebert [71] Utilizando laseres pulsantes es posible re-alizar retratos holograficos pues la alteracion de la es-cena a registrar es practicamente nula durante el tiempode duracion del pulso Un retrato holografico historicoes el holograma de transmision de Gabor [72] realizadoen 1971 con motivo de la concesion del Premio Nobel(Fig 21)

Figura 20 - Tres fotografıas de la misma placa holografica enla que hay multiplexados tres hologramas de reflexion obser-vando desde (a) la izquierda (b) el frente y (c) la derecha de laplaca (Deutsches Museum Munich Alemania) Fotografıas deA Belendez

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Figura 21 - Dennis Gabor junto con su retrato holografico real-izado en 1971 por R Rhinehart de la McDonell Douglas Elec-tronics Corporation (The MIT Museum ndash Holography Collectionfrom the Museum of Holography)

La holografıa tambien se utiliza en los museos parasustituir algunos de sus objetos delicados y valiosospor hologramas de los mismos Este es por ejemploel caso del Hombre de Lindow una momia de masde 2300 anos de antiguedad encontrada en CheshireInglaterra en 1984 El original se encuentra en unacamara del Museo Britanico en Londres con temper-atura y humedad controladas mientras que se hizo unholograma de la momia tanto para exponerlo al publicocomo para que distintos investigadores pudieran estudi-arla La realizacion de hologramas de piezas valiosas hahecho posible que estas puedan observarse en lugaresdistintos de los que realmente se encuentran Holo-gramas del tipo Denisyuk se utilizaron en la antiguaUnion Sovietica y en otros paıses para la conservacionde obras de arte consideradas tesoros arqueologicosa traves de un vasto programa de colaboracion entrefısicos y museologos De hecho en muchas ocasionesse hace uso de la tecnica de Denisyuk para sustituirlos objetos originales por hologramas en exposicionesitinerantes Por ejemplo el Museo de Holografıa deParıs dispone de colecciones con una riqueza y diver-sidad unicas contiene hologramas gigantes algunos deellos visibles con luz blanca y otros con luz del laserjunto con una importante coleccion de representacionesholograficas de obras que se encuentran expuestas en elMuseo del Hermitage de San Petersburgo y en el MuseoHistorico de Kiev [2] Entre las piezas de que dispone seencuentra un holograma del sable de Napoleon y otrodel baston del mariscal Davout A mediados de losanos ochenta se realizaron una serie de hologramas dereflexion sobre el tesoro de Villena en la Universidad deAlicante Espana (Fig 22) [48]

Mediante la utilizacion de tres laseres con longitudesde onda en las zonas de los tres colores primarios [2 73]la tecnica de Denisyuk permite el registro y la recon-struccion de imagenes en color con una calidad impens-able La fidelidad en la reproduccion de formas coloresy brillos es tan espectacular que es difıcil decir si lo quese ve es el objeto mismo detras de una ventana de vidrio

o una reproduccion holografica

Figura 22 - (a) Fotografıas de hologramas de reflexion del Tesorode Villena y (b) detalle de uno de ellos (hologramas realizados porel Dr Jose Antonio Quintana Centro de Holografıa Universidadde Alicante 1984)

Para terminar senalar que la holografıa puede apli-carse utilizando una gran parte del espectro electro-magnetico desde imagenes con microondas y radarpasando por los infrarrojos el espectro visible y laradiacion ultravioleta hasta los rayos X Tambien sepueden utilizar haces de electrones o neutrones e in-cluso ondas sonoras Existen hologramas artısticos re-tratos holograficos hologramas en color y tambien seencuentran hologramas en las tiendas de regalos en li-bros en museos en tarjetas de felicitacion o en sellosde correos Los hologramas de seguridad son un grannegocio las tarjetas de credito generan cientos de mil-lones de hologramas al ano o quizas mas y algo parecidosucede con los billetes de banco hay hologramas en lasetiquetas de ciertos productos e incluso ya se han in-

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cluido hologramas en ropa deportiva para asegurar suautenticidad y distinguirla de las imitaciones La inter-ferometrıa holografica es una tecnica que se aplica enareas muy diversas los elementos opticos holograficosse emplean es sistemas opticos muy variados el almace-namiento holografico de informacion es ya una realidady la holografıa aparece tambien en investigaciones defısica fundamental como la teorıa de la relatividad o lafısica cuantica

Trascurridos sesenta anos desde su invencion y a pe-sar de sus erraticos inicios la holografıa ha demostradotener un gran pasado y un magnıfico presente perodesde luego lo innegable es que sigue teniendo un fu-turo prometedor [74]

Agradecimientos

Deseo expresar mi mas sincero agradecimiento al DrJuan Ramon Rivera Vicerrector de Relaciones Insti-tucionales de la Universidad de Alicante (UA) en elmomento de la lectura de la leccion inaugural y al Ser-vicio de Protocolo de la UA por el apoyo y colabo-racion prestados durante la preparacion de la leccionTambien quiero agradecer a la Dra Inmaculada Pas-cual Catedratica de Optica de la UA el haber leıdo ycorregido en mas de una ocasion el manuscrito originalası como sus sugerencias y comentarios que indudable-mente mejoraron el texto inicial de la leccion Final-mente agradezco al Dr Sean F Johnston de la Univer-sidad de Glasgow el haberme enviado copia de variosde sus artıculos relacionados con el origen y desarrollode la holografıa

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[7] RP Crease El Prisma y el Pendulo Los Diez Exper-imentos mas Bellos de la Ciencia (Crıtica Barcelona2006) En 2002 Robert P Crease historiador de laciencia pregunto a los lectores de la revista PhysicsWorld donde escribe una columna cuales eran ensu opinion los experimentos mas bellos de la fısicaPara compilar la lista escogio los diez experimentoscitados con mas frecuencia Tras publicarse el resul-tado en Physics World (httpwwwphysicsworld

comcwsarticleprint9746) salto a las paginas deThe New York Times La belleza de estos experimen-tos radica quizas en que su denominador comun esla maxima simplicidad de medios para su realizacion yla gran capacidad de cambiar el planteamiento domi-nante que ofrecieron sus conclusiones El orden del re-sultado de la encuesta por numero de votos fue el sigu-iente interferencia de los electrones al pasar por unadoble rendija (Bohr De Broglie Heisenberg y otros)caıda libre de los cuerpos (Galileo) determinacion dela carga del electron (Millikan) descomposicion de laluz del Sol por un prisma (Newton) interferencia dela luz de la doble rendija (Young) medida de la con-stante de la gravitacion universal con una balanza detorsion (Cavendish) medida de la circunferencia de laTierra (Eratostenes) caıda de los cuerpos en planos in-clinados (Galileo) descubrimiento del nucleo atomico(Rutherford) y movimiento de la Tierra (el pendulo deFoucault) El experimento que quedo en el undecimolugar fue el principio de Arquımedes de la hidrostatica

[8] M Lozano De Arquımedes a Einstein Los DiezExperiementos mas Bellos de la Fısica (DebateBarcelona 2005)

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[28] EN Leith en Trends in Optics editado por A Conser-tini (Academic Press Nueva York 1996) v 3 p 1-26

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mentacion optica siendo muy limitadas sus oportu-nidades para continuar su trabajo sobre fotografıa deondas [26] por lo que la investigacion en esta tecnicalanguidecio en la Union Sovietica en los anos siguientesy para sus contemporaneos la conexion de su trabajocon la reconstruccion del frente de onda de Gabor eramarginal siendo ambos esquemas esteriles y sin posi-bles aplicaciones La fotografıa de ondas de Denisyukrecibida al principio con gran escepticismo e incluso concierto menosprecio [27] jugo un papel trascendental enla evolucion futura de la holografıa Las investigacionesde Denisyuk no fueron conocidas fuera de las fronterasde la antigua Union Sovietica hasta finales de la decadade 1960 y su posicion cambio como la de Gabor gra-cias a los trabajos de Leith y Upatnieks aunque nofue hasta 1970 cuando sus contribuciones obtuvieron elreconocimiento mundial

Figura 10 - Registro y reconstruccion de un holograma de re-flexion (YN Denisyuk ldquoMy way in Holographyrdquo Leonardo 25425 (1992) Dibujo original de Yuri Denisyuk)

43 La ldquofotografıa sin lentesrdquo de Leith

Cuando Gabor pronuncio su discurso con motivo de laconcesion del premio Nobel indico que ldquohacia 1955 laholografıa entro en una larga hibernacion hasta la in-vencion del laser a comienzos de los anos sesentardquo [2022] Sin embargo esta afirmacion no es correcta Em-mett Leith (1927-2005) (Fig 11) el tercer personajede esta historia senalo que era erroneo pensar que lainvestigacion en holografıa habıa desaparecido en el pe-riodo comprendido entre 1955 y 1962 sino que en ciertosentido se realizaba de forma ldquoclandestinardquo en dos lab-

oratorios distintos [13 20] Uno de tales ambientes to-talmente invisibles para occidente era el Instituto Vav-ilov de Leningrado en la antigua Union Sovietica en elque Denisyuk trabajaba es su fotografıa de ondas Elotro era un laboratorio clasificado de la Universidad deMichigan cerca de Ann Arbor en los Estados Unidosen el que Leith llevo a cabo la tercera formulacion in-dependiente de la holografıa

Figura 11 - Emmett Leith (1927-2005) (AIP Emilio Segre VisualArchives Physics Today Collection)

Leith habıa entrado en 1952 en este laboratorio paratrabajar en un programa militar secreto relacionadocon el radar de apertura sintetica denominado ProyectoMichigan [19 20 28 29] y durante 1955 y 1956 Leithreformulo la teorıa del radar de apertura sintetica enterminos de la optica fısica y penso registrar sobreuna pelıcula fotografica la informacion de las ondas deradar reflejadas por un objeto para poder reconstruir-las posteriormente mediante metodos opticos Mientrasanalizaba las matematicas que habıa detras del pro-ceso comprobo que en las fotografıas estaba realmenteregistrando un patron interferencial de ondas de radarLeith acababa de reinventar la holografıa En esos dosprimeros anos Leith desarrollo una teorıa completa dela holografıa en la region de las microondas [20 28] y enoctubre de 1956 conocio el trabajo de Gabor a traves deun artıculo publicado por Kirkpatrick y El-Summ [30]comprobando este trabajo tenıa relacion con sus inves-tigaciones sobre radar [20] En el ano 1960 Juris Up-atnieks (1936-) (Fig 12) un joven ingeniero electrico

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comenzo a trabajar con Leith y entre los dos repitieronen su laboratorio de la Universidad de Michigan al-gunos de los experimentos de Gabor primero usandocomo fuente de iluminacion una lampara de mercurio yposteriormente un laser de He-Ne Leith y Upatniekscontaban con una ventaja respecto a Gabor y Denisyukpues a principios de la decada de 1960 ya se disponıade laseres comerciales

Figura 12 - Juris Upatnieks y Emmett Leith (AIP Emilio SegreVisual Archives Physics Today Collection)

Leith y Upatnieks idearon distintas formas de sosla-yar el problema de las imagenes dobles que tanto habıaatormentado a Gabor e idearon la tecnica del haz de re-ferencia inclinado [31] Haciendo uso de su trabajo pre-vio Leith adopto el principio del radar de observacionlateral y en sus primeros experimentos sobre holografıadesplazo el haz de referencia fuera de la direccion delhaz objeto Habıan inventado el holograma fuera deeje conocido tambien como holograma de Leith y Upa-tnieks en el que las ondas objeto y referencia inciden so-bre la misma cara de la placa fotografica pero formandoun cierto angulo entre sı Con ayuda de este nuevo es-quema de registro las imagenes virtual y real quedanseparadas angularmente en la etapa de reconstrucciony se resuelve el problema de Gabor de las imagenesdobles Esta tecnica de holografıa fuera de eje (Fig 13)tuvo un enorme impacto y fue crucial para el avancede la holografıa como una tecnologıa realmente util Amediados de 1963 Leith y Upatnieks publicaron sus re-sultados bajo el nombre de fotografıa sin lentes [32]

En los primeros hologramas fuera de eje que re-alizaron Leith y Upatnieks utilizaron objetos bidimen-sionales textos en color negro sobre fondo blancotextos transparentes sobre fondo negro y fotografıasen blanco y negro En diciembre de 1963 muchosperiodicos americanos como el New York Times y elWall Street Journal publicaron la noticia de la nueva

tecnica de Leith y Upatnieks incluyendo fotografıastanto de los hologramas (una simple imagen borrosairreconocible) como de las imagenes holograficas [20]

El viernes 3 de abril de 1964 en la ultima sesionde la reunion de la Sociedad Americana de Optica cel-ebrada en un hotel de Washington Upatnieks presentosu nuevo trabajo sobre hologramas de objetos tridimen-sionales [20] Al finalizar los quince minutos que durosu exposicion anuncio a los asistentes que podıan verun holograma de un objeto tridimensional en el halldel hotel Se trataba del holograma titulado Train andBird (Fig 14) Cuando se iluminaba el holograma con-venientemente con la luz del laser aparecıa una imagentridimensional que tenıa todas las propiedades del ob-jeto original No fue la charla de Upatnieks sino la ob-servacion de este holograma lo que realmente impacto atodos los asistentes a la reunion Podemos imaginarnosuna larga cola de especialistas en optica esperando conansiedad a que les llegara su turno Todos ellos esta-ban confundidos y a la mayorıa les resultaba imposiblecreer lo que estaban viendo el pequeno tren de jugueteparecıa real detras de la placa fotografica como si real-mente estuviera allı [20 33-35] Muchos preguntaronldquoiquestdonde esta el trenrdquo a lo que Leith contesto ldquolamentotener que decirlo el tren esta de vuelta en Ann Arborrdquo[36] Combinando la luz del laser con la tecnica fuera deeje habıan abierto el mundo de la holografıa al mundoreal de los objetos tridimensionales

Figura 13 - (a) Ona proveniente de un objeto (b) Registro y (c)reconstruccion del holograma fuera de eje del objeto

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Figura 14 - Fotografıa de la imagen de uno de los primeros holo-gramas de transmision de un objeto tridimensional (E N Leithy J Upatnieks ldquoWavefront reconstruction with diffused illumi-nation and three-dimensional objectsrdquo J Opt Soc Am 541295-1381 1964 [37] Figura cortesıa de Juris Upatnieks) Eltren original del que se hizo el holograma puede verse en la Fig12 justo delante de Upatnieks

44 La ldquoexplosionrdquo holografica

En las casi dos decadas transcurridas desde 1947 y 1964la holografıa era un collage construido desde distintasperspectivas [13 20] El concepto de reconstruccion delfrente de onda de Gabor como una nueva forma de mi-croscopıa que habıa interesado solo a unos pocos inves-tigadores y luego fue abandonado la fotografıa de on-das de Denisyuk como una forma de obtener imagenestridimensionales a partir de la fotografıa de Lippmanque inicialmente convencio a pocos cientıficos y la fo-tografıa sin lentes de Leith y Upatnieks formuladatomando como punto de partida la teorıa de la comu-nicacion a partir de investigaciones relacionadas con elradar de apertura sintetica La vision excitante en 1964del holograma tridimensional de Leith y Upatnieks re-activo de ldquoforma explosivardquo el interes por la holografıaCientos de investigadores empezaron a relacionar es-tos tres trabajos realizados de forma independiente yen los anos siguientes a la presentacion del hologramadel tren se publicaron mas de mil artıculos cientıficossobre el registro de hologramas con laser [38] lo quecontrasta con los apenas cincuenta trabajos publica-dos entre 1947 y 1955 Era necesario sin embargobuscar una denominacion unica para este nuevo campoque englobara lo que antes se habıa conocido de tresformas distintas reconstruccion del frente de onda fo-tografıa de ondas y fotografıa sin lentes No esta claroquien acuno el termino ldquoholografıardquo para designar aesta nueva area ya que hay varios investigadores quereclamaron la paternidad del mismo Lo cierto es quela holografıa un campo con un potencial intelectualy comercial extraordinario habıa nacido Es evidenteque la terminologıa cientıfica tiene un gran impacto yno solo a nivel cientıfico sino tambien social filosoficoe incluso economico [39] por lo que la denominacionholografıa para esta lsquonueva cienciarsquo una unica palabra

tenıa todas las de ganarEn 1966 George Stroke (1924-) tambien profesor de

la Universidad de Michigan publico An Introduction toCoherent Optics and Holography [40] el primer libroen el que se exponıan los fundamentos teoricos de lanueva tecnica Se vendieron 3665 copias solo duranteel primer ano un numero respetable para un texto deestas caracterısticas y hasta 1999 habıan sido mas decincuenta mil los ejemplares vendidos [41] Hasta el ano2000 se habıan publicado mas de veinte mil artıculossobre holografıa en revistas especializadas y presentadomas de diez mil comunicaciones en congresos siete milpatentes miles de libros y un numero similar de tesisdoctorales [20]

La primera exposicion de holografıa artıstica tuvolugar en Michigan en 1968 y la segunda en NuevaYork en 1970 mientras que en 1971 comenzo una es-cuela de holografıa en San Francisco la primera en laque cientıficos ingenieros y artistas podıan aprender lanueva tecnica [36] De este modo la holografıa se con-virtio en un ejemplo inusual de campo cientıfico en elque participaron en su desarrollo grupos de personasde muy distinta procedencia desde fısicos e ingenieroshasta artistas [42 43]

La explosion holografica originada gracias a los tra-bajos de Leith y Upatnieks y de otros investigadores dela Universidad de Michigan centro de referencia de laholografıa mundial a mediados de la decada de 1960[20] tambien rehabilito la figura de Gabor que paso deser practicamente un desconocido a estar a finales de losanos sesenta en la lista de los candidatos al premio No-bel La Real Academia Sueca de las Ciencias anunciola concesion del premio Nobel de Fısica a Dennis Ga-bor en 1971 ldquopor la invencion y desarrollo del metodoholograficordquo (Fig 15)

Figura 15 - Galardonados con los premios Nobel de 1971 Deizquierda a derecha Simon Kuznets (economıa) Pablo Neruda(literatura) Earl Sutherland (fisiologıa y medicina) GerhardHerzberg (quımica) y Dennis Gabor (fısica) (Archivo fotograficodel Comite del Premio Nobel)

Gabor consciente de que los trabajos realizados porotros muchos investigadores habıan jugado un papelfundamental en esta concesion finalizo la leccion quepronuncio con motivo de dicha concesion expresando su

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mas sincero agradecimiento a todos ellos que le habıanayudado con su trabajo a conseguir los mas altos hon-ores cientıficos [23]

En esta revision de los orıgenes y desarrollo de laholografıa no podemos a Stephen Benton (1941-2003)(Fig 16) cientıfico del Instituto Tecnologico de Massa-chussets (MIT) [44] que es otro de los investigadoresque mas ha influido en el desarrollo y difusion de laholografıa En 1968 cuando contaba con 27 anos de-sarrollo un tipo de holograma conocido como hologramade arco iris o de Benton [45] que tiene gran importan-cia al tratarse de un holograma de transmision que nonecesita del laser para su reconstruccion sino que sepuede ver con luz blanca creando una imagen en col-ores en funcion del angulo con el que se observa aunquepara ello se sacrifica el paralaje vertical manteniendosolo el horizontal lo cual no tiene mucha importanciaEn cualquier caso el aspecto mas importante es que elholograma de arco iris permite la produccion masivade hologramas utilizando la tecnica de ldquoestampadordquo(embossing en ingles) en plastico aluminizado siendoposible duplicar el holograma millones de veces con unbajo coste Estos hologramas se utilizan en sistemasde seguridad y la primera vez que aparecieron en docu-mentos de este tipo fue en tarjetas de credito en 1983El holograma de arco iris de un aguila aparecio en laportada de la revista National Geographic de marzo de1984 lo que supuso la distribucion de once millones dehologramas en todo el mundo Benton es una piezaclave en el desarrollo de la holografıa moderna y nosolo por sus contribuciones cientıficas y tecnologicassino que tambien destaca su faceta artıstica Bentonsenalo en una ocasion que ldquola creatividad no pertenecesolamente al dominio del arte existe en todas las areasde nuestra existencia y uno de los aspectos mas intere-santes del medio emergente que es la holografıa es larelacion simbiotica que se da entre las ciencias y lasartesrdquo [46]

Figura 16 - Stephen Benton (1941-2003) (Special Issue Trib-ute to Professor Stephen A Benton Holography-SPIErsquos Interna-cional Technical Working Group 15 (2004) Fotografıa de RDRallison)

5 Algunas aplicaciones de la holografıa

En 1986 Leith senalo que ldquola holografıa por sı mismapuede parecer un campo de investigacion no muy am-plio pero si la combinas con otros campos conseguirasun area lo suficientemente grande para poder dedi-carle toda una vidardquo [43] y prueba de ello es que latecnica holografica ha proporcionado y sigue proporcio-nando innumerables aplicaciones en multitud de cam-pos cientıficos y tecnologicos Entre ellos podemosmencionar la interferometrıa holografica [47] que per-mite analizar las deformaciones de un objeto debidasa esfuerzos vibraciones o variaciones de temperaturavisualizar los modos de vibracion de altavoces instru-mentos musicales o complejas estructuras o realizar en-sayos no destructivos Fueron Powell y Stetson (miem-bros del Grupo de Optica de la Universidad de Michi-gan) los que en 1964 descubrieron de forma accidentallas franjas de interferencia en el holograma de un ob-jeto deformado [20] aunque ese mismo ano tambienLeith y Upatnieks por un lado y Hildebrand y Haines(tambien de la Universidad de Michigan) por otro sedieron cuenta de las posibilidades de la holografıa eninterferometrıa [20] La Fig 17 muestra el estudio me-diante interferometrıa holografica en tiempo real de ladistribucion de temperatura en el interior de una bom-billa [48] A lo largo de las lıneas que aparecen en elinterferograma la temperatura es constante

Figura 17 - Estudio mediante interferometrıa holografica de ladistribucion de temperatura en el interior de una bombilla [8]

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La holografıa tambien se ha aplicado al analisis departıculas [49] microscopicas siendo posible analizarsu tamano posicion desplazamiento y velocidad Per-mite estudiar desde aerosoles hasta el plancton marinoe incluso se ha utilizado para analizar la dinamica departıculas microscopicas y el crecimiento de cristales encondiciones de microgravedad mediante experimentosrealizados a bordo del trasbordador espacial Discoveryen los que se registraron mas de mil hologramas [50]

Tambien se fabrican elementos opticos holograficos[51] como lentes espejos redes de difraccion y otros dis-positivos mas complejos como concentradores solaresinterconectares de fibras opticas scanners con los quese leen los codigos de barras o los visores que utilizanlos pilotos de aviones conocidos como head-up displaysy cuya funcion es formar la imagen en el infinito de lainformacion presentada en una pantalla y superponerlacon los objetos observados en el mundo exterior

Se pueden obtener hologramas generados por orde-nador siendo posible realizar figuras geometricas en elespacio o representar objetos en vıas de fabricacion sinque sea necesario construir modelos Estos hologramasson solo una parte de un campo mas amplio conocidocomo holografıa digital [52]

Los hologramas de seguridad [53] son quizas la apli-cacion mas importante de la holografıa desde el puntode vista comercial La dificultad tecnica que tiene la re-alizacion de algunos hologramas y el hecho de que solocon medios tecnicos complejos y sofisticados sea posi-ble producir en serie copias de un holograma originalhan hecho de la holografıa una tecnica adecuada parasistemas de seguridad como los utilizados en tarjetasde credito billetes de banco (Fig 18) documentos deidentidad o etiquetas de productos comerciales inclui-dos algunos productos farmaceuticos que se comercial-izan en el sudeste asiatico donde la venta de medicinasilegales esta muy extendida [54]

Figura 18 - Hologramas de seguridad de billetes

En nuestra sociedad dominada por las tecnologıas

de la informacion la utilizacion de la holografıa en elalmacenamiento de informacion es una de las aplica-ciones que presentan en estos momentos mas futuro einteres [55 56] Mediante el multiplexado se puede reg-istrar un gran numero de hologramas en una mismaplaca y posteriormente es posible recuperar la infor-macion separadamente Este es el principio de lasmemorias holograficas [57] en las que se puede almace-nar en poco espacio una gran cantidad de informacionAunque las mayores dificultades tecnicas para llevarla ala practica han estado relacionadas con la obtencion deun material de registro adecuado ya se han fabricadolos primeros prototipos de sistemas de almacenamientoholografico con discos holograficos con una capacidadde almacenamiento de 300 Gb el equivalente a mas desesenta DVDs en un solo disco y se sigue investigandopara obtener mayores capacidades de almacenamientoincluso del orden del Tb

En cuanto a la idea original de Gabor de utilizarla holografıa en la mejora de la calidad de imagen delmicroscopio electronico hubo que esperar casi cuarentaanos para poder disponer de haces coherentes de elec-trones que hicieran posible llevar a cabo esta aplicacion[58]

En el ano 1968 se publico en la revista Leonardoun artıculo en el que se senalaba la posibilidad deutilizar la holografıa como una nueva forma de arte[59] y algunos artistas se adentraron en la aventuraholografica como Salvador Dalı que realizo en 1972una exposicion que incluıa hologramas en la GalerıaKnoedler de Nueva York a la que asistio el propio Ga-bor Casi simultaneamente Harriet Casdin-Silver [60-62] en Estados Unidos Margaret Benyon [63-65] enGran Bretana y Carl Frederich Reutersward [66] enSuecia iniciaban su andadura en el intento de utilizarla holografıa con fines creativos [67] Casdin-Silver seinicio en el MIT bajo la tutela de Benton mientras queReutersward fue asistido tecnicamente por cientıficossuecos como Nilsson Abramson o Bjelkhagen [20] loque es una prueba mas de la colaboracion entre artistasy cientıficos en el campo de la holografıa Es evidenteque la caracterıstica de la holografıa que inicialmente seimpone con mas fuerza es su capacidad de reproducirimagenes tridimensionales de gran realismo a veces tanautentico como el de los objetos realmente existentes[67] Este efecto es sin duda especialmente sorprendenteen aquellos hologramas en los que la imagen reconstru-ida ldquoflotardquo en el aire saliendose de la placa holograficasin que seamos capaces asir con nuestras manos los ob-jetos que aparentemente estan ahı ante nuestros ojos[67] (Fig 19) Es evidente por tanto que la holografıaposee un innegable interes como una de las tecnicas masrevolucionarias de creacion de imagenes tridimension-ales y su capacidad de atraccion-fascinacion es enorme[2 68]

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Figura 19 - Fotografıa del holograma de reflexion de una camarafotografica antigua (Deutsches Museum Munich Alemania) Fo-tografıa de A Belendez

Frente al espacio estatico y constante de la pin-tura o la fotografıa el espacio holografico implica elmovimiento del espectador y una variacion de la imagenen tanto en cuanto se producen angulos de vision distin-tos en la percepcion dinamica de la imagen holografica[2 68] Lejos de ser una ventana fija abierta a un es-pacio fijo el holograma actua en este caso como unaventana con memoria [13 68] En la Fig 20 se mues-tran tres fotografıas de una misma placa holografica enel que hay multiplexados tres hologramas que puedenobservarse mirando desde la izquierda el frente y laderecha de la placa

Ha habido ademas un gran numero de artistas quehan explorado las posibles interacciones de la holografıacon otros medios como la pintura la escultura la fo-tografıa etc [67] y tambien goza cada vez mas de fa-vor la integracion de la holografıa en entornos arqui-tectonicos [69] tendencia que se ve favorecida por lamejora de la tecnica en la obtencion de hologramas degran formato como por ejemplo los hologramas de luzblanca del hall de la Universidad de Bremen Alemaniautilizados para la distribucion de la luz del Sol [70]

Tambien es posible realizar retratos holograficos yel primero de ellos fue realizado en Michigan la noche deHalloween de 1967 y fue un autorretrato de LawrenceSiebert [71] Utilizando laseres pulsantes es posible re-alizar retratos holograficos pues la alteracion de la es-cena a registrar es practicamente nula durante el tiempode duracion del pulso Un retrato holografico historicoes el holograma de transmision de Gabor [72] realizadoen 1971 con motivo de la concesion del Premio Nobel(Fig 21)

Figura 20 - Tres fotografıas de la misma placa holografica enla que hay multiplexados tres hologramas de reflexion obser-vando desde (a) la izquierda (b) el frente y (c) la derecha de laplaca (Deutsches Museum Munich Alemania) Fotografıas deA Belendez

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Figura 21 - Dennis Gabor junto con su retrato holografico real-izado en 1971 por R Rhinehart de la McDonell Douglas Elec-tronics Corporation (The MIT Museum ndash Holography Collectionfrom the Museum of Holography)

La holografıa tambien se utiliza en los museos parasustituir algunos de sus objetos delicados y valiosospor hologramas de los mismos Este es por ejemploel caso del Hombre de Lindow una momia de masde 2300 anos de antiguedad encontrada en CheshireInglaterra en 1984 El original se encuentra en unacamara del Museo Britanico en Londres con temper-atura y humedad controladas mientras que se hizo unholograma de la momia tanto para exponerlo al publicocomo para que distintos investigadores pudieran estudi-arla La realizacion de hologramas de piezas valiosas hahecho posible que estas puedan observarse en lugaresdistintos de los que realmente se encuentran Holo-gramas del tipo Denisyuk se utilizaron en la antiguaUnion Sovietica y en otros paıses para la conservacionde obras de arte consideradas tesoros arqueologicosa traves de un vasto programa de colaboracion entrefısicos y museologos De hecho en muchas ocasionesse hace uso de la tecnica de Denisyuk para sustituirlos objetos originales por hologramas en exposicionesitinerantes Por ejemplo el Museo de Holografıa deParıs dispone de colecciones con una riqueza y diver-sidad unicas contiene hologramas gigantes algunos deellos visibles con luz blanca y otros con luz del laserjunto con una importante coleccion de representacionesholograficas de obras que se encuentran expuestas en elMuseo del Hermitage de San Petersburgo y en el MuseoHistorico de Kiev [2] Entre las piezas de que dispone seencuentra un holograma del sable de Napoleon y otrodel baston del mariscal Davout A mediados de losanos ochenta se realizaron una serie de hologramas dereflexion sobre el tesoro de Villena en la Universidad deAlicante Espana (Fig 22) [48]

Mediante la utilizacion de tres laseres con longitudesde onda en las zonas de los tres colores primarios [2 73]la tecnica de Denisyuk permite el registro y la recon-struccion de imagenes en color con una calidad impens-able La fidelidad en la reproduccion de formas coloresy brillos es tan espectacular que es difıcil decir si lo quese ve es el objeto mismo detras de una ventana de vidrio

o una reproduccion holografica

Figura 22 - (a) Fotografıas de hologramas de reflexion del Tesorode Villena y (b) detalle de uno de ellos (hologramas realizados porel Dr Jose Antonio Quintana Centro de Holografıa Universidadde Alicante 1984)

Para terminar senalar que la holografıa puede apli-carse utilizando una gran parte del espectro electro-magnetico desde imagenes con microondas y radarpasando por los infrarrojos el espectro visible y laradiacion ultravioleta hasta los rayos X Tambien sepueden utilizar haces de electrones o neutrones e in-cluso ondas sonoras Existen hologramas artısticos re-tratos holograficos hologramas en color y tambien seencuentran hologramas en las tiendas de regalos en li-bros en museos en tarjetas de felicitacion o en sellosde correos Los hologramas de seguridad son un grannegocio las tarjetas de credito generan cientos de mil-lones de hologramas al ano o quizas mas y algo parecidosucede con los billetes de banco hay hologramas en lasetiquetas de ciertos productos e incluso ya se han in-

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cluido hologramas en ropa deportiva para asegurar suautenticidad y distinguirla de las imitaciones La inter-ferometrıa holografica es una tecnica que se aplica enareas muy diversas los elementos opticos holograficosse emplean es sistemas opticos muy variados el almace-namiento holografico de informacion es ya una realidady la holografıa aparece tambien en investigaciones defısica fundamental como la teorıa de la relatividad o lafısica cuantica

Trascurridos sesenta anos desde su invencion y a pe-sar de sus erraticos inicios la holografıa ha demostradotener un gran pasado y un magnıfico presente perodesde luego lo innegable es que sigue teniendo un fu-turo prometedor [74]

Agradecimientos

Deseo expresar mi mas sincero agradecimiento al DrJuan Ramon Rivera Vicerrector de Relaciones Insti-tucionales de la Universidad de Alicante (UA) en elmomento de la lectura de la leccion inaugural y al Ser-vicio de Protocolo de la UA por el apoyo y colabo-racion prestados durante la preparacion de la leccionTambien quiero agradecer a la Dra Inmaculada Pas-cual Catedratica de Optica de la UA el haber leıdo ycorregido en mas de una ocasion el manuscrito originalası como sus sugerencias y comentarios que indudable-mente mejoraron el texto inicial de la leccion Final-mente agradezco al Dr Sean F Johnston de la Univer-sidad de Glasgow el haberme enviado copia de variosde sus artıculos relacionados con el origen y desarrollode la holografıa

Referencias

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[5] FWO da Silva Revista Brasileira de Ensino de Fisica29 149 (2007)

[6] A Belendez Revista Brasileira de Ensino de Fisica 302601 (2008)

[7] RP Crease El Prisma y el Pendulo Los Diez Exper-imentos mas Bellos de la Ciencia (Crıtica Barcelona2006) En 2002 Robert P Crease historiador de laciencia pregunto a los lectores de la revista PhysicsWorld donde escribe una columna cuales eran ensu opinion los experimentos mas bellos de la fısicaPara compilar la lista escogio los diez experimentoscitados con mas frecuencia Tras publicarse el resul-tado en Physics World (httpwwwphysicsworld

comcwsarticleprint9746) salto a las paginas deThe New York Times La belleza de estos experimen-tos radica quizas en que su denominador comun esla maxima simplicidad de medios para su realizacion yla gran capacidad de cambiar el planteamiento domi-nante que ofrecieron sus conclusiones El orden del re-sultado de la encuesta por numero de votos fue el sigu-iente interferencia de los electrones al pasar por unadoble rendija (Bohr De Broglie Heisenberg y otros)caıda libre de los cuerpos (Galileo) determinacion dela carga del electron (Millikan) descomposicion de laluz del Sol por un prisma (Newton) interferencia dela luz de la doble rendija (Young) medida de la con-stante de la gravitacion universal con una balanza detorsion (Cavendish) medida de la circunferencia de laTierra (Eratostenes) caıda de los cuerpos en planos in-clinados (Galileo) descubrimiento del nucleo atomico(Rutherford) y movimiento de la Tierra (el pendulo deFoucault) El experimento que quedo en el undecimolugar fue el principio de Arquımedes de la hidrostatica

[8] M Lozano De Arquımedes a Einstein Los DiezExperiementos mas Bellos de la Fısica (DebateBarcelona 2005)

[9] C Celestino y B Arsioli Revista Brasileira de Ensinode Fisica 30 1602 (2008)

[10] A Belendez I Pascual y A Fimia Revista Espanolade Fısica 5 40 (1991)

[11] A Belendez I Pascual y A Fimia Journal of the Op-tical Society of America A 9 1214 (1992)

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[14] EN Leith Proceedings of SPIE 5005 431 (2003)

[15] EN Leith Journal of Imaging Science and Technology41 201 (1997)

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[17] TE Allibone Journal of Electronics and Control 4179 (1958)

[18] SF Johnston Historical Studies in the Physical andBiological Sciences 36 35 (2005)

[19] H Kragh Generaciones Cuanticas Una Historia de laFısica del Siglo XX (Ediciones Akal Madrid 2007)

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[21] PG Tanner TE Allibone y F Eng Notes andRecords of the Royal Society of London 51 105 (1997)

[22] D Gabor Autobiography Disponıvel em httpwww

nobelprizeorg

[23] D Gabor Holography 1948-1971 Nobel Lecture 1971Disponıvel em httpwwwnobelprizeorg

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[26] YN Denisyuk Leonardo 25 425 (1992)

[27] YN Denisyuk y V Gurikov History and Technology8 127 (1992)

[28] EN Leith en Trends in Optics editado por A Conser-tini (Academic Press Nueva York 1996) v 3 p 1-26

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comenzo a trabajar con Leith y entre los dos repitieronen su laboratorio de la Universidad de Michigan al-gunos de los experimentos de Gabor primero usandocomo fuente de iluminacion una lampara de mercurio yposteriormente un laser de He-Ne Leith y Upatniekscontaban con una ventaja respecto a Gabor y Denisyukpues a principios de la decada de 1960 ya se disponıade laseres comerciales

Figura 12 - Juris Upatnieks y Emmett Leith (AIP Emilio SegreVisual Archives Physics Today Collection)

Leith y Upatnieks idearon distintas formas de sosla-yar el problema de las imagenes dobles que tanto habıaatormentado a Gabor e idearon la tecnica del haz de re-ferencia inclinado [31] Haciendo uso de su trabajo pre-vio Leith adopto el principio del radar de observacionlateral y en sus primeros experimentos sobre holografıadesplazo el haz de referencia fuera de la direccion delhaz objeto Habıan inventado el holograma fuera deeje conocido tambien como holograma de Leith y Upa-tnieks en el que las ondas objeto y referencia inciden so-bre la misma cara de la placa fotografica pero formandoun cierto angulo entre sı Con ayuda de este nuevo es-quema de registro las imagenes virtual y real quedanseparadas angularmente en la etapa de reconstrucciony se resuelve el problema de Gabor de las imagenesdobles Esta tecnica de holografıa fuera de eje (Fig 13)tuvo un enorme impacto y fue crucial para el avancede la holografıa como una tecnologıa realmente util Amediados de 1963 Leith y Upatnieks publicaron sus re-sultados bajo el nombre de fotografıa sin lentes [32]

En los primeros hologramas fuera de eje que re-alizaron Leith y Upatnieks utilizaron objetos bidimen-sionales textos en color negro sobre fondo blancotextos transparentes sobre fondo negro y fotografıasen blanco y negro En diciembre de 1963 muchosperiodicos americanos como el New York Times y elWall Street Journal publicaron la noticia de la nueva

tecnica de Leith y Upatnieks incluyendo fotografıastanto de los hologramas (una simple imagen borrosairreconocible) como de las imagenes holograficas [20]

El viernes 3 de abril de 1964 en la ultima sesionde la reunion de la Sociedad Americana de Optica cel-ebrada en un hotel de Washington Upatnieks presentosu nuevo trabajo sobre hologramas de objetos tridimen-sionales [20] Al finalizar los quince minutos que durosu exposicion anuncio a los asistentes que podıan verun holograma de un objeto tridimensional en el halldel hotel Se trataba del holograma titulado Train andBird (Fig 14) Cuando se iluminaba el holograma con-venientemente con la luz del laser aparecıa una imagentridimensional que tenıa todas las propiedades del ob-jeto original No fue la charla de Upatnieks sino la ob-servacion de este holograma lo que realmente impacto atodos los asistentes a la reunion Podemos imaginarnosuna larga cola de especialistas en optica esperando conansiedad a que les llegara su turno Todos ellos esta-ban confundidos y a la mayorıa les resultaba imposiblecreer lo que estaban viendo el pequeno tren de jugueteparecıa real detras de la placa fotografica como si real-mente estuviera allı [20 33-35] Muchos preguntaronldquoiquestdonde esta el trenrdquo a lo que Leith contesto ldquolamentotener que decirlo el tren esta de vuelta en Ann Arborrdquo[36] Combinando la luz del laser con la tecnica fuera deeje habıan abierto el mundo de la holografıa al mundoreal de los objetos tridimensionales

Figura 13 - (a) Ona proveniente de un objeto (b) Registro y (c)reconstruccion del holograma fuera de eje del objeto

1602-10 Belendez

Figura 14 - Fotografıa de la imagen de uno de los primeros holo-gramas de transmision de un objeto tridimensional (E N Leithy J Upatnieks ldquoWavefront reconstruction with diffused illumi-nation and three-dimensional objectsrdquo J Opt Soc Am 541295-1381 1964 [37] Figura cortesıa de Juris Upatnieks) Eltren original del que se hizo el holograma puede verse en la Fig12 justo delante de Upatnieks

44 La ldquoexplosionrdquo holografica

En las casi dos decadas transcurridas desde 1947 y 1964la holografıa era un collage construido desde distintasperspectivas [13 20] El concepto de reconstruccion delfrente de onda de Gabor como una nueva forma de mi-croscopıa que habıa interesado solo a unos pocos inves-tigadores y luego fue abandonado la fotografıa de on-das de Denisyuk como una forma de obtener imagenestridimensionales a partir de la fotografıa de Lippmanque inicialmente convencio a pocos cientıficos y la fo-tografıa sin lentes de Leith y Upatnieks formuladatomando como punto de partida la teorıa de la comu-nicacion a partir de investigaciones relacionadas con elradar de apertura sintetica La vision excitante en 1964del holograma tridimensional de Leith y Upatnieks re-activo de ldquoforma explosivardquo el interes por la holografıaCientos de investigadores empezaron a relacionar es-tos tres trabajos realizados de forma independiente yen los anos siguientes a la presentacion del hologramadel tren se publicaron mas de mil artıculos cientıficossobre el registro de hologramas con laser [38] lo quecontrasta con los apenas cincuenta trabajos publica-dos entre 1947 y 1955 Era necesario sin embargobuscar una denominacion unica para este nuevo campoque englobara lo que antes se habıa conocido de tresformas distintas reconstruccion del frente de onda fo-tografıa de ondas y fotografıa sin lentes No esta claroquien acuno el termino ldquoholografıardquo para designar aesta nueva area ya que hay varios investigadores quereclamaron la paternidad del mismo Lo cierto es quela holografıa un campo con un potencial intelectualy comercial extraordinario habıa nacido Es evidenteque la terminologıa cientıfica tiene un gran impacto yno solo a nivel cientıfico sino tambien social filosoficoe incluso economico [39] por lo que la denominacionholografıa para esta lsquonueva cienciarsquo una unica palabra

tenıa todas las de ganarEn 1966 George Stroke (1924-) tambien profesor de

la Universidad de Michigan publico An Introduction toCoherent Optics and Holography [40] el primer libroen el que se exponıan los fundamentos teoricos de lanueva tecnica Se vendieron 3665 copias solo duranteel primer ano un numero respetable para un texto deestas caracterısticas y hasta 1999 habıan sido mas decincuenta mil los ejemplares vendidos [41] Hasta el ano2000 se habıan publicado mas de veinte mil artıculossobre holografıa en revistas especializadas y presentadomas de diez mil comunicaciones en congresos siete milpatentes miles de libros y un numero similar de tesisdoctorales [20]

La primera exposicion de holografıa artıstica tuvolugar en Michigan en 1968 y la segunda en NuevaYork en 1970 mientras que en 1971 comenzo una es-cuela de holografıa en San Francisco la primera en laque cientıficos ingenieros y artistas podıan aprender lanueva tecnica [36] De este modo la holografıa se con-virtio en un ejemplo inusual de campo cientıfico en elque participaron en su desarrollo grupos de personasde muy distinta procedencia desde fısicos e ingenieroshasta artistas [42 43]

La explosion holografica originada gracias a los tra-bajos de Leith y Upatnieks y de otros investigadores dela Universidad de Michigan centro de referencia de laholografıa mundial a mediados de la decada de 1960[20] tambien rehabilito la figura de Gabor que paso deser practicamente un desconocido a estar a finales de losanos sesenta en la lista de los candidatos al premio No-bel La Real Academia Sueca de las Ciencias anunciola concesion del premio Nobel de Fısica a Dennis Ga-bor en 1971 ldquopor la invencion y desarrollo del metodoholograficordquo (Fig 15)

Figura 15 - Galardonados con los premios Nobel de 1971 Deizquierda a derecha Simon Kuznets (economıa) Pablo Neruda(literatura) Earl Sutherland (fisiologıa y medicina) GerhardHerzberg (quımica) y Dennis Gabor (fısica) (Archivo fotograficodel Comite del Premio Nobel)

Gabor consciente de que los trabajos realizados porotros muchos investigadores habıan jugado un papelfundamental en esta concesion finalizo la leccion quepronuncio con motivo de dicha concesion expresando su

1602-11

mas sincero agradecimiento a todos ellos que le habıanayudado con su trabajo a conseguir los mas altos hon-ores cientıficos [23]

En esta revision de los orıgenes y desarrollo de laholografıa no podemos a Stephen Benton (1941-2003)(Fig 16) cientıfico del Instituto Tecnologico de Massa-chussets (MIT) [44] que es otro de los investigadoresque mas ha influido en el desarrollo y difusion de laholografıa En 1968 cuando contaba con 27 anos de-sarrollo un tipo de holograma conocido como hologramade arco iris o de Benton [45] que tiene gran importan-cia al tratarse de un holograma de transmision que nonecesita del laser para su reconstruccion sino que sepuede ver con luz blanca creando una imagen en col-ores en funcion del angulo con el que se observa aunquepara ello se sacrifica el paralaje vertical manteniendosolo el horizontal lo cual no tiene mucha importanciaEn cualquier caso el aspecto mas importante es que elholograma de arco iris permite la produccion masivade hologramas utilizando la tecnica de ldquoestampadordquo(embossing en ingles) en plastico aluminizado siendoposible duplicar el holograma millones de veces con unbajo coste Estos hologramas se utilizan en sistemasde seguridad y la primera vez que aparecieron en docu-mentos de este tipo fue en tarjetas de credito en 1983El holograma de arco iris de un aguila aparecio en laportada de la revista National Geographic de marzo de1984 lo que supuso la distribucion de once millones dehologramas en todo el mundo Benton es una piezaclave en el desarrollo de la holografıa moderna y nosolo por sus contribuciones cientıficas y tecnologicassino que tambien destaca su faceta artıstica Bentonsenalo en una ocasion que ldquola creatividad no pertenecesolamente al dominio del arte existe en todas las areasde nuestra existencia y uno de los aspectos mas intere-santes del medio emergente que es la holografıa es larelacion simbiotica que se da entre las ciencias y lasartesrdquo [46]

Figura 16 - Stephen Benton (1941-2003) (Special Issue Trib-ute to Professor Stephen A Benton Holography-SPIErsquos Interna-cional Technical Working Group 15 (2004) Fotografıa de RDRallison)

5 Algunas aplicaciones de la holografıa

En 1986 Leith senalo que ldquola holografıa por sı mismapuede parecer un campo de investigacion no muy am-plio pero si la combinas con otros campos conseguirasun area lo suficientemente grande para poder dedi-carle toda una vidardquo [43] y prueba de ello es que latecnica holografica ha proporcionado y sigue proporcio-nando innumerables aplicaciones en multitud de cam-pos cientıficos y tecnologicos Entre ellos podemosmencionar la interferometrıa holografica [47] que per-mite analizar las deformaciones de un objeto debidasa esfuerzos vibraciones o variaciones de temperaturavisualizar los modos de vibracion de altavoces instru-mentos musicales o complejas estructuras o realizar en-sayos no destructivos Fueron Powell y Stetson (miem-bros del Grupo de Optica de la Universidad de Michi-gan) los que en 1964 descubrieron de forma accidentallas franjas de interferencia en el holograma de un ob-jeto deformado [20] aunque ese mismo ano tambienLeith y Upatnieks por un lado y Hildebrand y Haines(tambien de la Universidad de Michigan) por otro sedieron cuenta de las posibilidades de la holografıa eninterferometrıa [20] La Fig 17 muestra el estudio me-diante interferometrıa holografica en tiempo real de ladistribucion de temperatura en el interior de una bom-billa [48] A lo largo de las lıneas que aparecen en elinterferograma la temperatura es constante

Figura 17 - Estudio mediante interferometrıa holografica de ladistribucion de temperatura en el interior de una bombilla [8]

1602-12 Belendez

La holografıa tambien se ha aplicado al analisis departıculas [49] microscopicas siendo posible analizarsu tamano posicion desplazamiento y velocidad Per-mite estudiar desde aerosoles hasta el plancton marinoe incluso se ha utilizado para analizar la dinamica departıculas microscopicas y el crecimiento de cristales encondiciones de microgravedad mediante experimentosrealizados a bordo del trasbordador espacial Discoveryen los que se registraron mas de mil hologramas [50]

Tambien se fabrican elementos opticos holograficos[51] como lentes espejos redes de difraccion y otros dis-positivos mas complejos como concentradores solaresinterconectares de fibras opticas scanners con los quese leen los codigos de barras o los visores que utilizanlos pilotos de aviones conocidos como head-up displaysy cuya funcion es formar la imagen en el infinito de lainformacion presentada en una pantalla y superponerlacon los objetos observados en el mundo exterior

Se pueden obtener hologramas generados por orde-nador siendo posible realizar figuras geometricas en elespacio o representar objetos en vıas de fabricacion sinque sea necesario construir modelos Estos hologramasson solo una parte de un campo mas amplio conocidocomo holografıa digital [52]

Los hologramas de seguridad [53] son quizas la apli-cacion mas importante de la holografıa desde el puntode vista comercial La dificultad tecnica que tiene la re-alizacion de algunos hologramas y el hecho de que solocon medios tecnicos complejos y sofisticados sea posi-ble producir en serie copias de un holograma originalhan hecho de la holografıa una tecnica adecuada parasistemas de seguridad como los utilizados en tarjetasde credito billetes de banco (Fig 18) documentos deidentidad o etiquetas de productos comerciales inclui-dos algunos productos farmaceuticos que se comercial-izan en el sudeste asiatico donde la venta de medicinasilegales esta muy extendida [54]

Figura 18 - Hologramas de seguridad de billetes

En nuestra sociedad dominada por las tecnologıas

de la informacion la utilizacion de la holografıa en elalmacenamiento de informacion es una de las aplica-ciones que presentan en estos momentos mas futuro einteres [55 56] Mediante el multiplexado se puede reg-istrar un gran numero de hologramas en una mismaplaca y posteriormente es posible recuperar la infor-macion separadamente Este es el principio de lasmemorias holograficas [57] en las que se puede almace-nar en poco espacio una gran cantidad de informacionAunque las mayores dificultades tecnicas para llevarla ala practica han estado relacionadas con la obtencion deun material de registro adecuado ya se han fabricadolos primeros prototipos de sistemas de almacenamientoholografico con discos holograficos con una capacidadde almacenamiento de 300 Gb el equivalente a mas desesenta DVDs en un solo disco y se sigue investigandopara obtener mayores capacidades de almacenamientoincluso del orden del Tb

En cuanto a la idea original de Gabor de utilizarla holografıa en la mejora de la calidad de imagen delmicroscopio electronico hubo que esperar casi cuarentaanos para poder disponer de haces coherentes de elec-trones que hicieran posible llevar a cabo esta aplicacion[58]

En el ano 1968 se publico en la revista Leonardoun artıculo en el que se senalaba la posibilidad deutilizar la holografıa como una nueva forma de arte[59] y algunos artistas se adentraron en la aventuraholografica como Salvador Dalı que realizo en 1972una exposicion que incluıa hologramas en la GalerıaKnoedler de Nueva York a la que asistio el propio Ga-bor Casi simultaneamente Harriet Casdin-Silver [60-62] en Estados Unidos Margaret Benyon [63-65] enGran Bretana y Carl Frederich Reutersward [66] enSuecia iniciaban su andadura en el intento de utilizarla holografıa con fines creativos [67] Casdin-Silver seinicio en el MIT bajo la tutela de Benton mientras queReutersward fue asistido tecnicamente por cientıficossuecos como Nilsson Abramson o Bjelkhagen [20] loque es una prueba mas de la colaboracion entre artistasy cientıficos en el campo de la holografıa Es evidenteque la caracterıstica de la holografıa que inicialmente seimpone con mas fuerza es su capacidad de reproducirimagenes tridimensionales de gran realismo a veces tanautentico como el de los objetos realmente existentes[67] Este efecto es sin duda especialmente sorprendenteen aquellos hologramas en los que la imagen reconstru-ida ldquoflotardquo en el aire saliendose de la placa holograficasin que seamos capaces asir con nuestras manos los ob-jetos que aparentemente estan ahı ante nuestros ojos[67] (Fig 19) Es evidente por tanto que la holografıaposee un innegable interes como una de las tecnicas masrevolucionarias de creacion de imagenes tridimension-ales y su capacidad de atraccion-fascinacion es enorme[2 68]

1602-13

Figura 19 - Fotografıa del holograma de reflexion de una camarafotografica antigua (Deutsches Museum Munich Alemania) Fo-tografıa de A Belendez

Frente al espacio estatico y constante de la pin-tura o la fotografıa el espacio holografico implica elmovimiento del espectador y una variacion de la imagenen tanto en cuanto se producen angulos de vision distin-tos en la percepcion dinamica de la imagen holografica[2 68] Lejos de ser una ventana fija abierta a un es-pacio fijo el holograma actua en este caso como unaventana con memoria [13 68] En la Fig 20 se mues-tran tres fotografıas de una misma placa holografica enel que hay multiplexados tres hologramas que puedenobservarse mirando desde la izquierda el frente y laderecha de la placa

Ha habido ademas un gran numero de artistas quehan explorado las posibles interacciones de la holografıacon otros medios como la pintura la escultura la fo-tografıa etc [67] y tambien goza cada vez mas de fa-vor la integracion de la holografıa en entornos arqui-tectonicos [69] tendencia que se ve favorecida por lamejora de la tecnica en la obtencion de hologramas degran formato como por ejemplo los hologramas de luzblanca del hall de la Universidad de Bremen Alemaniautilizados para la distribucion de la luz del Sol [70]

Tambien es posible realizar retratos holograficos yel primero de ellos fue realizado en Michigan la noche deHalloween de 1967 y fue un autorretrato de LawrenceSiebert [71] Utilizando laseres pulsantes es posible re-alizar retratos holograficos pues la alteracion de la es-cena a registrar es practicamente nula durante el tiempode duracion del pulso Un retrato holografico historicoes el holograma de transmision de Gabor [72] realizadoen 1971 con motivo de la concesion del Premio Nobel(Fig 21)

Figura 20 - Tres fotografıas de la misma placa holografica enla que hay multiplexados tres hologramas de reflexion obser-vando desde (a) la izquierda (b) el frente y (c) la derecha de laplaca (Deutsches Museum Munich Alemania) Fotografıas deA Belendez

1602-14 Belendez

Figura 21 - Dennis Gabor junto con su retrato holografico real-izado en 1971 por R Rhinehart de la McDonell Douglas Elec-tronics Corporation (The MIT Museum ndash Holography Collectionfrom the Museum of Holography)

La holografıa tambien se utiliza en los museos parasustituir algunos de sus objetos delicados y valiosospor hologramas de los mismos Este es por ejemploel caso del Hombre de Lindow una momia de masde 2300 anos de antiguedad encontrada en CheshireInglaterra en 1984 El original se encuentra en unacamara del Museo Britanico en Londres con temper-atura y humedad controladas mientras que se hizo unholograma de la momia tanto para exponerlo al publicocomo para que distintos investigadores pudieran estudi-arla La realizacion de hologramas de piezas valiosas hahecho posible que estas puedan observarse en lugaresdistintos de los que realmente se encuentran Holo-gramas del tipo Denisyuk se utilizaron en la antiguaUnion Sovietica y en otros paıses para la conservacionde obras de arte consideradas tesoros arqueologicosa traves de un vasto programa de colaboracion entrefısicos y museologos De hecho en muchas ocasionesse hace uso de la tecnica de Denisyuk para sustituirlos objetos originales por hologramas en exposicionesitinerantes Por ejemplo el Museo de Holografıa deParıs dispone de colecciones con una riqueza y diver-sidad unicas contiene hologramas gigantes algunos deellos visibles con luz blanca y otros con luz del laserjunto con una importante coleccion de representacionesholograficas de obras que se encuentran expuestas en elMuseo del Hermitage de San Petersburgo y en el MuseoHistorico de Kiev [2] Entre las piezas de que dispone seencuentra un holograma del sable de Napoleon y otrodel baston del mariscal Davout A mediados de losanos ochenta se realizaron una serie de hologramas dereflexion sobre el tesoro de Villena en la Universidad deAlicante Espana (Fig 22) [48]

Mediante la utilizacion de tres laseres con longitudesde onda en las zonas de los tres colores primarios [2 73]la tecnica de Denisyuk permite el registro y la recon-struccion de imagenes en color con una calidad impens-able La fidelidad en la reproduccion de formas coloresy brillos es tan espectacular que es difıcil decir si lo quese ve es el objeto mismo detras de una ventana de vidrio

o una reproduccion holografica

Figura 22 - (a) Fotografıas de hologramas de reflexion del Tesorode Villena y (b) detalle de uno de ellos (hologramas realizados porel Dr Jose Antonio Quintana Centro de Holografıa Universidadde Alicante 1984)

Para terminar senalar que la holografıa puede apli-carse utilizando una gran parte del espectro electro-magnetico desde imagenes con microondas y radarpasando por los infrarrojos el espectro visible y laradiacion ultravioleta hasta los rayos X Tambien sepueden utilizar haces de electrones o neutrones e in-cluso ondas sonoras Existen hologramas artısticos re-tratos holograficos hologramas en color y tambien seencuentran hologramas en las tiendas de regalos en li-bros en museos en tarjetas de felicitacion o en sellosde correos Los hologramas de seguridad son un grannegocio las tarjetas de credito generan cientos de mil-lones de hologramas al ano o quizas mas y algo parecidosucede con los billetes de banco hay hologramas en lasetiquetas de ciertos productos e incluso ya se han in-

1602-15

cluido hologramas en ropa deportiva para asegurar suautenticidad y distinguirla de las imitaciones La inter-ferometrıa holografica es una tecnica que se aplica enareas muy diversas los elementos opticos holograficosse emplean es sistemas opticos muy variados el almace-namiento holografico de informacion es ya una realidady la holografıa aparece tambien en investigaciones defısica fundamental como la teorıa de la relatividad o lafısica cuantica

Trascurridos sesenta anos desde su invencion y a pe-sar de sus erraticos inicios la holografıa ha demostradotener un gran pasado y un magnıfico presente perodesde luego lo innegable es que sigue teniendo un fu-turo prometedor [74]

Agradecimientos

Deseo expresar mi mas sincero agradecimiento al DrJuan Ramon Rivera Vicerrector de Relaciones Insti-tucionales de la Universidad de Alicante (UA) en elmomento de la lectura de la leccion inaugural y al Ser-vicio de Protocolo de la UA por el apoyo y colabo-racion prestados durante la preparacion de la leccionTambien quiero agradecer a la Dra Inmaculada Pas-cual Catedratica de Optica de la UA el haber leıdo ycorregido en mas de una ocasion el manuscrito originalası como sus sugerencias y comentarios que indudable-mente mejoraron el texto inicial de la leccion Final-mente agradezco al Dr Sean F Johnston de la Univer-sidad de Glasgow el haberme enviado copia de variosde sus artıculos relacionados con el origen y desarrollode la holografıa

Referencias

[1] E Downing Holographic images ndash The intersec-tion of art science and technology (Spectrum MIT1999) Disponıvel em httpwebmitedugiving

spectrumwinter99holographichtml

[2] M Quintanilla Revista de la Real Academia de Cien-cias de Zaragoza 60 57 (2005)

[3] G Saxby Practical Holography (Institute of PhysicsPublishing Bristol 2004)

[4] E Hecht Optica (Addison Wesley Madrid 1999)

[5] FWO da Silva Revista Brasileira de Ensino de Fisica29 149 (2007)

[6] A Belendez Revista Brasileira de Ensino de Fisica 302601 (2008)

[7] RP Crease El Prisma y el Pendulo Los Diez Exper-imentos mas Bellos de la Ciencia (Crıtica Barcelona2006) En 2002 Robert P Crease historiador de laciencia pregunto a los lectores de la revista PhysicsWorld donde escribe una columna cuales eran ensu opinion los experimentos mas bellos de la fısicaPara compilar la lista escogio los diez experimentoscitados con mas frecuencia Tras publicarse el resul-tado en Physics World (httpwwwphysicsworld

comcwsarticleprint9746) salto a las paginas deThe New York Times La belleza de estos experimen-tos radica quizas en que su denominador comun esla maxima simplicidad de medios para su realizacion yla gran capacidad de cambiar el planteamiento domi-nante que ofrecieron sus conclusiones El orden del re-sultado de la encuesta por numero de votos fue el sigu-iente interferencia de los electrones al pasar por unadoble rendija (Bohr De Broglie Heisenberg y otros)caıda libre de los cuerpos (Galileo) determinacion dela carga del electron (Millikan) descomposicion de laluz del Sol por un prisma (Newton) interferencia dela luz de la doble rendija (Young) medida de la con-stante de la gravitacion universal con una balanza detorsion (Cavendish) medida de la circunferencia de laTierra (Eratostenes) caıda de los cuerpos en planos in-clinados (Galileo) descubrimiento del nucleo atomico(Rutherford) y movimiento de la Tierra (el pendulo deFoucault) El experimento que quedo en el undecimolugar fue el principio de Arquımedes de la hidrostatica

[8] M Lozano De Arquımedes a Einstein Los DiezExperiementos mas Bellos de la Fısica (DebateBarcelona 2005)

[9] C Celestino y B Arsioli Revista Brasileira de Ensinode Fisica 30 1602 (2008)

[10] A Belendez I Pascual y A Fimia Revista Espanolade Fısica 5 40 (1991)

[11] A Belendez I Pascual y A Fimia Journal of the Op-tical Society of America A 9 1214 (1992)

[12] P Hariharan Basics of Holography (Cambridge Uni-versity Press Cambridge 2002)

[13] N Abramson The Making and Evaluation of Holo-grams (Academia Press Londres 1981) p 70

[14] EN Leith Proceedings of SPIE 5005 431 (2003)

[15] EN Leith Journal of Imaging Science and Technology41 201 (1997)

[16] SF Johnston Proceedings of SPIE 5005 455 (2003)

[17] TE Allibone Journal of Electronics and Control 4179 (1958)

[18] SF Johnston Historical Studies in the Physical andBiological Sciences 36 35 (2005)

[19] H Kragh Generaciones Cuanticas Una Historia de laFısica del Siglo XX (Ediciones Akal Madrid 2007)

[20] SF Johnston Holographic Visions A History of NewScience (Oxford University Press Oxford 2006)

[21] PG Tanner TE Allibone y F Eng Notes andRecords of the Royal Society of London 51 105 (1997)

[22] D Gabor Autobiography Disponıvel em httpwww

nobelprizeorg

[23] D Gabor Holography 1948-1971 Nobel Lecture 1971Disponıvel em httpwwwnobelprizeorg

[24] D Gabor Nature 161 777 (1948)

[25] P Greguss Proceedings of SPIE 4149 1 (2000)

[26] YN Denisyuk Leonardo 25 425 (1992)

[27] YN Denisyuk y V Gurikov History and Technology8 127 (1992)

[28] EN Leith en Trends in Optics editado por A Conser-tini (Academic Press Nueva York 1996) v 3 p 1-26

1602-10 Belendez

Figura 14 - Fotografıa de la imagen de uno de los primeros holo-gramas de transmision de un objeto tridimensional (E N Leithy J Upatnieks ldquoWavefront reconstruction with diffused illumi-nation and three-dimensional objectsrdquo J Opt Soc Am 541295-1381 1964 [37] Figura cortesıa de Juris Upatnieks) Eltren original del que se hizo el holograma puede verse en la Fig12 justo delante de Upatnieks

44 La ldquoexplosionrdquo holografica

En las casi dos decadas transcurridas desde 1947 y 1964la holografıa era un collage construido desde distintasperspectivas [13 20] El concepto de reconstruccion delfrente de onda de Gabor como una nueva forma de mi-croscopıa que habıa interesado solo a unos pocos inves-tigadores y luego fue abandonado la fotografıa de on-das de Denisyuk como una forma de obtener imagenestridimensionales a partir de la fotografıa de Lippmanque inicialmente convencio a pocos cientıficos y la fo-tografıa sin lentes de Leith y Upatnieks formuladatomando como punto de partida la teorıa de la comu-nicacion a partir de investigaciones relacionadas con elradar de apertura sintetica La vision excitante en 1964del holograma tridimensional de Leith y Upatnieks re-activo de ldquoforma explosivardquo el interes por la holografıaCientos de investigadores empezaron a relacionar es-tos tres trabajos realizados de forma independiente yen los anos siguientes a la presentacion del hologramadel tren se publicaron mas de mil artıculos cientıficossobre el registro de hologramas con laser [38] lo quecontrasta con los apenas cincuenta trabajos publica-dos entre 1947 y 1955 Era necesario sin embargobuscar una denominacion unica para este nuevo campoque englobara lo que antes se habıa conocido de tresformas distintas reconstruccion del frente de onda fo-tografıa de ondas y fotografıa sin lentes No esta claroquien acuno el termino ldquoholografıardquo para designar aesta nueva area ya que hay varios investigadores quereclamaron la paternidad del mismo Lo cierto es quela holografıa un campo con un potencial intelectualy comercial extraordinario habıa nacido Es evidenteque la terminologıa cientıfica tiene un gran impacto yno solo a nivel cientıfico sino tambien social filosoficoe incluso economico [39] por lo que la denominacionholografıa para esta lsquonueva cienciarsquo una unica palabra

tenıa todas las de ganarEn 1966 George Stroke (1924-) tambien profesor de

la Universidad de Michigan publico An Introduction toCoherent Optics and Holography [40] el primer libroen el que se exponıan los fundamentos teoricos de lanueva tecnica Se vendieron 3665 copias solo duranteel primer ano un numero respetable para un texto deestas caracterısticas y hasta 1999 habıan sido mas decincuenta mil los ejemplares vendidos [41] Hasta el ano2000 se habıan publicado mas de veinte mil artıculossobre holografıa en revistas especializadas y presentadomas de diez mil comunicaciones en congresos siete milpatentes miles de libros y un numero similar de tesisdoctorales [20]

La primera exposicion de holografıa artıstica tuvolugar en Michigan en 1968 y la segunda en NuevaYork en 1970 mientras que en 1971 comenzo una es-cuela de holografıa en San Francisco la primera en laque cientıficos ingenieros y artistas podıan aprender lanueva tecnica [36] De este modo la holografıa se con-virtio en un ejemplo inusual de campo cientıfico en elque participaron en su desarrollo grupos de personasde muy distinta procedencia desde fısicos e ingenieroshasta artistas [42 43]

La explosion holografica originada gracias a los tra-bajos de Leith y Upatnieks y de otros investigadores dela Universidad de Michigan centro de referencia de laholografıa mundial a mediados de la decada de 1960[20] tambien rehabilito la figura de Gabor que paso deser practicamente un desconocido a estar a finales de losanos sesenta en la lista de los candidatos al premio No-bel La Real Academia Sueca de las Ciencias anunciola concesion del premio Nobel de Fısica a Dennis Ga-bor en 1971 ldquopor la invencion y desarrollo del metodoholograficordquo (Fig 15)

Figura 15 - Galardonados con los premios Nobel de 1971 Deizquierda a derecha Simon Kuznets (economıa) Pablo Neruda(literatura) Earl Sutherland (fisiologıa y medicina) GerhardHerzberg (quımica) y Dennis Gabor (fısica) (Archivo fotograficodel Comite del Premio Nobel)

Gabor consciente de que los trabajos realizados porotros muchos investigadores habıan jugado un papelfundamental en esta concesion finalizo la leccion quepronuncio con motivo de dicha concesion expresando su

1602-11

mas sincero agradecimiento a todos ellos que le habıanayudado con su trabajo a conseguir los mas altos hon-ores cientıficos [23]

En esta revision de los orıgenes y desarrollo de laholografıa no podemos a Stephen Benton (1941-2003)(Fig 16) cientıfico del Instituto Tecnologico de Massa-chussets (MIT) [44] que es otro de los investigadoresque mas ha influido en el desarrollo y difusion de laholografıa En 1968 cuando contaba con 27 anos de-sarrollo un tipo de holograma conocido como hologramade arco iris o de Benton [45] que tiene gran importan-cia al tratarse de un holograma de transmision que nonecesita del laser para su reconstruccion sino que sepuede ver con luz blanca creando una imagen en col-ores en funcion del angulo con el que se observa aunquepara ello se sacrifica el paralaje vertical manteniendosolo el horizontal lo cual no tiene mucha importanciaEn cualquier caso el aspecto mas importante es que elholograma de arco iris permite la produccion masivade hologramas utilizando la tecnica de ldquoestampadordquo(embossing en ingles) en plastico aluminizado siendoposible duplicar el holograma millones de veces con unbajo coste Estos hologramas se utilizan en sistemasde seguridad y la primera vez que aparecieron en docu-mentos de este tipo fue en tarjetas de credito en 1983El holograma de arco iris de un aguila aparecio en laportada de la revista National Geographic de marzo de1984 lo que supuso la distribucion de once millones dehologramas en todo el mundo Benton es una piezaclave en el desarrollo de la holografıa moderna y nosolo por sus contribuciones cientıficas y tecnologicassino que tambien destaca su faceta artıstica Bentonsenalo en una ocasion que ldquola creatividad no pertenecesolamente al dominio del arte existe en todas las areasde nuestra existencia y uno de los aspectos mas intere-santes del medio emergente que es la holografıa es larelacion simbiotica que se da entre las ciencias y lasartesrdquo [46]

Figura 16 - Stephen Benton (1941-2003) (Special Issue Trib-ute to Professor Stephen A Benton Holography-SPIErsquos Interna-cional Technical Working Group 15 (2004) Fotografıa de RDRallison)

5 Algunas aplicaciones de la holografıa

En 1986 Leith senalo que ldquola holografıa por sı mismapuede parecer un campo de investigacion no muy am-plio pero si la combinas con otros campos conseguirasun area lo suficientemente grande para poder dedi-carle toda una vidardquo [43] y prueba de ello es que latecnica holografica ha proporcionado y sigue proporcio-nando innumerables aplicaciones en multitud de cam-pos cientıficos y tecnologicos Entre ellos podemosmencionar la interferometrıa holografica [47] que per-mite analizar las deformaciones de un objeto debidasa esfuerzos vibraciones o variaciones de temperaturavisualizar los modos de vibracion de altavoces instru-mentos musicales o complejas estructuras o realizar en-sayos no destructivos Fueron Powell y Stetson (miem-bros del Grupo de Optica de la Universidad de Michi-gan) los que en 1964 descubrieron de forma accidentallas franjas de interferencia en el holograma de un ob-jeto deformado [20] aunque ese mismo ano tambienLeith y Upatnieks por un lado y Hildebrand y Haines(tambien de la Universidad de Michigan) por otro sedieron cuenta de las posibilidades de la holografıa eninterferometrıa [20] La Fig 17 muestra el estudio me-diante interferometrıa holografica en tiempo real de ladistribucion de temperatura en el interior de una bom-billa [48] A lo largo de las lıneas que aparecen en elinterferograma la temperatura es constante

Figura 17 - Estudio mediante interferometrıa holografica de ladistribucion de temperatura en el interior de una bombilla [8]

1602-12 Belendez

La holografıa tambien se ha aplicado al analisis departıculas [49] microscopicas siendo posible analizarsu tamano posicion desplazamiento y velocidad Per-mite estudiar desde aerosoles hasta el plancton marinoe incluso se ha utilizado para analizar la dinamica departıculas microscopicas y el crecimiento de cristales encondiciones de microgravedad mediante experimentosrealizados a bordo del trasbordador espacial Discoveryen los que se registraron mas de mil hologramas [50]

Tambien se fabrican elementos opticos holograficos[51] como lentes espejos redes de difraccion y otros dis-positivos mas complejos como concentradores solaresinterconectares de fibras opticas scanners con los quese leen los codigos de barras o los visores que utilizanlos pilotos de aviones conocidos como head-up displaysy cuya funcion es formar la imagen en el infinito de lainformacion presentada en una pantalla y superponerlacon los objetos observados en el mundo exterior

Se pueden obtener hologramas generados por orde-nador siendo posible realizar figuras geometricas en elespacio o representar objetos en vıas de fabricacion sinque sea necesario construir modelos Estos hologramasson solo una parte de un campo mas amplio conocidocomo holografıa digital [52]

Los hologramas de seguridad [53] son quizas la apli-cacion mas importante de la holografıa desde el puntode vista comercial La dificultad tecnica que tiene la re-alizacion de algunos hologramas y el hecho de que solocon medios tecnicos complejos y sofisticados sea posi-ble producir en serie copias de un holograma originalhan hecho de la holografıa una tecnica adecuada parasistemas de seguridad como los utilizados en tarjetasde credito billetes de banco (Fig 18) documentos deidentidad o etiquetas de productos comerciales inclui-dos algunos productos farmaceuticos que se comercial-izan en el sudeste asiatico donde la venta de medicinasilegales esta muy extendida [54]

Figura 18 - Hologramas de seguridad de billetes

En nuestra sociedad dominada por las tecnologıas

de la informacion la utilizacion de la holografıa en elalmacenamiento de informacion es una de las aplica-ciones que presentan en estos momentos mas futuro einteres [55 56] Mediante el multiplexado se puede reg-istrar un gran numero de hologramas en una mismaplaca y posteriormente es posible recuperar la infor-macion separadamente Este es el principio de lasmemorias holograficas [57] en las que se puede almace-nar en poco espacio una gran cantidad de informacionAunque las mayores dificultades tecnicas para llevarla ala practica han estado relacionadas con la obtencion deun material de registro adecuado ya se han fabricadolos primeros prototipos de sistemas de almacenamientoholografico con discos holograficos con una capacidadde almacenamiento de 300 Gb el equivalente a mas desesenta DVDs en un solo disco y se sigue investigandopara obtener mayores capacidades de almacenamientoincluso del orden del Tb

En cuanto a la idea original de Gabor de utilizarla holografıa en la mejora de la calidad de imagen delmicroscopio electronico hubo que esperar casi cuarentaanos para poder disponer de haces coherentes de elec-trones que hicieran posible llevar a cabo esta aplicacion[58]

En el ano 1968 se publico en la revista Leonardoun artıculo en el que se senalaba la posibilidad deutilizar la holografıa como una nueva forma de arte[59] y algunos artistas se adentraron en la aventuraholografica como Salvador Dalı que realizo en 1972una exposicion que incluıa hologramas en la GalerıaKnoedler de Nueva York a la que asistio el propio Ga-bor Casi simultaneamente Harriet Casdin-Silver [60-62] en Estados Unidos Margaret Benyon [63-65] enGran Bretana y Carl Frederich Reutersward [66] enSuecia iniciaban su andadura en el intento de utilizarla holografıa con fines creativos [67] Casdin-Silver seinicio en el MIT bajo la tutela de Benton mientras queReutersward fue asistido tecnicamente por cientıficossuecos como Nilsson Abramson o Bjelkhagen [20] loque es una prueba mas de la colaboracion entre artistasy cientıficos en el campo de la holografıa Es evidenteque la caracterıstica de la holografıa que inicialmente seimpone con mas fuerza es su capacidad de reproducirimagenes tridimensionales de gran realismo a veces tanautentico como el de los objetos realmente existentes[67] Este efecto es sin duda especialmente sorprendenteen aquellos hologramas en los que la imagen reconstru-ida ldquoflotardquo en el aire saliendose de la placa holograficasin que seamos capaces asir con nuestras manos los ob-jetos que aparentemente estan ahı ante nuestros ojos[67] (Fig 19) Es evidente por tanto que la holografıaposee un innegable interes como una de las tecnicas masrevolucionarias de creacion de imagenes tridimension-ales y su capacidad de atraccion-fascinacion es enorme[2 68]

1602-13

Figura 19 - Fotografıa del holograma de reflexion de una camarafotografica antigua (Deutsches Museum Munich Alemania) Fo-tografıa de A Belendez

Frente al espacio estatico y constante de la pin-tura o la fotografıa el espacio holografico implica elmovimiento del espectador y una variacion de la imagenen tanto en cuanto se producen angulos de vision distin-tos en la percepcion dinamica de la imagen holografica[2 68] Lejos de ser una ventana fija abierta a un es-pacio fijo el holograma actua en este caso como unaventana con memoria [13 68] En la Fig 20 se mues-tran tres fotografıas de una misma placa holografica enel que hay multiplexados tres hologramas que puedenobservarse mirando desde la izquierda el frente y laderecha de la placa

Ha habido ademas un gran numero de artistas quehan explorado las posibles interacciones de la holografıacon otros medios como la pintura la escultura la fo-tografıa etc [67] y tambien goza cada vez mas de fa-vor la integracion de la holografıa en entornos arqui-tectonicos [69] tendencia que se ve favorecida por lamejora de la tecnica en la obtencion de hologramas degran formato como por ejemplo los hologramas de luzblanca del hall de la Universidad de Bremen Alemaniautilizados para la distribucion de la luz del Sol [70]

Tambien es posible realizar retratos holograficos yel primero de ellos fue realizado en Michigan la noche deHalloween de 1967 y fue un autorretrato de LawrenceSiebert [71] Utilizando laseres pulsantes es posible re-alizar retratos holograficos pues la alteracion de la es-cena a registrar es practicamente nula durante el tiempode duracion del pulso Un retrato holografico historicoes el holograma de transmision de Gabor [72] realizadoen 1971 con motivo de la concesion del Premio Nobel(Fig 21)

Figura 20 - Tres fotografıas de la misma placa holografica enla que hay multiplexados tres hologramas de reflexion obser-vando desde (a) la izquierda (b) el frente y (c) la derecha de laplaca (Deutsches Museum Munich Alemania) Fotografıas deA Belendez

1602-14 Belendez

Figura 21 - Dennis Gabor junto con su retrato holografico real-izado en 1971 por R Rhinehart de la McDonell Douglas Elec-tronics Corporation (The MIT Museum ndash Holography Collectionfrom the Museum of Holography)

La holografıa tambien se utiliza en los museos parasustituir algunos de sus objetos delicados y valiosospor hologramas de los mismos Este es por ejemploel caso del Hombre de Lindow una momia de masde 2300 anos de antiguedad encontrada en CheshireInglaterra en 1984 El original se encuentra en unacamara del Museo Britanico en Londres con temper-atura y humedad controladas mientras que se hizo unholograma de la momia tanto para exponerlo al publicocomo para que distintos investigadores pudieran estudi-arla La realizacion de hologramas de piezas valiosas hahecho posible que estas puedan observarse en lugaresdistintos de los que realmente se encuentran Holo-gramas del tipo Denisyuk se utilizaron en la antiguaUnion Sovietica y en otros paıses para la conservacionde obras de arte consideradas tesoros arqueologicosa traves de un vasto programa de colaboracion entrefısicos y museologos De hecho en muchas ocasionesse hace uso de la tecnica de Denisyuk para sustituirlos objetos originales por hologramas en exposicionesitinerantes Por ejemplo el Museo de Holografıa deParıs dispone de colecciones con una riqueza y diver-sidad unicas contiene hologramas gigantes algunos deellos visibles con luz blanca y otros con luz del laserjunto con una importante coleccion de representacionesholograficas de obras que se encuentran expuestas en elMuseo del Hermitage de San Petersburgo y en el MuseoHistorico de Kiev [2] Entre las piezas de que dispone seencuentra un holograma del sable de Napoleon y otrodel baston del mariscal Davout A mediados de losanos ochenta se realizaron una serie de hologramas dereflexion sobre el tesoro de Villena en la Universidad deAlicante Espana (Fig 22) [48]

Mediante la utilizacion de tres laseres con longitudesde onda en las zonas de los tres colores primarios [2 73]la tecnica de Denisyuk permite el registro y la recon-struccion de imagenes en color con una calidad impens-able La fidelidad en la reproduccion de formas coloresy brillos es tan espectacular que es difıcil decir si lo quese ve es el objeto mismo detras de una ventana de vidrio

o una reproduccion holografica

Figura 22 - (a) Fotografıas de hologramas de reflexion del Tesorode Villena y (b) detalle de uno de ellos (hologramas realizados porel Dr Jose Antonio Quintana Centro de Holografıa Universidadde Alicante 1984)

Para terminar senalar que la holografıa puede apli-carse utilizando una gran parte del espectro electro-magnetico desde imagenes con microondas y radarpasando por los infrarrojos el espectro visible y laradiacion ultravioleta hasta los rayos X Tambien sepueden utilizar haces de electrones o neutrones e in-cluso ondas sonoras Existen hologramas artısticos re-tratos holograficos hologramas en color y tambien seencuentran hologramas en las tiendas de regalos en li-bros en museos en tarjetas de felicitacion o en sellosde correos Los hologramas de seguridad son un grannegocio las tarjetas de credito generan cientos de mil-lones de hologramas al ano o quizas mas y algo parecidosucede con los billetes de banco hay hologramas en lasetiquetas de ciertos productos e incluso ya se han in-

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cluido hologramas en ropa deportiva para asegurar suautenticidad y distinguirla de las imitaciones La inter-ferometrıa holografica es una tecnica que se aplica enareas muy diversas los elementos opticos holograficosse emplean es sistemas opticos muy variados el almace-namiento holografico de informacion es ya una realidady la holografıa aparece tambien en investigaciones defısica fundamental como la teorıa de la relatividad o lafısica cuantica

Trascurridos sesenta anos desde su invencion y a pe-sar de sus erraticos inicios la holografıa ha demostradotener un gran pasado y un magnıfico presente perodesde luego lo innegable es que sigue teniendo un fu-turo prometedor [74]

Agradecimientos

Deseo expresar mi mas sincero agradecimiento al DrJuan Ramon Rivera Vicerrector de Relaciones Insti-tucionales de la Universidad de Alicante (UA) en elmomento de la lectura de la leccion inaugural y al Ser-vicio de Protocolo de la UA por el apoyo y colabo-racion prestados durante la preparacion de la leccionTambien quiero agradecer a la Dra Inmaculada Pas-cual Catedratica de Optica de la UA el haber leıdo ycorregido en mas de una ocasion el manuscrito originalası como sus sugerencias y comentarios que indudable-mente mejoraron el texto inicial de la leccion Final-mente agradezco al Dr Sean F Johnston de la Univer-sidad de Glasgow el haberme enviado copia de variosde sus artıculos relacionados con el origen y desarrollode la holografıa

Referencias

[1] E Downing Holographic images ndash The intersec-tion of art science and technology (Spectrum MIT1999) Disponıvel em httpwebmitedugiving

spectrumwinter99holographichtml

[2] M Quintanilla Revista de la Real Academia de Cien-cias de Zaragoza 60 57 (2005)

[3] G Saxby Practical Holography (Institute of PhysicsPublishing Bristol 2004)

[4] E Hecht Optica (Addison Wesley Madrid 1999)

[5] FWO da Silva Revista Brasileira de Ensino de Fisica29 149 (2007)

[6] A Belendez Revista Brasileira de Ensino de Fisica 302601 (2008)

[7] RP Crease El Prisma y el Pendulo Los Diez Exper-imentos mas Bellos de la Ciencia (Crıtica Barcelona2006) En 2002 Robert P Crease historiador de laciencia pregunto a los lectores de la revista PhysicsWorld donde escribe una columna cuales eran ensu opinion los experimentos mas bellos de la fısicaPara compilar la lista escogio los diez experimentoscitados con mas frecuencia Tras publicarse el resul-tado en Physics World (httpwwwphysicsworld

comcwsarticleprint9746) salto a las paginas deThe New York Times La belleza de estos experimen-tos radica quizas en que su denominador comun esla maxima simplicidad de medios para su realizacion yla gran capacidad de cambiar el planteamiento domi-nante que ofrecieron sus conclusiones El orden del re-sultado de la encuesta por numero de votos fue el sigu-iente interferencia de los electrones al pasar por unadoble rendija (Bohr De Broglie Heisenberg y otros)caıda libre de los cuerpos (Galileo) determinacion dela carga del electron (Millikan) descomposicion de laluz del Sol por un prisma (Newton) interferencia dela luz de la doble rendija (Young) medida de la con-stante de la gravitacion universal con una balanza detorsion (Cavendish) medida de la circunferencia de laTierra (Eratostenes) caıda de los cuerpos en planos in-clinados (Galileo) descubrimiento del nucleo atomico(Rutherford) y movimiento de la Tierra (el pendulo deFoucault) El experimento que quedo en el undecimolugar fue el principio de Arquımedes de la hidrostatica

[8] M Lozano De Arquımedes a Einstein Los DiezExperiementos mas Bellos de la Fısica (DebateBarcelona 2005)

[9] C Celestino y B Arsioli Revista Brasileira de Ensinode Fisica 30 1602 (2008)

[10] A Belendez I Pascual y A Fimia Revista Espanolade Fısica 5 40 (1991)

[11] A Belendez I Pascual y A Fimia Journal of the Op-tical Society of America A 9 1214 (1992)

[12] P Hariharan Basics of Holography (Cambridge Uni-versity Press Cambridge 2002)

[13] N Abramson The Making and Evaluation of Holo-grams (Academia Press Londres 1981) p 70

[14] EN Leith Proceedings of SPIE 5005 431 (2003)

[15] EN Leith Journal of Imaging Science and Technology41 201 (1997)

[16] SF Johnston Proceedings of SPIE 5005 455 (2003)

[17] TE Allibone Journal of Electronics and Control 4179 (1958)

[18] SF Johnston Historical Studies in the Physical andBiological Sciences 36 35 (2005)

[19] H Kragh Generaciones Cuanticas Una Historia de laFısica del Siglo XX (Ediciones Akal Madrid 2007)

[20] SF Johnston Holographic Visions A History of NewScience (Oxford University Press Oxford 2006)

[21] PG Tanner TE Allibone y F Eng Notes andRecords of the Royal Society of London 51 105 (1997)

[22] D Gabor Autobiography Disponıvel em httpwww

nobelprizeorg

[23] D Gabor Holography 1948-1971 Nobel Lecture 1971Disponıvel em httpwwwnobelprizeorg

[24] D Gabor Nature 161 777 (1948)

[25] P Greguss Proceedings of SPIE 4149 1 (2000)

[26] YN Denisyuk Leonardo 25 425 (1992)

[27] YN Denisyuk y V Gurikov History and Technology8 127 (1992)

[28] EN Leith en Trends in Optics editado por A Conser-tini (Academic Press Nueva York 1996) v 3 p 1-26

1602-11

mas sincero agradecimiento a todos ellos que le habıanayudado con su trabajo a conseguir los mas altos hon-ores cientıficos [23]

En esta revision de los orıgenes y desarrollo de laholografıa no podemos a Stephen Benton (1941-2003)(Fig 16) cientıfico del Instituto Tecnologico de Massa-chussets (MIT) [44] que es otro de los investigadoresque mas ha influido en el desarrollo y difusion de laholografıa En 1968 cuando contaba con 27 anos de-sarrollo un tipo de holograma conocido como hologramade arco iris o de Benton [45] que tiene gran importan-cia al tratarse de un holograma de transmision que nonecesita del laser para su reconstruccion sino que sepuede ver con luz blanca creando una imagen en col-ores en funcion del angulo con el que se observa aunquepara ello se sacrifica el paralaje vertical manteniendosolo el horizontal lo cual no tiene mucha importanciaEn cualquier caso el aspecto mas importante es que elholograma de arco iris permite la produccion masivade hologramas utilizando la tecnica de ldquoestampadordquo(embossing en ingles) en plastico aluminizado siendoposible duplicar el holograma millones de veces con unbajo coste Estos hologramas se utilizan en sistemasde seguridad y la primera vez que aparecieron en docu-mentos de este tipo fue en tarjetas de credito en 1983El holograma de arco iris de un aguila aparecio en laportada de la revista National Geographic de marzo de1984 lo que supuso la distribucion de once millones dehologramas en todo el mundo Benton es una piezaclave en el desarrollo de la holografıa moderna y nosolo por sus contribuciones cientıficas y tecnologicassino que tambien destaca su faceta artıstica Bentonsenalo en una ocasion que ldquola creatividad no pertenecesolamente al dominio del arte existe en todas las areasde nuestra existencia y uno de los aspectos mas intere-santes del medio emergente que es la holografıa es larelacion simbiotica que se da entre las ciencias y lasartesrdquo [46]

Figura 16 - Stephen Benton (1941-2003) (Special Issue Trib-ute to Professor Stephen A Benton Holography-SPIErsquos Interna-cional Technical Working Group 15 (2004) Fotografıa de RDRallison)

5 Algunas aplicaciones de la holografıa

En 1986 Leith senalo que ldquola holografıa por sı mismapuede parecer un campo de investigacion no muy am-plio pero si la combinas con otros campos conseguirasun area lo suficientemente grande para poder dedi-carle toda una vidardquo [43] y prueba de ello es que latecnica holografica ha proporcionado y sigue proporcio-nando innumerables aplicaciones en multitud de cam-pos cientıficos y tecnologicos Entre ellos podemosmencionar la interferometrıa holografica [47] que per-mite analizar las deformaciones de un objeto debidasa esfuerzos vibraciones o variaciones de temperaturavisualizar los modos de vibracion de altavoces instru-mentos musicales o complejas estructuras o realizar en-sayos no destructivos Fueron Powell y Stetson (miem-bros del Grupo de Optica de la Universidad de Michi-gan) los que en 1964 descubrieron de forma accidentallas franjas de interferencia en el holograma de un ob-jeto deformado [20] aunque ese mismo ano tambienLeith y Upatnieks por un lado y Hildebrand y Haines(tambien de la Universidad de Michigan) por otro sedieron cuenta de las posibilidades de la holografıa eninterferometrıa [20] La Fig 17 muestra el estudio me-diante interferometrıa holografica en tiempo real de ladistribucion de temperatura en el interior de una bom-billa [48] A lo largo de las lıneas que aparecen en elinterferograma la temperatura es constante

Figura 17 - Estudio mediante interferometrıa holografica de ladistribucion de temperatura en el interior de una bombilla [8]

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La holografıa tambien se ha aplicado al analisis departıculas [49] microscopicas siendo posible analizarsu tamano posicion desplazamiento y velocidad Per-mite estudiar desde aerosoles hasta el plancton marinoe incluso se ha utilizado para analizar la dinamica departıculas microscopicas y el crecimiento de cristales encondiciones de microgravedad mediante experimentosrealizados a bordo del trasbordador espacial Discoveryen los que se registraron mas de mil hologramas [50]

Tambien se fabrican elementos opticos holograficos[51] como lentes espejos redes de difraccion y otros dis-positivos mas complejos como concentradores solaresinterconectares de fibras opticas scanners con los quese leen los codigos de barras o los visores que utilizanlos pilotos de aviones conocidos como head-up displaysy cuya funcion es formar la imagen en el infinito de lainformacion presentada en una pantalla y superponerlacon los objetos observados en el mundo exterior

Se pueden obtener hologramas generados por orde-nador siendo posible realizar figuras geometricas en elespacio o representar objetos en vıas de fabricacion sinque sea necesario construir modelos Estos hologramasson solo una parte de un campo mas amplio conocidocomo holografıa digital [52]

Los hologramas de seguridad [53] son quizas la apli-cacion mas importante de la holografıa desde el puntode vista comercial La dificultad tecnica que tiene la re-alizacion de algunos hologramas y el hecho de que solocon medios tecnicos complejos y sofisticados sea posi-ble producir en serie copias de un holograma originalhan hecho de la holografıa una tecnica adecuada parasistemas de seguridad como los utilizados en tarjetasde credito billetes de banco (Fig 18) documentos deidentidad o etiquetas de productos comerciales inclui-dos algunos productos farmaceuticos que se comercial-izan en el sudeste asiatico donde la venta de medicinasilegales esta muy extendida [54]

Figura 18 - Hologramas de seguridad de billetes

En nuestra sociedad dominada por las tecnologıas

de la informacion la utilizacion de la holografıa en elalmacenamiento de informacion es una de las aplica-ciones que presentan en estos momentos mas futuro einteres [55 56] Mediante el multiplexado se puede reg-istrar un gran numero de hologramas en una mismaplaca y posteriormente es posible recuperar la infor-macion separadamente Este es el principio de lasmemorias holograficas [57] en las que se puede almace-nar en poco espacio una gran cantidad de informacionAunque las mayores dificultades tecnicas para llevarla ala practica han estado relacionadas con la obtencion deun material de registro adecuado ya se han fabricadolos primeros prototipos de sistemas de almacenamientoholografico con discos holograficos con una capacidadde almacenamiento de 300 Gb el equivalente a mas desesenta DVDs en un solo disco y se sigue investigandopara obtener mayores capacidades de almacenamientoincluso del orden del Tb

En cuanto a la idea original de Gabor de utilizarla holografıa en la mejora de la calidad de imagen delmicroscopio electronico hubo que esperar casi cuarentaanos para poder disponer de haces coherentes de elec-trones que hicieran posible llevar a cabo esta aplicacion[58]

En el ano 1968 se publico en la revista Leonardoun artıculo en el que se senalaba la posibilidad deutilizar la holografıa como una nueva forma de arte[59] y algunos artistas se adentraron en la aventuraholografica como Salvador Dalı que realizo en 1972una exposicion que incluıa hologramas en la GalerıaKnoedler de Nueva York a la que asistio el propio Ga-bor Casi simultaneamente Harriet Casdin-Silver [60-62] en Estados Unidos Margaret Benyon [63-65] enGran Bretana y Carl Frederich Reutersward [66] enSuecia iniciaban su andadura en el intento de utilizarla holografıa con fines creativos [67] Casdin-Silver seinicio en el MIT bajo la tutela de Benton mientras queReutersward fue asistido tecnicamente por cientıficossuecos como Nilsson Abramson o Bjelkhagen [20] loque es una prueba mas de la colaboracion entre artistasy cientıficos en el campo de la holografıa Es evidenteque la caracterıstica de la holografıa que inicialmente seimpone con mas fuerza es su capacidad de reproducirimagenes tridimensionales de gran realismo a veces tanautentico como el de los objetos realmente existentes[67] Este efecto es sin duda especialmente sorprendenteen aquellos hologramas en los que la imagen reconstru-ida ldquoflotardquo en el aire saliendose de la placa holograficasin que seamos capaces asir con nuestras manos los ob-jetos que aparentemente estan ahı ante nuestros ojos[67] (Fig 19) Es evidente por tanto que la holografıaposee un innegable interes como una de las tecnicas masrevolucionarias de creacion de imagenes tridimension-ales y su capacidad de atraccion-fascinacion es enorme[2 68]

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Figura 19 - Fotografıa del holograma de reflexion de una camarafotografica antigua (Deutsches Museum Munich Alemania) Fo-tografıa de A Belendez

Frente al espacio estatico y constante de la pin-tura o la fotografıa el espacio holografico implica elmovimiento del espectador y una variacion de la imagenen tanto en cuanto se producen angulos de vision distin-tos en la percepcion dinamica de la imagen holografica[2 68] Lejos de ser una ventana fija abierta a un es-pacio fijo el holograma actua en este caso como unaventana con memoria [13 68] En la Fig 20 se mues-tran tres fotografıas de una misma placa holografica enel que hay multiplexados tres hologramas que puedenobservarse mirando desde la izquierda el frente y laderecha de la placa

Ha habido ademas un gran numero de artistas quehan explorado las posibles interacciones de la holografıacon otros medios como la pintura la escultura la fo-tografıa etc [67] y tambien goza cada vez mas de fa-vor la integracion de la holografıa en entornos arqui-tectonicos [69] tendencia que se ve favorecida por lamejora de la tecnica en la obtencion de hologramas degran formato como por ejemplo los hologramas de luzblanca del hall de la Universidad de Bremen Alemaniautilizados para la distribucion de la luz del Sol [70]

Tambien es posible realizar retratos holograficos yel primero de ellos fue realizado en Michigan la noche deHalloween de 1967 y fue un autorretrato de LawrenceSiebert [71] Utilizando laseres pulsantes es posible re-alizar retratos holograficos pues la alteracion de la es-cena a registrar es practicamente nula durante el tiempode duracion del pulso Un retrato holografico historicoes el holograma de transmision de Gabor [72] realizadoen 1971 con motivo de la concesion del Premio Nobel(Fig 21)

Figura 20 - Tres fotografıas de la misma placa holografica enla que hay multiplexados tres hologramas de reflexion obser-vando desde (a) la izquierda (b) el frente y (c) la derecha de laplaca (Deutsches Museum Munich Alemania) Fotografıas deA Belendez

1602-14 Belendez

Figura 21 - Dennis Gabor junto con su retrato holografico real-izado en 1971 por R Rhinehart de la McDonell Douglas Elec-tronics Corporation (The MIT Museum ndash Holography Collectionfrom the Museum of Holography)

La holografıa tambien se utiliza en los museos parasustituir algunos de sus objetos delicados y valiosospor hologramas de los mismos Este es por ejemploel caso del Hombre de Lindow una momia de masde 2300 anos de antiguedad encontrada en CheshireInglaterra en 1984 El original se encuentra en unacamara del Museo Britanico en Londres con temper-atura y humedad controladas mientras que se hizo unholograma de la momia tanto para exponerlo al publicocomo para que distintos investigadores pudieran estudi-arla La realizacion de hologramas de piezas valiosas hahecho posible que estas puedan observarse en lugaresdistintos de los que realmente se encuentran Holo-gramas del tipo Denisyuk se utilizaron en la antiguaUnion Sovietica y en otros paıses para la conservacionde obras de arte consideradas tesoros arqueologicosa traves de un vasto programa de colaboracion entrefısicos y museologos De hecho en muchas ocasionesse hace uso de la tecnica de Denisyuk para sustituirlos objetos originales por hologramas en exposicionesitinerantes Por ejemplo el Museo de Holografıa deParıs dispone de colecciones con una riqueza y diver-sidad unicas contiene hologramas gigantes algunos deellos visibles con luz blanca y otros con luz del laserjunto con una importante coleccion de representacionesholograficas de obras que se encuentran expuestas en elMuseo del Hermitage de San Petersburgo y en el MuseoHistorico de Kiev [2] Entre las piezas de que dispone seencuentra un holograma del sable de Napoleon y otrodel baston del mariscal Davout A mediados de losanos ochenta se realizaron una serie de hologramas dereflexion sobre el tesoro de Villena en la Universidad deAlicante Espana (Fig 22) [48]

Mediante la utilizacion de tres laseres con longitudesde onda en las zonas de los tres colores primarios [2 73]la tecnica de Denisyuk permite el registro y la recon-struccion de imagenes en color con una calidad impens-able La fidelidad en la reproduccion de formas coloresy brillos es tan espectacular que es difıcil decir si lo quese ve es el objeto mismo detras de una ventana de vidrio

o una reproduccion holografica

Figura 22 - (a) Fotografıas de hologramas de reflexion del Tesorode Villena y (b) detalle de uno de ellos (hologramas realizados porel Dr Jose Antonio Quintana Centro de Holografıa Universidadde Alicante 1984)

Para terminar senalar que la holografıa puede apli-carse utilizando una gran parte del espectro electro-magnetico desde imagenes con microondas y radarpasando por los infrarrojos el espectro visible y laradiacion ultravioleta hasta los rayos X Tambien sepueden utilizar haces de electrones o neutrones e in-cluso ondas sonoras Existen hologramas artısticos re-tratos holograficos hologramas en color y tambien seencuentran hologramas en las tiendas de regalos en li-bros en museos en tarjetas de felicitacion o en sellosde correos Los hologramas de seguridad son un grannegocio las tarjetas de credito generan cientos de mil-lones de hologramas al ano o quizas mas y algo parecidosucede con los billetes de banco hay hologramas en lasetiquetas de ciertos productos e incluso ya se han in-

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cluido hologramas en ropa deportiva para asegurar suautenticidad y distinguirla de las imitaciones La inter-ferometrıa holografica es una tecnica que se aplica enareas muy diversas los elementos opticos holograficosse emplean es sistemas opticos muy variados el almace-namiento holografico de informacion es ya una realidady la holografıa aparece tambien en investigaciones defısica fundamental como la teorıa de la relatividad o lafısica cuantica

Trascurridos sesenta anos desde su invencion y a pe-sar de sus erraticos inicios la holografıa ha demostradotener un gran pasado y un magnıfico presente perodesde luego lo innegable es que sigue teniendo un fu-turo prometedor [74]

Agradecimientos

Deseo expresar mi mas sincero agradecimiento al DrJuan Ramon Rivera Vicerrector de Relaciones Insti-tucionales de la Universidad de Alicante (UA) en elmomento de la lectura de la leccion inaugural y al Ser-vicio de Protocolo de la UA por el apoyo y colabo-racion prestados durante la preparacion de la leccionTambien quiero agradecer a la Dra Inmaculada Pas-cual Catedratica de Optica de la UA el haber leıdo ycorregido en mas de una ocasion el manuscrito originalası como sus sugerencias y comentarios que indudable-mente mejoraron el texto inicial de la leccion Final-mente agradezco al Dr Sean F Johnston de la Univer-sidad de Glasgow el haberme enviado copia de variosde sus artıculos relacionados con el origen y desarrollode la holografıa

Referencias

[1] E Downing Holographic images ndash The intersec-tion of art science and technology (Spectrum MIT1999) Disponıvel em httpwebmitedugiving

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[2] M Quintanilla Revista de la Real Academia de Cien-cias de Zaragoza 60 57 (2005)

[3] G Saxby Practical Holography (Institute of PhysicsPublishing Bristol 2004)

[4] E Hecht Optica (Addison Wesley Madrid 1999)

[5] FWO da Silva Revista Brasileira de Ensino de Fisica29 149 (2007)

[6] A Belendez Revista Brasileira de Ensino de Fisica 302601 (2008)

[7] RP Crease El Prisma y el Pendulo Los Diez Exper-imentos mas Bellos de la Ciencia (Crıtica Barcelona2006) En 2002 Robert P Crease historiador de laciencia pregunto a los lectores de la revista PhysicsWorld donde escribe una columna cuales eran ensu opinion los experimentos mas bellos de la fısicaPara compilar la lista escogio los diez experimentoscitados con mas frecuencia Tras publicarse el resul-tado en Physics World (httpwwwphysicsworld

comcwsarticleprint9746) salto a las paginas deThe New York Times La belleza de estos experimen-tos radica quizas en que su denominador comun esla maxima simplicidad de medios para su realizacion yla gran capacidad de cambiar el planteamiento domi-nante que ofrecieron sus conclusiones El orden del re-sultado de la encuesta por numero de votos fue el sigu-iente interferencia de los electrones al pasar por unadoble rendija (Bohr De Broglie Heisenberg y otros)caıda libre de los cuerpos (Galileo) determinacion dela carga del electron (Millikan) descomposicion de laluz del Sol por un prisma (Newton) interferencia dela luz de la doble rendija (Young) medida de la con-stante de la gravitacion universal con una balanza detorsion (Cavendish) medida de la circunferencia de laTierra (Eratostenes) caıda de los cuerpos en planos in-clinados (Galileo) descubrimiento del nucleo atomico(Rutherford) y movimiento de la Tierra (el pendulo deFoucault) El experimento que quedo en el undecimolugar fue el principio de Arquımedes de la hidrostatica

[8] M Lozano De Arquımedes a Einstein Los DiezExperiementos mas Bellos de la Fısica (DebateBarcelona 2005)

[9] C Celestino y B Arsioli Revista Brasileira de Ensinode Fisica 30 1602 (2008)

[10] A Belendez I Pascual y A Fimia Revista Espanolade Fısica 5 40 (1991)

[11] A Belendez I Pascual y A Fimia Journal of the Op-tical Society of America A 9 1214 (1992)

[12] P Hariharan Basics of Holography (Cambridge Uni-versity Press Cambridge 2002)

[13] N Abramson The Making and Evaluation of Holo-grams (Academia Press Londres 1981) p 70

[14] EN Leith Proceedings of SPIE 5005 431 (2003)

[15] EN Leith Journal of Imaging Science and Technology41 201 (1997)

[16] SF Johnston Proceedings of SPIE 5005 455 (2003)

[17] TE Allibone Journal of Electronics and Control 4179 (1958)

[18] SF Johnston Historical Studies in the Physical andBiological Sciences 36 35 (2005)

[19] H Kragh Generaciones Cuanticas Una Historia de laFısica del Siglo XX (Ediciones Akal Madrid 2007)

[20] SF Johnston Holographic Visions A History of NewScience (Oxford University Press Oxford 2006)

[21] PG Tanner TE Allibone y F Eng Notes andRecords of the Royal Society of London 51 105 (1997)

[22] D Gabor Autobiography Disponıvel em httpwww

nobelprizeorg

[23] D Gabor Holography 1948-1971 Nobel Lecture 1971Disponıvel em httpwwwnobelprizeorg

[24] D Gabor Nature 161 777 (1948)

[25] P Greguss Proceedings of SPIE 4149 1 (2000)

[26] YN Denisyuk Leonardo 25 425 (1992)

[27] YN Denisyuk y V Gurikov History and Technology8 127 (1992)

[28] EN Leith en Trends in Optics editado por A Conser-tini (Academic Press Nueva York 1996) v 3 p 1-26

1602-12 Belendez

La holografıa tambien se ha aplicado al analisis departıculas [49] microscopicas siendo posible analizarsu tamano posicion desplazamiento y velocidad Per-mite estudiar desde aerosoles hasta el plancton marinoe incluso se ha utilizado para analizar la dinamica departıculas microscopicas y el crecimiento de cristales encondiciones de microgravedad mediante experimentosrealizados a bordo del trasbordador espacial Discoveryen los que se registraron mas de mil hologramas [50]

Tambien se fabrican elementos opticos holograficos[51] como lentes espejos redes de difraccion y otros dis-positivos mas complejos como concentradores solaresinterconectares de fibras opticas scanners con los quese leen los codigos de barras o los visores que utilizanlos pilotos de aviones conocidos como head-up displaysy cuya funcion es formar la imagen en el infinito de lainformacion presentada en una pantalla y superponerlacon los objetos observados en el mundo exterior

Se pueden obtener hologramas generados por orde-nador siendo posible realizar figuras geometricas en elespacio o representar objetos en vıas de fabricacion sinque sea necesario construir modelos Estos hologramasson solo una parte de un campo mas amplio conocidocomo holografıa digital [52]

Los hologramas de seguridad [53] son quizas la apli-cacion mas importante de la holografıa desde el puntode vista comercial La dificultad tecnica que tiene la re-alizacion de algunos hologramas y el hecho de que solocon medios tecnicos complejos y sofisticados sea posi-ble producir en serie copias de un holograma originalhan hecho de la holografıa una tecnica adecuada parasistemas de seguridad como los utilizados en tarjetasde credito billetes de banco (Fig 18) documentos deidentidad o etiquetas de productos comerciales inclui-dos algunos productos farmaceuticos que se comercial-izan en el sudeste asiatico donde la venta de medicinasilegales esta muy extendida [54]

Figura 18 - Hologramas de seguridad de billetes

En nuestra sociedad dominada por las tecnologıas

de la informacion la utilizacion de la holografıa en elalmacenamiento de informacion es una de las aplica-ciones que presentan en estos momentos mas futuro einteres [55 56] Mediante el multiplexado se puede reg-istrar un gran numero de hologramas en una mismaplaca y posteriormente es posible recuperar la infor-macion separadamente Este es el principio de lasmemorias holograficas [57] en las que se puede almace-nar en poco espacio una gran cantidad de informacionAunque las mayores dificultades tecnicas para llevarla ala practica han estado relacionadas con la obtencion deun material de registro adecuado ya se han fabricadolos primeros prototipos de sistemas de almacenamientoholografico con discos holograficos con una capacidadde almacenamiento de 300 Gb el equivalente a mas desesenta DVDs en un solo disco y se sigue investigandopara obtener mayores capacidades de almacenamientoincluso del orden del Tb

En cuanto a la idea original de Gabor de utilizarla holografıa en la mejora de la calidad de imagen delmicroscopio electronico hubo que esperar casi cuarentaanos para poder disponer de haces coherentes de elec-trones que hicieran posible llevar a cabo esta aplicacion[58]

En el ano 1968 se publico en la revista Leonardoun artıculo en el que se senalaba la posibilidad deutilizar la holografıa como una nueva forma de arte[59] y algunos artistas se adentraron en la aventuraholografica como Salvador Dalı que realizo en 1972una exposicion que incluıa hologramas en la GalerıaKnoedler de Nueva York a la que asistio el propio Ga-bor Casi simultaneamente Harriet Casdin-Silver [60-62] en Estados Unidos Margaret Benyon [63-65] enGran Bretana y Carl Frederich Reutersward [66] enSuecia iniciaban su andadura en el intento de utilizarla holografıa con fines creativos [67] Casdin-Silver seinicio en el MIT bajo la tutela de Benton mientras queReutersward fue asistido tecnicamente por cientıficossuecos como Nilsson Abramson o Bjelkhagen [20] loque es una prueba mas de la colaboracion entre artistasy cientıficos en el campo de la holografıa Es evidenteque la caracterıstica de la holografıa que inicialmente seimpone con mas fuerza es su capacidad de reproducirimagenes tridimensionales de gran realismo a veces tanautentico como el de los objetos realmente existentes[67] Este efecto es sin duda especialmente sorprendenteen aquellos hologramas en los que la imagen reconstru-ida ldquoflotardquo en el aire saliendose de la placa holograficasin que seamos capaces asir con nuestras manos los ob-jetos que aparentemente estan ahı ante nuestros ojos[67] (Fig 19) Es evidente por tanto que la holografıaposee un innegable interes como una de las tecnicas masrevolucionarias de creacion de imagenes tridimension-ales y su capacidad de atraccion-fascinacion es enorme[2 68]

1602-13

Figura 19 - Fotografıa del holograma de reflexion de una camarafotografica antigua (Deutsches Museum Munich Alemania) Fo-tografıa de A Belendez

Frente al espacio estatico y constante de la pin-tura o la fotografıa el espacio holografico implica elmovimiento del espectador y una variacion de la imagenen tanto en cuanto se producen angulos de vision distin-tos en la percepcion dinamica de la imagen holografica[2 68] Lejos de ser una ventana fija abierta a un es-pacio fijo el holograma actua en este caso como unaventana con memoria [13 68] En la Fig 20 se mues-tran tres fotografıas de una misma placa holografica enel que hay multiplexados tres hologramas que puedenobservarse mirando desde la izquierda el frente y laderecha de la placa

Ha habido ademas un gran numero de artistas quehan explorado las posibles interacciones de la holografıacon otros medios como la pintura la escultura la fo-tografıa etc [67] y tambien goza cada vez mas de fa-vor la integracion de la holografıa en entornos arqui-tectonicos [69] tendencia que se ve favorecida por lamejora de la tecnica en la obtencion de hologramas degran formato como por ejemplo los hologramas de luzblanca del hall de la Universidad de Bremen Alemaniautilizados para la distribucion de la luz del Sol [70]

Tambien es posible realizar retratos holograficos yel primero de ellos fue realizado en Michigan la noche deHalloween de 1967 y fue un autorretrato de LawrenceSiebert [71] Utilizando laseres pulsantes es posible re-alizar retratos holograficos pues la alteracion de la es-cena a registrar es practicamente nula durante el tiempode duracion del pulso Un retrato holografico historicoes el holograma de transmision de Gabor [72] realizadoen 1971 con motivo de la concesion del Premio Nobel(Fig 21)

Figura 20 - Tres fotografıas de la misma placa holografica enla que hay multiplexados tres hologramas de reflexion obser-vando desde (a) la izquierda (b) el frente y (c) la derecha de laplaca (Deutsches Museum Munich Alemania) Fotografıas deA Belendez

1602-14 Belendez

Figura 21 - Dennis Gabor junto con su retrato holografico real-izado en 1971 por R Rhinehart de la McDonell Douglas Elec-tronics Corporation (The MIT Museum ndash Holography Collectionfrom the Museum of Holography)

La holografıa tambien se utiliza en los museos parasustituir algunos de sus objetos delicados y valiosospor hologramas de los mismos Este es por ejemploel caso del Hombre de Lindow una momia de masde 2300 anos de antiguedad encontrada en CheshireInglaterra en 1984 El original se encuentra en unacamara del Museo Britanico en Londres con temper-atura y humedad controladas mientras que se hizo unholograma de la momia tanto para exponerlo al publicocomo para que distintos investigadores pudieran estudi-arla La realizacion de hologramas de piezas valiosas hahecho posible que estas puedan observarse en lugaresdistintos de los que realmente se encuentran Holo-gramas del tipo Denisyuk se utilizaron en la antiguaUnion Sovietica y en otros paıses para la conservacionde obras de arte consideradas tesoros arqueologicosa traves de un vasto programa de colaboracion entrefısicos y museologos De hecho en muchas ocasionesse hace uso de la tecnica de Denisyuk para sustituirlos objetos originales por hologramas en exposicionesitinerantes Por ejemplo el Museo de Holografıa deParıs dispone de colecciones con una riqueza y diver-sidad unicas contiene hologramas gigantes algunos deellos visibles con luz blanca y otros con luz del laserjunto con una importante coleccion de representacionesholograficas de obras que se encuentran expuestas en elMuseo del Hermitage de San Petersburgo y en el MuseoHistorico de Kiev [2] Entre las piezas de que dispone seencuentra un holograma del sable de Napoleon y otrodel baston del mariscal Davout A mediados de losanos ochenta se realizaron una serie de hologramas dereflexion sobre el tesoro de Villena en la Universidad deAlicante Espana (Fig 22) [48]

Mediante la utilizacion de tres laseres con longitudesde onda en las zonas de los tres colores primarios [2 73]la tecnica de Denisyuk permite el registro y la recon-struccion de imagenes en color con una calidad impens-able La fidelidad en la reproduccion de formas coloresy brillos es tan espectacular que es difıcil decir si lo quese ve es el objeto mismo detras de una ventana de vidrio

o una reproduccion holografica

Figura 22 - (a) Fotografıas de hologramas de reflexion del Tesorode Villena y (b) detalle de uno de ellos (hologramas realizados porel Dr Jose Antonio Quintana Centro de Holografıa Universidadde Alicante 1984)

Para terminar senalar que la holografıa puede apli-carse utilizando una gran parte del espectro electro-magnetico desde imagenes con microondas y radarpasando por los infrarrojos el espectro visible y laradiacion ultravioleta hasta los rayos X Tambien sepueden utilizar haces de electrones o neutrones e in-cluso ondas sonoras Existen hologramas artısticos re-tratos holograficos hologramas en color y tambien seencuentran hologramas en las tiendas de regalos en li-bros en museos en tarjetas de felicitacion o en sellosde correos Los hologramas de seguridad son un grannegocio las tarjetas de credito generan cientos de mil-lones de hologramas al ano o quizas mas y algo parecidosucede con los billetes de banco hay hologramas en lasetiquetas de ciertos productos e incluso ya se han in-

1602-15

cluido hologramas en ropa deportiva para asegurar suautenticidad y distinguirla de las imitaciones La inter-ferometrıa holografica es una tecnica que se aplica enareas muy diversas los elementos opticos holograficosse emplean es sistemas opticos muy variados el almace-namiento holografico de informacion es ya una realidady la holografıa aparece tambien en investigaciones defısica fundamental como la teorıa de la relatividad o lafısica cuantica

Trascurridos sesenta anos desde su invencion y a pe-sar de sus erraticos inicios la holografıa ha demostradotener un gran pasado y un magnıfico presente perodesde luego lo innegable es que sigue teniendo un fu-turo prometedor [74]

Agradecimientos

Deseo expresar mi mas sincero agradecimiento al DrJuan Ramon Rivera Vicerrector de Relaciones Insti-tucionales de la Universidad de Alicante (UA) en elmomento de la lectura de la leccion inaugural y al Ser-vicio de Protocolo de la UA por el apoyo y colabo-racion prestados durante la preparacion de la leccionTambien quiero agradecer a la Dra Inmaculada Pas-cual Catedratica de Optica de la UA el haber leıdo ycorregido en mas de una ocasion el manuscrito originalası como sus sugerencias y comentarios que indudable-mente mejoraron el texto inicial de la leccion Final-mente agradezco al Dr Sean F Johnston de la Univer-sidad de Glasgow el haberme enviado copia de variosde sus artıculos relacionados con el origen y desarrollode la holografıa

Referencias

[1] E Downing Holographic images ndash The intersec-tion of art science and technology (Spectrum MIT1999) Disponıvel em httpwebmitedugiving

spectrumwinter99holographichtml

[2] M Quintanilla Revista de la Real Academia de Cien-cias de Zaragoza 60 57 (2005)

[3] G Saxby Practical Holography (Institute of PhysicsPublishing Bristol 2004)

[4] E Hecht Optica (Addison Wesley Madrid 1999)

[5] FWO da Silva Revista Brasileira de Ensino de Fisica29 149 (2007)

[6] A Belendez Revista Brasileira de Ensino de Fisica 302601 (2008)

[7] RP Crease El Prisma y el Pendulo Los Diez Exper-imentos mas Bellos de la Ciencia (Crıtica Barcelona2006) En 2002 Robert P Crease historiador de laciencia pregunto a los lectores de la revista PhysicsWorld donde escribe una columna cuales eran ensu opinion los experimentos mas bellos de la fısicaPara compilar la lista escogio los diez experimentoscitados con mas frecuencia Tras publicarse el resul-tado en Physics World (httpwwwphysicsworld

comcwsarticleprint9746) salto a las paginas deThe New York Times La belleza de estos experimen-tos radica quizas en que su denominador comun esla maxima simplicidad de medios para su realizacion yla gran capacidad de cambiar el planteamiento domi-nante que ofrecieron sus conclusiones El orden del re-sultado de la encuesta por numero de votos fue el sigu-iente interferencia de los electrones al pasar por unadoble rendija (Bohr De Broglie Heisenberg y otros)caıda libre de los cuerpos (Galileo) determinacion dela carga del electron (Millikan) descomposicion de laluz del Sol por un prisma (Newton) interferencia dela luz de la doble rendija (Young) medida de la con-stante de la gravitacion universal con una balanza detorsion (Cavendish) medida de la circunferencia de laTierra (Eratostenes) caıda de los cuerpos en planos in-clinados (Galileo) descubrimiento del nucleo atomico(Rutherford) y movimiento de la Tierra (el pendulo deFoucault) El experimento que quedo en el undecimolugar fue el principio de Arquımedes de la hidrostatica

[8] M Lozano De Arquımedes a Einstein Los DiezExperiementos mas Bellos de la Fısica (DebateBarcelona 2005)

[9] C Celestino y B Arsioli Revista Brasileira de Ensinode Fisica 30 1602 (2008)

[10] A Belendez I Pascual y A Fimia Revista Espanolade Fısica 5 40 (1991)

[11] A Belendez I Pascual y A Fimia Journal of the Op-tical Society of America A 9 1214 (1992)

[12] P Hariharan Basics of Holography (Cambridge Uni-versity Press Cambridge 2002)

[13] N Abramson The Making and Evaluation of Holo-grams (Academia Press Londres 1981) p 70

[14] EN Leith Proceedings of SPIE 5005 431 (2003)

[15] EN Leith Journal of Imaging Science and Technology41 201 (1997)

[16] SF Johnston Proceedings of SPIE 5005 455 (2003)

[17] TE Allibone Journal of Electronics and Control 4179 (1958)

[18] SF Johnston Historical Studies in the Physical andBiological Sciences 36 35 (2005)

[19] H Kragh Generaciones Cuanticas Una Historia de laFısica del Siglo XX (Ediciones Akal Madrid 2007)

[20] SF Johnston Holographic Visions A History of NewScience (Oxford University Press Oxford 2006)

[21] PG Tanner TE Allibone y F Eng Notes andRecords of the Royal Society of London 51 105 (1997)

[22] D Gabor Autobiography Disponıvel em httpwww

nobelprizeorg

[23] D Gabor Holography 1948-1971 Nobel Lecture 1971Disponıvel em httpwwwnobelprizeorg

[24] D Gabor Nature 161 777 (1948)

[25] P Greguss Proceedings of SPIE 4149 1 (2000)

[26] YN Denisyuk Leonardo 25 425 (1992)

[27] YN Denisyuk y V Gurikov History and Technology8 127 (1992)

[28] EN Leith en Trends in Optics editado por A Conser-tini (Academic Press Nueva York 1996) v 3 p 1-26

1602-13

Figura 19 - Fotografıa del holograma de reflexion de una camarafotografica antigua (Deutsches Museum Munich Alemania) Fo-tografıa de A Belendez

Frente al espacio estatico y constante de la pin-tura o la fotografıa el espacio holografico implica elmovimiento del espectador y una variacion de la imagenen tanto en cuanto se producen angulos de vision distin-tos en la percepcion dinamica de la imagen holografica[2 68] Lejos de ser una ventana fija abierta a un es-pacio fijo el holograma actua en este caso como unaventana con memoria [13 68] En la Fig 20 se mues-tran tres fotografıas de una misma placa holografica enel que hay multiplexados tres hologramas que puedenobservarse mirando desde la izquierda el frente y laderecha de la placa

Ha habido ademas un gran numero de artistas quehan explorado las posibles interacciones de la holografıacon otros medios como la pintura la escultura la fo-tografıa etc [67] y tambien goza cada vez mas de fa-vor la integracion de la holografıa en entornos arqui-tectonicos [69] tendencia que se ve favorecida por lamejora de la tecnica en la obtencion de hologramas degran formato como por ejemplo los hologramas de luzblanca del hall de la Universidad de Bremen Alemaniautilizados para la distribucion de la luz del Sol [70]

Tambien es posible realizar retratos holograficos yel primero de ellos fue realizado en Michigan la noche deHalloween de 1967 y fue un autorretrato de LawrenceSiebert [71] Utilizando laseres pulsantes es posible re-alizar retratos holograficos pues la alteracion de la es-cena a registrar es practicamente nula durante el tiempode duracion del pulso Un retrato holografico historicoes el holograma de transmision de Gabor [72] realizadoen 1971 con motivo de la concesion del Premio Nobel(Fig 21)

Figura 20 - Tres fotografıas de la misma placa holografica enla que hay multiplexados tres hologramas de reflexion obser-vando desde (a) la izquierda (b) el frente y (c) la derecha de laplaca (Deutsches Museum Munich Alemania) Fotografıas deA Belendez

1602-14 Belendez

Figura 21 - Dennis Gabor junto con su retrato holografico real-izado en 1971 por R Rhinehart de la McDonell Douglas Elec-tronics Corporation (The MIT Museum ndash Holography Collectionfrom the Museum of Holography)

La holografıa tambien se utiliza en los museos parasustituir algunos de sus objetos delicados y valiosospor hologramas de los mismos Este es por ejemploel caso del Hombre de Lindow una momia de masde 2300 anos de antiguedad encontrada en CheshireInglaterra en 1984 El original se encuentra en unacamara del Museo Britanico en Londres con temper-atura y humedad controladas mientras que se hizo unholograma de la momia tanto para exponerlo al publicocomo para que distintos investigadores pudieran estudi-arla La realizacion de hologramas de piezas valiosas hahecho posible que estas puedan observarse en lugaresdistintos de los que realmente se encuentran Holo-gramas del tipo Denisyuk se utilizaron en la antiguaUnion Sovietica y en otros paıses para la conservacionde obras de arte consideradas tesoros arqueologicosa traves de un vasto programa de colaboracion entrefısicos y museologos De hecho en muchas ocasionesse hace uso de la tecnica de Denisyuk para sustituirlos objetos originales por hologramas en exposicionesitinerantes Por ejemplo el Museo de Holografıa deParıs dispone de colecciones con una riqueza y diver-sidad unicas contiene hologramas gigantes algunos deellos visibles con luz blanca y otros con luz del laserjunto con una importante coleccion de representacionesholograficas de obras que se encuentran expuestas en elMuseo del Hermitage de San Petersburgo y en el MuseoHistorico de Kiev [2] Entre las piezas de que dispone seencuentra un holograma del sable de Napoleon y otrodel baston del mariscal Davout A mediados de losanos ochenta se realizaron una serie de hologramas dereflexion sobre el tesoro de Villena en la Universidad deAlicante Espana (Fig 22) [48]

Mediante la utilizacion de tres laseres con longitudesde onda en las zonas de los tres colores primarios [2 73]la tecnica de Denisyuk permite el registro y la recon-struccion de imagenes en color con una calidad impens-able La fidelidad en la reproduccion de formas coloresy brillos es tan espectacular que es difıcil decir si lo quese ve es el objeto mismo detras de una ventana de vidrio

o una reproduccion holografica

Figura 22 - (a) Fotografıas de hologramas de reflexion del Tesorode Villena y (b) detalle de uno de ellos (hologramas realizados porel Dr Jose Antonio Quintana Centro de Holografıa Universidadde Alicante 1984)

Para terminar senalar que la holografıa puede apli-carse utilizando una gran parte del espectro electro-magnetico desde imagenes con microondas y radarpasando por los infrarrojos el espectro visible y laradiacion ultravioleta hasta los rayos X Tambien sepueden utilizar haces de electrones o neutrones e in-cluso ondas sonoras Existen hologramas artısticos re-tratos holograficos hologramas en color y tambien seencuentran hologramas en las tiendas de regalos en li-bros en museos en tarjetas de felicitacion o en sellosde correos Los hologramas de seguridad son un grannegocio las tarjetas de credito generan cientos de mil-lones de hologramas al ano o quizas mas y algo parecidosucede con los billetes de banco hay hologramas en lasetiquetas de ciertos productos e incluso ya se han in-

1602-15

cluido hologramas en ropa deportiva para asegurar suautenticidad y distinguirla de las imitaciones La inter-ferometrıa holografica es una tecnica que se aplica enareas muy diversas los elementos opticos holograficosse emplean es sistemas opticos muy variados el almace-namiento holografico de informacion es ya una realidady la holografıa aparece tambien en investigaciones defısica fundamental como la teorıa de la relatividad o lafısica cuantica

Trascurridos sesenta anos desde su invencion y a pe-sar de sus erraticos inicios la holografıa ha demostradotener un gran pasado y un magnıfico presente perodesde luego lo innegable es que sigue teniendo un fu-turo prometedor [74]

Agradecimientos

Deseo expresar mi mas sincero agradecimiento al DrJuan Ramon Rivera Vicerrector de Relaciones Insti-tucionales de la Universidad de Alicante (UA) en elmomento de la lectura de la leccion inaugural y al Ser-vicio de Protocolo de la UA por el apoyo y colabo-racion prestados durante la preparacion de la leccionTambien quiero agradecer a la Dra Inmaculada Pas-cual Catedratica de Optica de la UA el haber leıdo ycorregido en mas de una ocasion el manuscrito originalası como sus sugerencias y comentarios que indudable-mente mejoraron el texto inicial de la leccion Final-mente agradezco al Dr Sean F Johnston de la Univer-sidad de Glasgow el haberme enviado copia de variosde sus artıculos relacionados con el origen y desarrollode la holografıa

Referencias

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[6] A Belendez Revista Brasileira de Ensino de Fisica 302601 (2008)

[7] RP Crease El Prisma y el Pendulo Los Diez Exper-imentos mas Bellos de la Ciencia (Crıtica Barcelona2006) En 2002 Robert P Crease historiador de laciencia pregunto a los lectores de la revista PhysicsWorld donde escribe una columna cuales eran ensu opinion los experimentos mas bellos de la fısicaPara compilar la lista escogio los diez experimentoscitados con mas frecuencia Tras publicarse el resul-tado en Physics World (httpwwwphysicsworld

comcwsarticleprint9746) salto a las paginas deThe New York Times La belleza de estos experimen-tos radica quizas en que su denominador comun esla maxima simplicidad de medios para su realizacion yla gran capacidad de cambiar el planteamiento domi-nante que ofrecieron sus conclusiones El orden del re-sultado de la encuesta por numero de votos fue el sigu-iente interferencia de los electrones al pasar por unadoble rendija (Bohr De Broglie Heisenberg y otros)caıda libre de los cuerpos (Galileo) determinacion dela carga del electron (Millikan) descomposicion de laluz del Sol por un prisma (Newton) interferencia dela luz de la doble rendija (Young) medida de la con-stante de la gravitacion universal con una balanza detorsion (Cavendish) medida de la circunferencia de laTierra (Eratostenes) caıda de los cuerpos en planos in-clinados (Galileo) descubrimiento del nucleo atomico(Rutherford) y movimiento de la Tierra (el pendulo deFoucault) El experimento que quedo en el undecimolugar fue el principio de Arquımedes de la hidrostatica

[8] M Lozano De Arquımedes a Einstein Los DiezExperiementos mas Bellos de la Fısica (DebateBarcelona 2005)

[9] C Celestino y B Arsioli Revista Brasileira de Ensinode Fisica 30 1602 (2008)

[10] A Belendez I Pascual y A Fimia Revista Espanolade Fısica 5 40 (1991)

[11] A Belendez I Pascual y A Fimia Journal of the Op-tical Society of America A 9 1214 (1992)

[12] P Hariharan Basics of Holography (Cambridge Uni-versity Press Cambridge 2002)

[13] N Abramson The Making and Evaluation of Holo-grams (Academia Press Londres 1981) p 70

[14] EN Leith Proceedings of SPIE 5005 431 (2003)

[15] EN Leith Journal of Imaging Science and Technology41 201 (1997)

[16] SF Johnston Proceedings of SPIE 5005 455 (2003)

[17] TE Allibone Journal of Electronics and Control 4179 (1958)

[18] SF Johnston Historical Studies in the Physical andBiological Sciences 36 35 (2005)

[19] H Kragh Generaciones Cuanticas Una Historia de laFısica del Siglo XX (Ediciones Akal Madrid 2007)

[20] SF Johnston Holographic Visions A History of NewScience (Oxford University Press Oxford 2006)

[21] PG Tanner TE Allibone y F Eng Notes andRecords of the Royal Society of London 51 105 (1997)

[22] D Gabor Autobiography Disponıvel em httpwww

nobelprizeorg

[23] D Gabor Holography 1948-1971 Nobel Lecture 1971Disponıvel em httpwwwnobelprizeorg

[24] D Gabor Nature 161 777 (1948)

[25] P Greguss Proceedings of SPIE 4149 1 (2000)

[26] YN Denisyuk Leonardo 25 425 (1992)

[27] YN Denisyuk y V Gurikov History and Technology8 127 (1992)

[28] EN Leith en Trends in Optics editado por A Conser-tini (Academic Press Nueva York 1996) v 3 p 1-26

1602-14 Belendez

Figura 21 - Dennis Gabor junto con su retrato holografico real-izado en 1971 por R Rhinehart de la McDonell Douglas Elec-tronics Corporation (The MIT Museum ndash Holography Collectionfrom the Museum of Holography)

La holografıa tambien se utiliza en los museos parasustituir algunos de sus objetos delicados y valiosospor hologramas de los mismos Este es por ejemploel caso del Hombre de Lindow una momia de masde 2300 anos de antiguedad encontrada en CheshireInglaterra en 1984 El original se encuentra en unacamara del Museo Britanico en Londres con temper-atura y humedad controladas mientras que se hizo unholograma de la momia tanto para exponerlo al publicocomo para que distintos investigadores pudieran estudi-arla La realizacion de hologramas de piezas valiosas hahecho posible que estas puedan observarse en lugaresdistintos de los que realmente se encuentran Holo-gramas del tipo Denisyuk se utilizaron en la antiguaUnion Sovietica y en otros paıses para la conservacionde obras de arte consideradas tesoros arqueologicosa traves de un vasto programa de colaboracion entrefısicos y museologos De hecho en muchas ocasionesse hace uso de la tecnica de Denisyuk para sustituirlos objetos originales por hologramas en exposicionesitinerantes Por ejemplo el Museo de Holografıa deParıs dispone de colecciones con una riqueza y diver-sidad unicas contiene hologramas gigantes algunos deellos visibles con luz blanca y otros con luz del laserjunto con una importante coleccion de representacionesholograficas de obras que se encuentran expuestas en elMuseo del Hermitage de San Petersburgo y en el MuseoHistorico de Kiev [2] Entre las piezas de que dispone seencuentra un holograma del sable de Napoleon y otrodel baston del mariscal Davout A mediados de losanos ochenta se realizaron una serie de hologramas dereflexion sobre el tesoro de Villena en la Universidad deAlicante Espana (Fig 22) [48]

Mediante la utilizacion de tres laseres con longitudesde onda en las zonas de los tres colores primarios [2 73]la tecnica de Denisyuk permite el registro y la recon-struccion de imagenes en color con una calidad impens-able La fidelidad en la reproduccion de formas coloresy brillos es tan espectacular que es difıcil decir si lo quese ve es el objeto mismo detras de una ventana de vidrio

o una reproduccion holografica

Figura 22 - (a) Fotografıas de hologramas de reflexion del Tesorode Villena y (b) detalle de uno de ellos (hologramas realizados porel Dr Jose Antonio Quintana Centro de Holografıa Universidadde Alicante 1984)

Para terminar senalar que la holografıa puede apli-carse utilizando una gran parte del espectro electro-magnetico desde imagenes con microondas y radarpasando por los infrarrojos el espectro visible y laradiacion ultravioleta hasta los rayos X Tambien sepueden utilizar haces de electrones o neutrones e in-cluso ondas sonoras Existen hologramas artısticos re-tratos holograficos hologramas en color y tambien seencuentran hologramas en las tiendas de regalos en li-bros en museos en tarjetas de felicitacion o en sellosde correos Los hologramas de seguridad son un grannegocio las tarjetas de credito generan cientos de mil-lones de hologramas al ano o quizas mas y algo parecidosucede con los billetes de banco hay hologramas en lasetiquetas de ciertos productos e incluso ya se han in-

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cluido hologramas en ropa deportiva para asegurar suautenticidad y distinguirla de las imitaciones La inter-ferometrıa holografica es una tecnica que se aplica enareas muy diversas los elementos opticos holograficosse emplean es sistemas opticos muy variados el almace-namiento holografico de informacion es ya una realidady la holografıa aparece tambien en investigaciones defısica fundamental como la teorıa de la relatividad o lafısica cuantica

Trascurridos sesenta anos desde su invencion y a pe-sar de sus erraticos inicios la holografıa ha demostradotener un gran pasado y un magnıfico presente perodesde luego lo innegable es que sigue teniendo un fu-turo prometedor [74]

Agradecimientos

Deseo expresar mi mas sincero agradecimiento al DrJuan Ramon Rivera Vicerrector de Relaciones Insti-tucionales de la Universidad de Alicante (UA) en elmomento de la lectura de la leccion inaugural y al Ser-vicio de Protocolo de la UA por el apoyo y colabo-racion prestados durante la preparacion de la leccionTambien quiero agradecer a la Dra Inmaculada Pas-cual Catedratica de Optica de la UA el haber leıdo ycorregido en mas de una ocasion el manuscrito originalası como sus sugerencias y comentarios que indudable-mente mejoraron el texto inicial de la leccion Final-mente agradezco al Dr Sean F Johnston de la Univer-sidad de Glasgow el haberme enviado copia de variosde sus artıculos relacionados con el origen y desarrollode la holografıa

Referencias

[1] E Downing Holographic images ndash The intersec-tion of art science and technology (Spectrum MIT1999) Disponıvel em httpwebmitedugiving

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[7] RP Crease El Prisma y el Pendulo Los Diez Exper-imentos mas Bellos de la Ciencia (Crıtica Barcelona2006) En 2002 Robert P Crease historiador de laciencia pregunto a los lectores de la revista PhysicsWorld donde escribe una columna cuales eran ensu opinion los experimentos mas bellos de la fısicaPara compilar la lista escogio los diez experimentoscitados con mas frecuencia Tras publicarse el resul-tado en Physics World (httpwwwphysicsworld

comcwsarticleprint9746) salto a las paginas deThe New York Times La belleza de estos experimen-tos radica quizas en que su denominador comun esla maxima simplicidad de medios para su realizacion yla gran capacidad de cambiar el planteamiento domi-nante que ofrecieron sus conclusiones El orden del re-sultado de la encuesta por numero de votos fue el sigu-iente interferencia de los electrones al pasar por unadoble rendija (Bohr De Broglie Heisenberg y otros)caıda libre de los cuerpos (Galileo) determinacion dela carga del electron (Millikan) descomposicion de laluz del Sol por un prisma (Newton) interferencia dela luz de la doble rendija (Young) medida de la con-stante de la gravitacion universal con una balanza detorsion (Cavendish) medida de la circunferencia de laTierra (Eratostenes) caıda de los cuerpos en planos in-clinados (Galileo) descubrimiento del nucleo atomico(Rutherford) y movimiento de la Tierra (el pendulo deFoucault) El experimento que quedo en el undecimolugar fue el principio de Arquımedes de la hidrostatica

[8] M Lozano De Arquımedes a Einstein Los DiezExperiementos mas Bellos de la Fısica (DebateBarcelona 2005)

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cluido hologramas en ropa deportiva para asegurar suautenticidad y distinguirla de las imitaciones La inter-ferometrıa holografica es una tecnica que se aplica enareas muy diversas los elementos opticos holograficosse emplean es sistemas opticos muy variados el almace-namiento holografico de informacion es ya una realidady la holografıa aparece tambien en investigaciones defısica fundamental como la teorıa de la relatividad o lafısica cuantica

Trascurridos sesenta anos desde su invencion y a pe-sar de sus erraticos inicios la holografıa ha demostradotener un gran pasado y un magnıfico presente perodesde luego lo innegable es que sigue teniendo un fu-turo prometedor [74]

Agradecimientos

Deseo expresar mi mas sincero agradecimiento al DrJuan Ramon Rivera Vicerrector de Relaciones Insti-tucionales de la Universidad de Alicante (UA) en elmomento de la lectura de la leccion inaugural y al Ser-vicio de Protocolo de la UA por el apoyo y colabo-racion prestados durante la preparacion de la leccionTambien quiero agradecer a la Dra Inmaculada Pas-cual Catedratica de Optica de la UA el haber leıdo ycorregido en mas de una ocasion el manuscrito originalası como sus sugerencias y comentarios que indudable-mente mejoraron el texto inicial de la leccion Final-mente agradezco al Dr Sean F Johnston de la Univer-sidad de Glasgow el haberme enviado copia de variosde sus artıculos relacionados con el origen y desarrollode la holografıa

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comcwsarticleprint9746) salto a las paginas deThe New York Times La belleza de estos experimen-tos radica quizas en que su denominador comun esla maxima simplicidad de medios para su realizacion yla gran capacidad de cambiar el planteamiento domi-nante que ofrecieron sus conclusiones El orden del re-sultado de la encuesta por numero de votos fue el sigu-iente interferencia de los electrones al pasar por unadoble rendija (Bohr De Broglie Heisenberg y otros)caıda libre de los cuerpos (Galileo) determinacion dela carga del electron (Millikan) descomposicion de laluz del Sol por un prisma (Newton) interferencia dela luz de la doble rendija (Young) medida de la con-stante de la gravitacion universal con una balanza detorsion (Cavendish) medida de la circunferencia de laTierra (Eratostenes) caıda de los cuerpos en planos in-clinados (Galileo) descubrimiento del nucleo atomico(Rutherford) y movimiento de la Tierra (el pendulo deFoucault) El experimento que quedo en el undecimolugar fue el principio de Arquımedes de la hidrostatica

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