Tutti noi ne abbiamo sentito parlare o visto in qualche film fantascientifico, ma cosa sono e soprattutto come si creano

1. Tutti noi ne abbiamo sentito parlare o visto in qualche film fantascientifico, ma cosa sono e soprattutto come si creano gli ologrammi??

2. L`idea dell` olografia (questo è il nome della scienza che si occupa degli ologrammi) venne ideata per la prima volta da Gabor nel 1948, ma successivamente ripresa e tuttora in via di sviluppo, passo passo con l` evoluzione del laser.

3. Spiegheremo il concetto tramite un esempio. Si consideri un`onda piana monocromatica (ovvero un` onda avente una determinata lunghezza d` onda λ) che si propaga lungo l`asse x ed incide su una lastra fotografica. Su quest` ultima si nota un annerimento che dipende localmente dall` intensità che ha colpito la lastra durante il tempo d` esposizione e che per l`onda piana è uniforme. Si supponga che in un punto P venga posto, a distanza xo dalla lastra, una piccola sferetta, la quale diffonde la luce incidente dando origine ad un` onda sferica coerente con l` onda primaria e di conseguenza capace di interferire con questa. In un altro punto Q della lastra L distante r da P e z dall` asse x si osserva pertanto l` interferenza tra l`onda primaria Erif, detta onda di riferimento e l` onda sferica Eogg proveniente da P, che chiamiamo onda oggetto: z Q z r x0 P x L

4. La differenza di fase tra le onde nel punto Q è: Dove si è usata l` approssimazione, valida se z << X0 L` intensità della luce nel punto Q, ovvero nei punti di una circoferenza di raggio r, è proporzionale a:

5. La lastra fotografica registra la figura di interferenza in forma di anelli alternativamente chiari e scuri che compaiono su di essa dopo lo sviluppo: le zone scure corrispondono ai massimi di interferenza, le zone chiare a minimi. I raggi z sono: P

6. Si osserva che nella figura di interferenza sono registrate sia le informazioni sull` ampiezza (date dal grado di annerimento della lastra), sia quelle sulla fase (contenuta nella coordinata z), legata a δ. A questa figura di interferenza si dà proprio il nome di ologramma dell` oggetto puntiforme P. Immagine virtuale Immagine reale P P’ Supponiamo ora di illuminare la lastra con la stessa luce con cui l` abbiamo prodotta. La struttura degli anelli chiari e scuri che costituiscono l` ologramma è quella tipica di un reticolo zonato di Soret ( lastra di vetro costruita con una serie di corone circolari opache per aumentare l` intensità in un dato punto). Le onde diffratte dalle aperture anulari vengono focalizzate in un punto P` distante X0 dalla lastra, simmetrico del punto P. Si dice che P` è l` immagine realedell` oggetto puntiforme P. Dalla figura si possono notare anche i raggi diffratti,allo stesso angolo di quelli convergenti in P`, che sembrano provenire dalla posizione in cui era stato posto l` oggetto P e per questa ragione si dice che l` ologramma fornisce anche un`immagine virtuale.

7. ologramma occhio Immagine virtuale Immagine reale In effetti i raggi che sembrano provenire da P soddisfano alle stesse condizioni di coerenza valide per i raggi che convergono in P` e portati ad interferire sulla retina danno anch`essi un massimo. L` ologramma se osservato ad occhio nudo o con un microspio si presenta di difficile comprensione. Al contrario se, dopo esser stata sviluppata, la lastra viene illuminata dal retro con luce coerente uguale a quella usata in fase di impressionamento, l'onda riflessa dall'oggetto viene ricostruita per diffrazione e l‘ osservatore, attraverso la lastra, può quindi vedere un'immagine virtuale dell'oggetto del tutto simile all'originale, percependone la tridimensionalità e, spostando lo sguardo, la modificazione del punto di vista prospettico con cui l'oggetto viene visto (parallasse).

8. specchio A C lastra B Al metodo applicato prima si possono porre alcune modifiche durante la fase di impressionamento della lastra o pellicola. Una di queste può essere l` introduzione, nel tragitto della luce incidente, di uno specchio semiriflettente, il quale dà origine al fascio trasmesso di riferimento e al fascio riflesso che colpisce l` oggetto di cui si intende fare l` ologramma. La luce diffusa da ciascun punto dell` oggetto si sovrappone sulla pellicola fotografica all`onda di riferimento formando l` ologramma relativo. Il risultato finale è lo stesso del procedimento descritto prima, differenziandosi solamente dall` essere, la sua figura di interferenza, un pò più complicata analiticamente.

9. L'olografia che, come abbiamo visto, consiste essenzialmente nella registrazione di figure di interferenza, ha delle applicazioni molto importanti nel campo dell'interferometria, della quale ha notevolmente ampliato i tradizionali campi di indagine. Le tecniche di interferometria olografica sono sostanzialmente tre: 1) l'interferometria in tempo reale; 2) a intervallo di tempo; 3) in media temporale.

10. Interferometria in tempo reale Nell'interferometria in tempo reale, l'ologramma di un oggetto e l'oggetto stesso vengono posti nelle stesse posizioni che occupavano durante la fase di impressionamento e quindi illuminati, come in precedenza, dal fascio oggetto e da quello di riferimento. In questo modo, il fronte d'onda riflesso dall'oggetto e quello diffratto dall'ologramma si sovrappongono e, trattandosi di onde coerenti, potranno interferire. Se, nel tempo intercorso tra la registrazione dell'ologramma e la ricostruzione dello stesso, l'oggetto ha subito qualche deformazione talmente piccola da essere invisibile ad occhio nudo, la distribuzione di fase della luce che da esso proviene avrà a sua volta subito delle variazioni e, interferendo con il fronte d'onda diffratto dall'ologramma, darà luogo a frange di interferenza chiare e scure le quali forniranno informazioni relative ai punti in cui l'oggetto ha subito deformazioni.

11. Interferometria a intervallo di tempo L'olografia a intervallo di tempo o a doppia esposizione consiste essenzialmente nell'impressionare due volte la stessa lastra (con un tempo di esposizione totale pari a quello necessario per la riuscita di un buon ologramma), registrando, nella prima fase dell'esposizione, un oggetto prima che esso subisca una deformazione e, nella seconda fase, lo stesso a deformazione avvenuta. L'ologramma così ottenuto contiene tutte le informazioni riguardanti l'oggetto prima e dopo la deformazione. Quando l'ologramma, dopo essere stato sviluppato, viene illuminato con il solo fascio di riferimento vengono simultaneamente ricostruiti i fronti d'onda relativi ai due stati dell'oggetto, dalla cui interferenza è possibile rilevare le informazioni riguardanti le deformazioni subite dall'oggetto nell'intervallo di tempo intercorso tra la prima e la seconda esposizione.

12. Interferometria in media temporale Il terzo tipo di olografia interferometrica, la cosiddetta interferometria in media temporale, viene usato soprattutto nei casi in cui su vuole studiare il comportamento di oggetti o superfici sottoposti a rapide vibrazioni. Consideriamo, ad esempio, la superficie di un tamburo. Se si fa un ologramma dell'oggetto in vibrazione usando un tempo di esposizione lungo rispetto al periodo di oscillazione delle parti che lo compongono, si ottiene una registrazione che mette in evidenza gli estremi di oscillazione del moto: in queste posizioni verrà infatti registrata una maggior densità di fronti d'onda. Analizzando le figure di interferenza così ottenute, si ricavano informazioni relative all` ampiezza delle vibrazioni dell` oggetto in movimento. Questa tecnica viene usata, per esempio, per conoscere i modi in cui vibra un altoparlante o per controllare e migliorare il suono prodotto dalla vibrazione delle corde di una chitarra.

13. Applicazioni L'olografia resta, per il momento, una tecnica sperimentale il cui progresso è prima di tutto in funzione di quello del laser (benché sia possibile realizzare degli ologrammi a partire da qualsiasi sorgente di onde coerenti e in fase, ad esempio degli ultrasuoni). Pur essendo un` applicazione in continua evoluzione, i suoi effetti sono già visibili nella realtà che ci circonda e in vista del futuro proseguono attivamente le ricerche nell` impiego all'informatica, alla televisione, al campo industriale, alla medicina.

14. Fine