Olografia

Olografia Metodo che consente di ottenere immagini fotografiche tridimensionali, chiamate ologrammi (dal greco holos, 'intero'; gramma, 'messaggio').

I principi teorici dell'olografia furono sviluppati nel 1947 dal fisico Dennis Gabor, ma i primi ologrammi vennero realizzati solo all'inizio degli anni Sessanta, con l'avvento del laser. Verso la fine degli anni Ottanta si iniziò a produrre olografie a colori, nonché ologrammi che coprono tutto lo spettro delle radiazioni elettromagnetiche, dalle microonde ai raggi X, ma anche ologrammi a ultrasuoni.

Un ologramma differisce da una comune fotografia in quanto registra non solo la distribuzione d'intensità della luce riflessa, ma anche la distribuzione di fase. In altre parole, la pellicola distingue le onde che raggiungono una superficie fotosensibile in corrispondenza della elongazione massima, ovvero della massima ampiezza possibile dell'onda, da quelle che la raggiungono all'ampiezza minima. Questa capacità di distinguere onde con fasi differenti si ottiene provocando l'interferenza tra un fascio detto 'di riferimento' e le onde riflesse o diffuse dall'oggetto.

Per ottenere un ologramma, infatti, un fascio di luce monocromatica emesso da un laser viene sdoppiato in due fasci coerenti. Uno dei due fasci viene inviato sull'oggetto, la cui sagoma determina la forma dei fronti d'onda, ovvero la fase in cui la luce riflessa colpisce i punti della lastra fotografica. Simultaneamente, l'altro fascio laser viene riflesso da uno specchio e diretto verso la lastra; questo fascio è chiamato di riferimento. I fronti d'onda di quest'ultimo, non avendo interagito con l'oggetto, rimangono paralleli alla direzione in cui sono stati emessi e producono, una volta ricongiunti con i fronti d'onda della luce riflessa dall'oggetto, una caratteristica figura di interferenza. Se l'oggetto è un punto, ad esempio, i fronti d'onda del fascio riflesso saranno sferici; le frange di interferenza ottenute sulla pellicola saranno quindi cerchi concentrici separati da spazi che diminuiscono progressivamente all'aumentare del raggio.

La frangia di interferenza prodotta da un oggetto più complicato sarà naturalmente molto più complessa: a prima vista l'ologramma risultante sembrerà solo un intreccio di strutture chiare e scure senza nessuna relazione apparente con la forma originale. Quando l'ologramma viene illuminato con un fascio di luce monocromatica, però, l'oggetto originale diventa visibile sotto le diverse angolature. L'effetto tridimensionale si ottiene perché l'ologramma ricostruisce i fronti d'onda prodotti dall'oggetto in ciascuna delle tre coordinate spaziali.

Come questo accada si può comprendere usando di nuovo l'esempio dell'ologramma del punto. La luce monocromatica che giunge sui cerchi concentrici dell'ologramma viene diffratta da un reticolo di diffrazione. L'angolo di diffrazione del fascio aumenta con la distanza dal centro degli anelli concentrici, ricostruendo così i fronti d'onda sferici, per cui chi guarda l'ologramma vede il punto nella stessa posizione relativa nella quale si trovava originariamente il punto reale. I fronti d'onda di oggetti più complicati vengono ricostruiti secondo il medesimo procedimento. La distribuzione dell'intensità della luce riflessa è registrata dal grado di annerimento delle frange di interferenza sulla pellicola.

L'olografia trova applicazione in microscopia ottica, specialmente per lo studio degli organismi viventi, ma anche e soprattutto nell'interferometria. Se due ologrammi dello stesso oggetto vengono registrati sulla medesima lastra, le due immagini olografiche daranno luogo a fenomeni di interferenza analizzabili per mezzo di un interferometro. Se l'oggetto ha subito una deformazione tra le due registrazioni, risulteranno differenze di fase in alcune parti delle due immagini, per cui si otterrà una frangia di interferenza che mostra chiaramente la deformazione. Rivelando differenze fra fronti d'onda, le quali tipicamente misurano una frazione della lunghezza d'onda utilizzata, questo procedimento riesce a mettere in evidenza difetti o deformazioni che hanno dimensioni anche piccolissime, confrontabili appunto con una frazione della lunghezza d'onda della luce laser utilizzata. È perciò un metodo molto usato per gli studi dei materiali.

Un'altra importante applicazione dell'olografia è la memorizzazione di dati digitali, che possono essere registrati come macchie chiare e scure in immagini olografiche. Un ologramma può contenere un grande numero di 'pagine' che vengono registrate ad angoli diversi rispetto alla lastra, permettendo così la memorizzazione di enormi quantità di dati. Illuminando l'ologramma con un fascio laser ad angoli diversi, le pagine possono essere lette una per una.