Ologrammi

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L'olografia, ideata nel 1947 e sviluppata negli anni '60, è stata una delle più importanti scoperte dei tempi moderni, tanto che il suo scopritore Denis Gabor ha ricevuto il Premio Nobel per la Fisica nel 1971.

L'olografia è un metodo che consente di registrare immagini fotografiche tridimensionali. Quando l'ologramma viene illuminato con un fascio di luce monocromatica il soggetto diventa visibile:  l'immagine ha profondità, e l'osservatore può anche girarvi attorno, per guardarla da dietro!

Qui vediamo un ologramma 'fatto in casa' (tratto dal sito www.holocom.com) riproducente un corallo: la lastra con l'ologramma è ripresa da due punti di vista diversi.  Come si vede, l'immagine è tridimensionale, anche se non è possibile mostrare qui l'ologramma come appare in realtà.

Gli ologrammi - cioè le immagini tridimensionali prodotte con l'olografia - sono presenti in molte moderne tecnologie:  per le loro qualità divengono ogni giorno più importanti.  Non tutti sanno come si ottengono gli ologrammi, perciò ne illustreremo qui i punti principali, aiutandoci con qualche disegno.  I più esperti sono pregati di non scandalizzarsi per le necessarie grandi semplificazioni e imprecisioni. 

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Gli ologrammi si fanno con la luce laser.  Già, ma... cos'è la luce laser, e che differenza c'è con la luce normale? 

luce normale e luce laser

1 La luce "normale" - del Sole o di una lampadina - è in realtà un miscuglio di molte frequenze, o se si preferisce, di molti colori. Ce ne accorgiamo quando un raggio di tale luce attraversa un prisma, oppure nell'arcobaleno: la luce bianca si scompone nei colori che la compongono.

2 La luce "normale" - del Sole o di una lampadina - crea fasci divergenti dalla sorgente. Il fascio di luce proiettato da una torcia si allarga con l'aumentare della distanza. E anche con il miglior proiettore del mondo, o con sofisticati giochi di lenti, non si può evitare che il raggio si allarghi sempre più.

3 La luce "normale" - del Sole o di una lampadina - è quindi costituita da onde di frequenza diversa (non monocromatica), che non sono in fase tra loro, e perciò ogni onda si comporta diversamente da tutte le altre.

4 Nella luce di un laser, invece, i fronti d'onda sono in fase tra di loro, e la luce emessa ha un'unica frequenza. Per queste ragioni la luce prodotta è di un solo colore puro, non si disperde con l'aumentare della distanza dalla sorgente, e viaggia in una unica direzione. Si dice che tale luce è monocromatica e coerente.

puntatore laser tascabile

 

I laser, un tempo confinati nei laboratori e nelle industrie, sono ormai diffusi ovunque: li troviamo negli studi medici, in molti strumenti di misurazione, nei nostri apparecchi lettori e scrittori di compact disc, nei sistemi di sicurezza e negli antifurti, nei lettori ottici per le merci, e in mille altri posti... e forse ne abbiamo uno tascabile attaccato al portachiavi! Qui però non stiamo parlando del laser, ma dell'olografia e degli ologrammi, possibili grazie ad esso.

Ebbene, proprio le caratteristiche della luce laser hanno permesso di realizzare un sistema di fotografia straordinario, detto olografia. Il vero procedimento olografico produce su una lastra fotografica un ologramma. Questo consiste in una immagine che - a seconda della tecnica usata - può apparire inquadrata nella apparente profondità di una lastra fotografica, oppure del tutto sospesa a mezz'aria.

Nel primo caso la luce, non necessariamente laser, illumina la lastra con l'ologramma e l'immagine tridimensionale appare nella lastra stessa, o meglio, nello spazio virtuale retrostante, come nell'immagine all'inizio di questa pagina.

Nella seconda modalità, cara alla fantascienza e senz'altro altamente spettacolare, un fascio di luce, stavolta necessariamente laser, attraversa il supporto con l'ologramma, generando a mezz'aria la riproduzione del soggetto:  vi si può girare attorno per osservarlo da tutte le direzioni. Questo è il vero ologramma integrale. Con alcuni metodi assai complessi esso può anche essere a colori, e perfino in movimento!

La fantascienza ci ha mostrato più volte gli ologrammi, particolarmente nella saga televisiva e cinematografica di Star Trek, ed anche in molti videogiochi:  Vi si vedono immagini dei protagonisti apparentemente reali, proiettate come mezzo di comunicazione, oppure per sviare i nemici.  In altri casi gli ologrammi rappresentano mappe tridimensionali delle astronavi, ruotabili e ingrandibili a piacere...  Tutto questo ora non è più fantasia, e si può fare davvero, anche se non proprio così facilmente.  Inutile dire che i militari - quelli veri! - sono attentissimi a questi sviluppi, e probabilmente esistono già sistemi sofisticati che sfruttano gli ologrammi per ingannare il nemico.

Ma torniamo all'aspetto tecnico: l'olografia ha almeno altre due caratteristiche, che qui ci interessa evidenziare, e che la rendono un modo di registrazione e rappresentazione davvero molto speciale.

• Nella prima, diciamo che sulla stessa lastra già impressionata, possiamo "fotografare" moltissime altre immagini diverse che non interferiscono minimamente fra loro, semplicemente cambiando l'angolo di incidenza del laser sulla lastra: osservandola successivamente ci appariranno le diverse immagini separate, solo variando l'angolo di illuminazione col laser.
• Per la seconda caratteristica, possiamo rompere la lastra con l'ologramma ed illuminarne un frammento col laser: da ogni pezzo, contrariamente a quanto ci si potrebbe aspettare, verranno fuori immagini intere dei soggetti ripresi, solo più piccole e un po' meno dettagliate, a seconda della grandezza dei frammenti.

Vediamo qui sotto tre disegni che illustrano - molto schematicamente - i concetti espressi. 

fare e vedere ologrammi

1 Qui sopra vediamo come si realizza l'ologramma. Un fascio di luce laser viene sdoppiato: una parte è inviata direttamente sulla lastra, mentre l'altra parte del fascio è diffusa dall'oggetto, prima di cadere sulla lastra. Nel percorrere tragitti diversi, le due componenti del fascio si sfasano l'una rispetto all'altra e, ricongiungendosi, producono una figura di interferenza che viene registrata sulla pellicola sotto forma di ologramma. Ad occhio nudo sulla lastra non è visibile alcuna immagine, solo una retinatura di linee sottilissime e iridescenti.

2 ...qui sopra, per riprodurre l'ologramma lo osserviamo con la luce laser, proiettandone un fascio sulla lastra. Apparentemente a mezz'aria l'osservatore vede formarsi l'immagine tridimensionale, attorno alla quale si può anche girare per osservarla da tutti i punti di vista, proprio come se fosse un oggetto reale.

3 Su una stessa lastra possono essere registrati moltissimi diversi ologrammi, semplicemente variando l'angolo di incidenza del laser, e allo stesso modo essi possono essere letti separatamente.

4 ...infine qua sopra vediamo che l'informazione registrata (in questo caso l'immagine della mela) è distribuita su tutta la lastra. Infatti da ogni sua più piccola parte è possibile riavere l'informazione originale, anche se in tal caso si verifica una certa perdita d'informazione, inversamente proporzionale alla grandezza della parte letta.

E adesso riassumiamo i tre concetti che ci interessano:

proprietà dell'ologramma
1   un ologramma può registrare una informazione tridimensionale;
	2   un ologramma può registrare molte diverse informazioni nello stesso spazio senza che queste interferiscano fra loro;
3   un ologramma registra l'informazione su tutto il supporto, ed essa è quindi presente - e accessibile - in ogni suo punto.

Da queste tre caratteristiche possiamo intuire quanto gli ologrammi possano essere preziosi come mezzi per registrare grandissime quantità di dati o per grandi immagini anche in movimento. Si cerca di trovare mezzi pratici e poco costosi per farlo.

È in via di sviluppo un sistema olografico per le memorie di massa dei computers, che sfrutta come "lastra sensibile" una sorta di rotolo di nastro adesivo!  Questo sistema ha il vantaggio di una grandissima superficie sensibile (quella del nastro srotolato) e quindi enorme capacità, ad un costo molto inferiore a quello di un attuale hard-disk.  Inoltre - e questo è importantissimo nell'archiviazione dati - un danneggiamento parziale del supporto non pregiudica la leggibilità dell'informazione registrata.  Questa tecnologia sarà probabilmente sfruttabile commercialmente già entro qualche anno.

Il "top" della capacità di registrazione di un ologramma si può avere sfruttando le caratteristiche dei cristalli, perchè la purezza e l'estremo ordine nel loro reticolo atomico permettono capacità teoriche di memorizzazione assolutamente straordinarie. Il concetto è che un fascio laser opportunamente guidato e focalizzato entro un cristallo di una sostanza trasparente e fotosensibile, può farne una precisissima scansione tridimensionale, e può quindi scrivervi e leggervi informazioni. La sostanza cristallina più adatta trovata sinora è il niobato di litio (LiNbO₃). Questa tecnologia ha dei "numeri" incredibili: la densità di informazione teorica raggiungibile va oltre i diecimila gigabyte per centimetro cubo (10¹² bytes), e poichè l'unica parte in movimento è un fascio di luce, le operazioni di lettura/scrittura avvengono ad estrema velocità, con tempi di accesso casuale dell'ordine di 10 microsecondi (mille volte più veloci degli hard-disk)... Anche in questo si fanno grandi progressi - l'IBM ci sta lavorando sodo - e si stanno risolvendo i vari problemi. Questa tecnologia dovrebbe iniziare ad essere disponibile commercialmente entro soli 5 anni circa.

Si pensi poi alle possibili applicazioni dell'olografia come sistema di ripresa televisiva e videoregistrazione avanzata, magari al posto delle attuali cassette VHS, e poi il sistema di riproduzione: la TV tridimensionale! Ci sono molti studi ed esperimenti in proposito, e molto è stato fatto, ma c'è ancora da fare altrettanto per far sì che gli apparati escano dai laboratori ed entrino nelle nostre case. Si debbono fare i conti con diversi problemi, alcuni strettamente tecnologici ed altri piuttosto pratici: fra questi ultimi, ci sono i rischi connessi con l'illuminazione delle scene da riprendere, da parte di laser piuttosto potenti (necessari per le grandi immagini) e con il loro altissimo costo. Comunque si pensa che anche la TV-3D sia relativamente vicina, diciamo per cautela 10-20 anni.

Anche il mondo artistico è naturalmente molto interessato alle possibilità espressive dell'olografia, in particolare a quella su lastre. L'apparenza di una di queste opere è quella di una foto o di un quadro, ma poi ci si accorge che il soggetto si può guardare lateralmente (ma non addirittura dietro), quindi l'effetto è spettacolare! Inoltre è anche possibile osservare le immagini con luce normale. Molti artisti si sono specializzati in ologrammi.

(visita i siti nei links)

un hobbista col suo laser

foto di Ferruccio F.

Il mondo degli ologrammi e dei laser è davvero affascinante, e conta molti appassionati.  Come abbiamo visto più su, oltre ai laser professionali ora esistono i piccolissimi ed economicissimi puntatori laser (da 5 Euro in poi), con i quali è possibile realizzare e poi proiettare ologrammi "fatti in casa", e anche condurre svariati esperimenti, senza grandi spese.  Se il lettore fosse interessato, troverà fra i link (anche in italiano) le descrizioni delle tecniche, e inoltre una mailing list di appassionati coi quali scambiare esperienze e chiedere consiglio.

Ed ecco una "chicca" per chi vuol proprio capire tutto, o anche solo divertirsi.  Abbiamo visto che in un ologramma il laser incide una figura di interferenza sulla lastra, che appare composta da tantissime linee parallele... ...ma servono proprio laser e lastra per inciderle?  Ebbene, se il dubbio vi assale, non perdetevi su questo stesso sito la stupefacente e semplicissima tecnica per realizzare veri ologrammi "a mano", senza pellicola né laser! (anche nei link)

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compact disc

Sono tutti ologrammi, quelli che ..."brillano"?  No.

Quei disegni iridescenti ad immagini multiple comunemente detti ologrammi che sempre più spesso possiamo trovare sui sigilli di garanzia di molte merci, sulle etichette e sul dorso di molti CD, o anche sulle smart-card, sulle medagliette, su cartoline,

medaglietta

ecc., non sono in realtà quasi mai dei veri e propri ologrammi, bensì immagini ottenute con tecniche di incisione laser.

Queste tecniche permettono di incidere

sigillo olografico

solchi molto ravvicinati tra loro e con inclinazioni diverse, e in tal modo si possono sovrapporre due immagini iridescenti che saranno alternativamente visibili da due diverse angolazioni, oppure una sola immagine visibile solo ad una certa inclinazione.

Anche sul lato frontale di tutte le nuove banconote della serie degli Euro c'è una banda stampata ad effetto olografico, per rendere più difficile la falsificazione.

Infine, tutti abbiamo visto qualche volta quelle cartoline postali fittamente zigrinate, recanti immagini diverse che appaiono secondo il punto di vista, ma queste poi davvero non c'entrano nulla con gli ologrammi:   l'effetto si ottiene accoppiando due immagini diverse con appositi film plastici, a volte impropriamente detti "olografico-prismatici", i quali permettono la vista alternativamente di una o dell'altra foto.

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