Hologrammen

Hoe hologrammen werken

Foto: De duif op dit hologram van een creditcard lijkt te draaien als je de kaart in het licht kantelt.

Laserlicht is veel zuiverder dan het gewone licht in een straal van een zaklamp. In een straal van een zaklamp zijn alle lichtgolven willekeurig en door elkaar gehusseld. Het licht in een zaklantaarnstraal loopt in willekeurige richtingen, zoals schoolkinderen door de gang rennen als de bel gaat voor tijd om naar huis te gaan. Maar in een laser zijn de lichtgolven coherent: ze lopen allemaal precies in de pas, zoals soldaten die op parade marcheren.

Als een laserstraal wordt gesplitst om een hologram te maken, bewegen de lichtgolven in de twee delen van de straal zich op identieke wijze. Wanneer ze weer samenkomen op de fotografische plaat, heeft de objectbundel een iets andere weg afgelegd en zijn de lichtstralen verstoord door weerkaatsing op het buitenoppervlak van het object. Aangezien de bundels oorspronkelijk samengevoegd waren en perfect in de pas liepen, toont het opnieuw combineren van de bundels hoe de lichtstralen in de objectbundel veranderd zijn ten opzichte van de referentiebundel. Met andere woorden, door de twee bundels weer samen te voegen en ze te vergelijken, kunt u zien hoe het voorwerp de lichtstralen verandert die erop vallen – dat is gewoon een andere manier om te zeggen “hoe het voorwerp eruitziet”. Deze informatie wordt door de laserstralen permanent in de fotografische plaat gebrand. Een hologram is dus in feite een permanent verslag van hoe iets er vanuit elke hoek uitziet.

Dit is nu het slimme gedeelte. Elk punt in een hologram vangt lichtgolven op die van elk punt in het object komen. Dat betekent dat waar je ook naar een hologram kijkt, je precies ziet hoe het licht op dat punt zou zijn aangekomen als je naar het echte object had gekeken. Dus als je je hoofd beweegt, lijkt het holografische beeld te veranderen, net zoals het beeld van een echt object verandert. En dat is waarom hologrammen driedimensionaal lijken te zijn. En, en dit is echt leuk, als je een hologram in kleine stukjes breekt, kun je nog steeds het hele voorwerp zien in elk van de stukjes: sla een glazen hologram van een kopje in stukjes en je kunt nog steeds het hele kopje zien in elk van de stukjes!(Je kunt een demonstratie zien in deze geweldige video over het in stukken snijden van een hologram en Hyperphysics heeft een meer gedetailleerde uitleg over wat we precies bedoelen als we zeggen “een stukje van een hologram bevat het hele object”)

Waarvoor kunnen we hologrammen gebruiken?

Photo: Het hologram op dit dvd-doosje is ontworpen om piraterij van auteursrechten tegen te gaan

Tot de jaren tachtig waren hologrammen een ietwat maf wetenschappelijk idee. Toen vond iemand een manier om ze op metaalfilm af te drukken en werden ze een ongelooflijk belangrijke vorm van beveiliging. Echte glashologrammen zien er veel indrukwekkender uit dan de kleine metalen die je op bankbiljetten en kredietkaarten ziet en je ziet ze vaak gebruikt in juwelen of andere decoratieve voorwerpen: je kunt zelfs holografische afbeeldingen aan je muur hebben hangen met ogen die je echt door de kamer volgen! In de jaren ’80 projecteerde een Brits theater zelfs een hologram van Laurence Olivier op het toneel om de acteur (die toen al hoogbejaard was) het gedoe te besparen om elke avond in levende lijve te verschijnen. Veel kunstenaars hebben geëxperimenteerd met het maken van holografische afbeeldingen, waaronder de Spaanse surrealist Salvador Dali. Hologrammen hebben ook belangrijke medische en wetenschappelijke toepassingen. Bij een techniek die holografische interferometrie wordt genoemd, kunnen wetenschappers een hologram maken van iets als een motoronderdeel en het opslaan als een “driedimensionale foto” voor latere referentie. Als ze op een later tijdstip een ander hologram van het motoronderdeel maken, kunnen ze de twee hologrammen snel met elkaar vergelijken om veranderingen in de motor zichtbaar te maken die kunnen duiden op tekenen van slijtage of een dreigend defect.

Nog niemand heeft een goede manier gevonden om bewegende beelden met hologrammen te maken, maar dat is waarschijnlijk slechts een kwestie van tijd. Als dat eenmaal gebeurt, kunnen we uitkijken naar driedimensionale holografische tv en een heel nieuw tijdperk van superrealistisch amusement!

Wie heeft hologrammen uitgevonden?

Artwork: Dennis Gabors originele schets van zijn holografische apparaat uit de jaren 1950. Monochromatisch licht (geel) komt binnen aan de onderkant (1), gaat door verschillende prisma’s (blauw) en lenzen (grijs) en wordt gesplitst in twee bundels. De objectbundel met lage intensiteit links gaat door het preparaat op een objectglaasje (rood, 10); de referentiebundel met hoge intensiteit rechts gaat parallel verder zonder het preparaat te raken. De bundels worden opnieuw gecombineerd in een fotografische plaat (21/22) bovenaan, nadat ze door meer lenzen (grijs) en prisma’s (blauw) zijn gegaan. Afbeelding uit US Patent #2,770,166: Verbeteringen in en met betrekking tot optische apparatuur voor het produceren van meervoudige interferentiepatronen door Dennis Gabor, met dank aan het US Patent and Trademark Office.

Hologrammen werden uitgevonden door een briljante, in Hongarije geboren natuurkundige, Dennis Gabor (1900-1979), terwijl hij in het Verenigd Koninkrijk werkte. Hij deed onderzoek naar optische fysica in de jaren 1940, en verrichtte zijn baanbrekende werk in holografie in de vroege jaren 1950. Het opmerkelijke aan zijn uitvinding is dat hij zijn tijd vele jaren vooruit was: lasers, die holografie praktisch maakten, verschenen pas in de jaren 1960. Zoals blijkt uit de vele octrooien van Gabor, was hij een productieve uitvinder met brede interesses op vele verschillende gebieden van de fysica: in de jaren dertig vond hij nieuwe soorten elektronenvermenigvuldigers en kathodestraalbuizen uit; in de jaren veertig experimenteerde hij met fotografie en projectie, wat hem op het spoor van de holografie zette; latere uitvindingen waren onder meer composietweefsels voor gebruik in televisieapparatuur en diverse innovaties op het gebied van het opnemen en uitzenden van geluid. Tegen het einde van zijn leven werd Gabors briljante bijdrage erkend met de toekenning van de Nobelprijs voor Natuurkunde 1971, ’s werelds hoogste wetenschappelijke prijs, “voor zijn uitvinding en ontwikkeling van de holografische methode.”