O hologramă se deosebeşte de o fotografie obişnuită prin aceea că ea înregistrează nu numai amplitudinea undei luminoase, ci şi faza ei. Aceasta înseamnă că holograma reprezintă imaginea obiectului în spaţiul cu trei dimensiuni. La înregistrarea unei holograme (figura 1) fascicolul de lumină coerentă provenit de la un laser trece printr-un colimator unde este extins, apoi este împărţit în două cu ajutorul unui divizor de fascicol. O parte cade pe placa fotografică, după ce este reflectată de către o oglindă, iar cealaltă parte cade pe obiect şi este reflectată de către acesta pe placa fotografică. Prima parte a fascicolului, amintită mai sus, poartă numele de fascicol de referinţă iar cea de a doua parte se numeşte fascicol de la obiect. Fascicolul reflectat de obiect are o structură care este caracteristică obiectului şi diferă de la un obiect la altul.
Undele luminoase sosite de la obiect se suprapun cu undele luminoase din fascicolul de referinţă pe placa fotografică, unde se formează o structură complexă de interferenţă care constă dintr-o multitudine de franje a căror formă şi intensitate depind de amplitudinile şi fazele celor două fascicole. Apoi, filmul se developează după tehnica convenţională şi astfel reprezintă ceea ce se numeşte o hologramă. Privită cu ochiul liber nu se observă pe ea nimic asemănător cu obiectul. Pentru citire, holograma se reiluminează, însă numai cu fascicolul de referinţă (figura 2). Dacă unghiul de iluminare a hologramei este acelaşi cu unghiul de iluminare cu fascicolul de referinţă din timpul când a fost înregistrată, lumina difractată de hologramă produce două imagini ale obiectului, una virtuală şi alta reală. Imaginea virtuală se obţine privind holograma; observatorul vede obiectul nedistosionat, în spaţiul cu trei dimensiuni. Această imagine se numeşte virtuală deoarece pentru formarea ei este necesară o lentilă, în cazul de faţă lentila ochiului observatorului. Imaginea reală se formează de către undele luminoase care se propagă în diverse direcţii; ea poate fi proiectată direct pe un ecran şi nu este necesară o lentilă pentru formarea ei (Imaginea reală pentru a putea fi văzută trebuie proiectată pe un ecran.). O parte din lumina proiectată pe hologramă se transmite direct, în direcţia fascicolului de citire, fără să fie difractată.
În procesul de înregistrare a hologramei există diverse posibilităţi de aranjare a elementelor schemei din figura 1, care poartă diverse denumiri. De exemplu, geometria reprezentată în figura 1 se numeşte geometrie neaxială deoarece cele două fascicole care produc holograma pe filmul fotografic formează între ele un unghi. În plus holograma realizată cu schema din figura 1 se numeşte hologramă Fresnel; în acest caz placa fotografică este plasată relativ aproape de obiect, fără a fi necesară o lentilă pentru obţinerea hologramei. În unele cazuri se înregistrează holograme în transformate Fourier care se pot obţine numai pentru obiecte plane.
Pentru a înţelege în ce constă procesul de holografie considerăm întâi ca obiect o sursă punctuală. Atunci când o undă plană coerentă este difractată de către un orificiu punctual se obţine o undă sferică. Atunci când o undă sferică interferă cu o undă plană (unda de referinţă) se obţine un spectru de interferenţă inelar cu zone alternative luminoase şi întunecate, care se aseamănă cu o structură de zone Fresnel (figura 3). O asemenea structură se poate construi cu creionul pe hârtie, desenând inele concentrice cu raze proporţionale cu rădăcina pătrată din numerele întregi 1,2,3,… şi începând cu prima zonă inelară acestea se haşurează alternativ.
Structura de zone Fresnel se comportă ca o reţea de difracţie cu proprietăţi de focalizare. Ea acţionează ca o lentilă şi focalizează o undă plană într-un punct, care reprezintă imaginea reală a obiectului punctual considerat. Această imagine se prinde pe un ecran aşezat în focar (figura 4).
În afara acestui fascicol convergent, structura de zone Fresnel produce şi al doilea fascicol de lumină, de unde sferice, care pare că diverge din orificiul punctual original. Aceasta este imaginea virtuală a obiectului punctual. Un obiect mai complicat poate fi considerat ca o sumă de asemenea obiecte punctuale. Fiecare punct va produce structura sa zonală prin interferenţa fascicolului difractat cu fascicolul de referinţă. Structurile zonale ale punctelor obiectului se suprapun, alcătuind o structură de interferenţă complexă. Pentru citire se foloseşte acelaşi flux de referinţă pentru a reproduce toate punctele conţinute de obiectul original. Apare astfel imaginea tridimensională a obiectului holografiat.
Printre cele mai importante aplicaţii ale holografiei în industrie se numără interferometria holografică care se utilizează pentru analiza tensiunilor mecanice şi vibraţiilor şi pentru detecţia defectelor. Holografia se utilizează, de asemenea, în microscopie, în cinematografie şi televiziune, pentru maşinile de calcul optice.
Editor: Ivanof Anca