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         Inventado pelo físico húngaro Dennis Gabor em 1948, tal como a fotografia, a holografia é uma técnica para registrar em filme a informação relativa a um objeto ou cena. Entretanto, os mecanismos básicos utilizados, bem como a natureza das imagens produzidas, diferem bastante de uma para outra. A fotografia comum produz uma representação bidimensional do objeto, na qual a profundidade da cena termina no plano da impressão. A holografia, ao contrário, capta a informação em três dimensões: inclui a profundidade.
         Pode-se obter um pseudo-efeito tridimensional  com fotografias convencionais, observando-se simultaneamente num estereoscópio duas fotografias do objeto. Com esta técnica, porém, apresenta-se apenas um ângulo particular dele, ao passo que, na holografia, a cena reconstruída pode ser observada de vários ângulos. Movendo a cabeça de um lado para outro, o observador poderá presenciar os efeitos de paralaxe – movimento relativo de dois objetos na cena registrada – causados pela mudança de seu ângulo de visão.
         Para compreender a diferença entre a fotografia comum e este processo, é importante considerar primeiramente a natureza da luz. A luz visível é um tipo de radiação magnética e, como tal, atravessa o espaço na forma de ondas eletromagnéticas, a uma velocidade de 300.000 km/s. A distância entre as sucessivas cristas dessas ondas é denominada comprimento de onda, e o número de cristas por segundo que passam por um ponto chama-se freqüência. Como a velocidade de propagação da luz é constante, freqüências mais altas equivalem a comprimentos de ondas mais curtos.
        As fontes de luz usadas nas fotografias convencionais (a luz do Sole a iluminação artificial, por exemplo) emitem radiação com uma ampla gama de freqüências, visto que a luz branca abrange as freqüências do ultravioleta até o infravermelho. Assim, como a natureza da luz branca é desordenada, torna-se praticamente impossível registrar a informação acerca da profundidade da cena. Para obter esse registro é necessário que a fonte de luz seja monocromática (tenha frequência única) e coerente, isto é, que as cristas de todas as ondas caminhem juntas (em fase). Por isso, embora a holografia tenha sido idealizada em 1947, a demonstração prática de seus efeitos só se tornou possível a partir da década de 60, com a invenção de um tipo muito particular de fonte de luz – o laser, que emite raios luminosos coerentes e monocromáticos.
Quando duas ondas chegam a um determinado ponto em fase, isto é, quando as cristas de ambas coincidem, suas energias atuam em conjunto, reforçando a intensidade ou amplitude da luz. Este processo é chamado interferência construtiva. Por outro lado, se a crista de uma onda coincide com a posição mínima – ou ventre do ciclo – de outra, ou seja, se as cristas de ambas chegam fora de fase, obtém-se uma redução de intensidade: ocorre uma interferência destrutiva.
        Como o raio laser é monocromático e coerente (altamente ordenado, portanto), os detalhes relativos à profundidade de uma cena iluminada por um feixe deste tipo estão contidos nos relacionamentos das fases das ondas que chegam à chapa de registro holográfico. Uma onda vinda de uma parte mais distante da cena chega “retardada”  com relação às ondas provenientes dos pontos mais próximos. É o registro desta informação que permite a reconstrução óptica do objeto em três dimensões. Para registrar esta informação é necessário um feixe de referência, com o qual se possam comparar os relacionamentos fásicos do feixe luminoso refletido pelo objeto. Para tanto separa-se o feixe de laser em dois: um é dirigido para a cena, a partir de qual se forma o feixe refletido (feixe objeto); o outro (feixe de referência) é apontado diretamente para a placa de registro. No ponto em que os dois encontram a chapa, ocorre o fenômeno da interferência.
        Embora as ondas em colisão variem com o tempo, as amplitudes registradas na chapa holográfica não se modificam com ele. Ou seja: estabelecem-se padrões de ondas estacionárias e apenas estas são registradas no filme sensível à  luz. Além disso, estes padrões registrados contêm informações sobre a amplitude e a fase do feixe objeto, enquanto a fotografia convencional registra apenas as amplitudes  da luz que chega até o filme.
        O filme holográfico revelado, ou holograma, em nada se assemelha à cena registrada. Se o objeto holografado for uma superfície plana, o padrão de interferência resultante mostra várias faixas luminosas e escuras; quando se trata de um único ponto, ou objeto, o padrão consiste numa série de anéis concêntricos. Na prática, o holograma de um objeto ou cena apresenta uma configuração complexa de círculos superpostos, relativos aos diversos ponto do objeto.
        O holograma é usualmente revelado numa chapa transparente. Para reconstruir a imagem da cena original, esta transparência precisa ser iluminada com um feixe de luz coerente, semelhante ao utilizado como feixe de referência no registro. À medida que passa através da chapa  transparente do holograma, o feixe de laser de reconstrução é modulado (modificado), de acordo com a amplitude e fase, assemelhando-se desta forma ao feixe do objeto que, para o observador, e que não pode ser vista, por tratar-se de uma imagem focalizada. Contudo, ela poderá ser observada se uma tela for colocada na área focal. Movimentando-se a tela  para frente e para trás podem-se obter diferentes partes da imagem real em foco.
        Como a cor depende da freqüência  da luz, qualquer holograma produzido com um único laser dará uma reconstrução monocromática do objeto. Entretanto, com a utilização de três raios laser de freqüências diferentes (correspondentes às três cores primárias – vermelho, verde e azul-violeta), é possível registrar e reconstruir uma cena com todas as cores.
        Por suas características, os hologramas podem ter importantes aplicações tecnológicas. Com a utilização de holografia é possível, por exemplo, armazenar grande quantidade de dados numa única chapa. Para tanto, é necessário que a direção do raio relativo à chapa seja modificada entre as exposições, de forma que os padrões de interferência superpostos não se confundam. As reconstruções são feitas iluminando-se a chapa revelada com um raio reconstrutor  na direção apropriada. Assim, quando um holograma contendo diversos padrões for girado na trajetória de um raio fixo, o observador poderá ver as diversas reconstruções em seqüência.
        A holografia pode também mostrar as pequenas diferenças existentes entre as dimensões de um objeto matriz e sua cópia. O raio objeto refletido da cópia é dirigido para o holograma da matriz. Então, a imagem virtual do objeto apresentará franjas luminosas (padrões de interferência) sempre que houver diferenças entre a matriz e a cópia. Cada franja proveniente de um determinado ponto de referência indica uma diferença da ordem do meio do comprimento  de onda entre o objeto de teste e a matriz. O uso de uma fonte de luz típica de laser permite detectar diferenças da ordem de 0,0003 mm. Em vista disso, a holografia  tem grandes perspectivas de aplicação no controle do desgaste de materiais, pois permite medir com alto grau de segurança as diferenças entre uma peça quando nova e depois de submetida a teste de desgaste.
        Tratando-se de uma descoberta recente, novas aplicações da holografia continuam se desenvolvendo. Há perspectivas, por exemplo, de seu uso na obtenção de imagens verdadeiramente tridimensionais no campo da televisão e do cinema.
        A holografia é usada na pesquisa científica (localiza deformações em objetos sólidos), na indústria (identifica objetos para evitar falsificações) e nas artes plásticas. Ainda novidade como forma de expressão artística, já destacou alguns artistas plásticos, como a inglesa Margaret Benyon, os norte-americanos Harriet Casdin e Rudie Berkhout, os brasileiros Haroldo  e Augusto de Campos e a japonesa Setsuko Ishii.