Gerados a partir da interferência construtiva de luz dispersa, hologramas são representações tridimensionais de objetos físicos. Para capturar holograficamente um objeto, direcione feixe de luz primário e feixe de referência sobre sua superfície e registre a luz refletida em placa fotossensível. Projetar feixe laser através da placa recupera a imagem no ângulo de referência gravado. Holografia atualmente envolve óptica e química, mas no futuro será cada vez mais útil para ciência da computação, biologia e ampla variedade de áreas de ciências da saúde.
Desde popularização da holografia em meados dos anos 1960, hologramas serviram predominantemente como meio artístico e componente de aplicações de segurança. Hologramas em relevo estão em cartões de crédito, capas de livros, DVDs, etiquetas de roupas e várias moedas. Scanners holográficos também são usados em caixas para ler códigos de barras.
Segundo Prof. Tung H. Jeong do Lake Forest College e cientistas do Simpósio Internacional de Holografia de Display 2006, elementos ópticos holográficos (HOE) substituirão vidro e cristal como material de escolha para lentes, espelhos e grades de difração. Além das tradicionais imagens 3D da ficção científica, HOEs também incluirão displays heads-up ou para-brisas holográficos, técnicas interferométricas de laboratório para análise não destrutiva de espécimes, e até técnicas de medição capazes de imaginar crescimento de plantas em tempo real via fibras ópticas embutidas.
Holografia facilitará invenção de poderosos sistemas computacionais conhecidos como computadores ópticos ou fotônicos. Computadores ópticos usarão hologramas em circuitos para permitir processamento paralelo, técnica de acesso a dados que concebivelmente pode "abrir" todos dados armazenados em elemento de uma vez. Segundo artigo de Chris MacKinnon na Processor magazine (13/01/2006), hologramas também substituirão drives de disco, microfilme e até memória flash como meio de gravação devido à capacidade intrinsecamente maior de armazenamento da holografia.
Aplicações biomédicas abrangem uma das áreas mais ativas de pesquisa holográfica. Minúsculas fibras ópticas embutidas no corpo produzirão hologramas de tecido vivo. Pesquisador Prakash Mehta, autor de "Lasers e Holografia" (1993), acredita que hologramas de luz eventualmente substituirão raios-X causadores de radiação como meio energético de escolha para exames internos.
Desenvolvimento futuro de holografia permitirá engenheiros construir e refinar lasers capazes de disparar pulsos de luz em taxas muito rápidas. Na Optics Letters (15/05/2002), Toshihiro Kubota e Yasuhiro Awatsuji postulam que lasers de picossegundo, ou lasers que emitem pulso de luz em menos de 1 trilionésimo de segundo, farão medições "light-in-flight" gravando imagens 3D stop-action de fenômenos ultra-rápidos. Laser de femtossegundo, capaz de emitir pulso em 1 quatrilionésimo de segundo, fará hologramas através de tecido humano.
Além de lasers de pulso de luz, hologramas medirão algumas das reações físicas mais elementares. Em artigo de 1992 publicado pela organização de fotônica SPIE, pesquisadores liderados por Hans Bjelkhagen notam benefícios de hologramas na técnica "holografia de câmara de bolhas", capaz de visualizar reações de criação e aniquilação de matéria e antimatéria.
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