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Holographie - IFAT - Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

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<strong>Otto</strong>-<strong>von</strong>-<strong>Guericke</strong>-<strong>Universität</strong> <strong>Magdeburg</strong><br />

Fakultät für Naturwissenschaften<br />

Institut für Experimentelle Physik<br />

PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR<br />

FORTGESCHRITTENE<br />

Protokoll zum Versuch<br />

<strong>Holographie</strong><br />

Angefertigt <strong>von</strong> : Sören Giemsch<br />

Studiengang : Physik<br />

Matrikel : 2000<br />

Betreuer : Dr. Bernd Schmeißer<br />

Begonnen : 02.04.2003<br />

Beendet : 23.04.2003<br />

Abgegeben : 24.04.2003<br />

Abtestattermin :


1 Aufgabenstellung<br />

Ziel des Versuches:<br />

Der Versuch vermittelt Erfahrungen auf dem Gebiet der <strong>Holographie</strong> (Herstellung dreidimensionaler<br />

Aufzeichnungen und Wiedergabe <strong>von</strong> Objekten) und der Lasertechnik.<br />

1. Es sind Zweistrahl-Hologramme einer Plastik als Reflexions- und Transmissionshologramm<br />

anzufertigen.<br />

2. Die Versuchsbedingungen (insbesondere die Intensitätsverhältnisse und der mechanischoptische<br />

Aufbau) sind zu dokumentieren und die Qualität der Hologramme zu diskutieren.<br />

3. Die Rekonstruktion der Objektstrahlung mittels der Hologramme ist vorzuführen.<br />

Um die Dreidimensionalität der Rekonstruktion zu demonstrieren, sind <strong>von</strong> mindestens<br />

einem Hologramm unter verschiedenen Winkeln Fotografien anzufertigen.<br />

2 Grundlagen zum Versuch<br />

Die <strong>Holographie</strong> ist ein Verfahren zur Speicherung und Wiedergabe <strong>von</strong> Bildern. Hierbei<br />

bleiben sowohl Informationen über die Intensität, als auch (anders als bei der Fotografie)<br />

über die Phase (und damit der Gestalt des Körpers) erhalten. Die grundlegenden Ideen<br />

der <strong>Holographie</strong> entdeckte 1948 Dennis Gabor; 1971 erhielt er für seine Arbeiten auf diesem<br />

Gebiet den Nobelpreis.<br />

Bestrahlt man ein Objekt mit Licht, so geht <strong>von</strong> diesem eine sogenannte “Objektwelle“<br />

aus, die alle Informationen (charakterisiert durch Amplitude und Phase) über dieses Objekt<br />

enthält. Die Überlagerung aller Objektwellen des Objektes führt zur Ausbildung des<br />

“Lichtfeldes“. Überlegungen der Elektrodynamik führen zu dem Schluss, das man aus der<br />

Kenntnis einer zweidimensionalen Fläche (unendlich ausgedehnt) aus dem dreidimensionalen<br />

Lichtfeld, auf die Beschaffenheit des gesamten Lichtfeldes schließen kann. Gelänge es<br />

auf einer (genügend großen) Photoplatte dieses Lichtfeld zu speichern, könnte man daraus<br />

zu einem späteren Zeitpunkt das gesamte vom Objekt ausgehende Lichtfeld rekonstruieren<br />

und das rekonstruierte Bild wäre nicht vom Original unterscheidbar. Die gewöhnliche<br />

Fotografie ist dafür unzureichend, denn dort werden nur die Informationen über die Intensität<br />

gespeichert, was zu zweidimensionalen Bildern führt; bei der <strong>Holographie</strong> hingegen<br />

gehen durch Ausnutzung der Interferenzeigenschaften <strong>von</strong> elektromagnetischen Wellen die<br />

Informationen über die Phase nicht verloren.<br />

Bei der <strong>Holographie</strong> trifft die Objektwelle auf den Schirm, gleichzeitig wird der Schirm<br />

aber mit der “Referenzwelle“ direkt bestrahlt. Dadurch entstehen auf der Photoplatte<br />

Interferenzstreifen. Die Informationen über die Objektwelle sind in dem Streifenabstand<br />

und der Modulation der Helligkeit enthalten. Zur Wiedergabe wird der Film mit einer<br />

Lichtwelle beleuchtet, die der Referenzwelle möglichst ähnlich ist. Durch Beugung der Beleuchtungswelle<br />

wird die Objektwelle erzeugt. Blickt ein Beobachter auf das Hologramm,<br />

so nimmt er ein dreidimensionales Bild des Objektes wahr.<br />

3


2.1 Mathematische Formulierung<br />

Eine elektromagnetische Welle ist eine sich ausbreitende Schwingung der Frequenz f. Die<br />

Änderung der elektrischen Feldstärke E(t) an einem bestimmten Punkt der Welle wird<br />

durch<br />

E(t) = A cos(2πft + ϕ) = A cos(ωt + ϕ) (1)<br />

beschrieben. Zur Vereinfachung werden monochromatische ebene Wellen angenommen.<br />

Die Amplitude der Schwingung ist A, ϕ ist ein Phasenfaktor, der durch günstige Wahl<br />

des Koordinatenursprungs zu Null gesetzt werden kann und ω = 2πf ist die Kreisfrequenz.<br />

Wenn sich die Welle in z-Richtung mit der Geschwindigkeit c = fλ (λ - Wellenlänge)<br />

ausbreitet, so schwingt ein Punkt in der Entfernung z vom Ursprung mit einer<br />

Phasenverschiebung, die proportional zu t 0 = z · c −1 ist:<br />

E = A cos(ω(t − t 0 )) = A cos(ωt − kz) = A cos(ωt + Φ) . (2)<br />

Dabei ist k = 2π die Wellenzahl und Φ = −kz die Phase.<br />

λ<br />

Die Verwendung der komplexen Schreibweise<br />

E = Ae −i(ωt+Φ) (3)<br />

bringt oft Vorteile. Bedeutung hat nur der Realteil. Im folgenden sind komplexwertige<br />

Funktionen durch fette Schreibweise gekennzeichnet. Aufgrund der hohen Frequenz<br />

elektromagnetischer Wellen, ist selbige nicht direkt zugänglich sondern wird durch Mittelwertbildung<br />

über viele Perioden erhalten. Aus diesem Grund kann man die zeitliche<br />

Abhängigkeit der Feldstärke unberücksichtigt lassen und einfach schreiben:<br />

E = Ae −iΦ . (4)<br />

Die Objektwelle o(x, y) und die Referenzwelle r(x, y) sind durch<br />

bzw.<br />

o(x, y) = |o(x, y)|e −iΦ = o(x, y)e −iΦ (5)<br />

r(x, y) = re −iΨ = re 2πiσrx (6)<br />

gegeben. Die Objektwelle ist eine schwer zugängliche Funktion, deren Betrag |o(x, y)| =<br />

o(x, y) und Phase Φ(x, y) <strong>von</strong> den Koordinaten x und y auf der Photoplatte abhängen. Die<br />

Referenzwelle ist meist eine ebene Welle, deren Betrag r bei gleichmäßiger Ausleuchtung<br />

der Platte konstant ist. Die Abhängigkeit der Phase vom Einfallswinkel δ ist leicht anhand<br />

<strong>von</strong> Abb. 1 klar zu machen. Die sogenannte “Raumfrequenz“ σ r ist die Zahl der Maxima<br />

pro Längeneinheit und gegeben durch<br />

σ r = 1 d r<br />

= sin δ<br />

λ<br />

(7)<br />

Wobei d r der Abstand zweier Maxima ist.<br />

4


Abb. 1: Phase Ψ = −2π∆ der Referenzwelle<br />

λ<br />

Die Intensität I auf der Platte (bzw. in der Photoschicht) ergibt sich aus dem Betragsquadrat<br />

der resultierenden Welle:<br />

I = |r(x, y) + o(x, y)| 2<br />

= [r(x, y) + o(x, y)] ∗ [r(x, y) + o(x, y)]<br />

= |r(x, y)| 2 + |o(x, y)| 2 + r ∗ (x, y)o(x, y) + r(x, y)o ∗ (x, y)<br />

= r 2 + o 2 (x, y) + ro(x, y)e −2πiσrx e −iΦ(x,y) + ro(x, y)e 2πiσrx e iΦ(x,y) (8)<br />

= r 2 + o 2 (x, y) + 2ro(x, y) cos[2πσ r x + Φ(x, y)] (9)<br />

Im letzten Schritt wurde die Beziehung cos ξ = eiξ +e −iξ<br />

2<br />

verwendet. Anhand <strong>von</strong> Gl. (8)<br />

ist zu erkennen, dass die Intensitätsverteilung auf der Photoplatte Informationen über die<br />

Amplitude o(x, y) (Änderung der Schwärzung der Photoschicht) und die Phase Φ(x, y)<br />

(Änderung des Streifenabstandes) enthält.<br />

Im Fall linearer Amplitudentransmission t (siehe 2.4) erhält man unter Verwendung <strong>von</strong><br />

Gl. (24) und einsetzen <strong>von</strong> Gl. (8):<br />

t(x, y) = t 0 + βτr 2<br />

+ βτo 2 (x, y)<br />

+ βτro(x, y)e −2πiσrx e −iΦ(x,y)<br />

+ βτro(x, y)e 2πiσrx e iΦ(x,y) . (10)<br />

Um die Objektwelle wiederzugeben, wird das Hologramm nochmals mit der Referenzwelle<br />

(Gl. (6)) beleuchtet. Direkt hinter der Schicht ist das resultierende Wellenfeld u(x, y) durch<br />

u(x, y) = r(x, y)t(x, y) (11)<br />

bestimmt. Unter Verwendung der Gleichungen (5),(6) und (10) wird dies zu:<br />

u(x, y) = (t 0 + βτr 2 )r(x, y)<br />

+ βτo 2 (x, y)r(x, y)<br />

}<br />

u 0<br />

+ βτr 2 o(x, y) : u +1<br />

+ βτr 2 o ∗ (x, y)e 4πiσrx : u −1 . (12)<br />

5


Diese Gleichung ist in vier Terme gegliedert und beschreibt die Wirkung des Hologramms<br />

auf die Wiedergabewelle.<br />

Der erste Term drückt aus, wie die Wiedergabewelle beim Durchgang durch das Hologramm<br />

geschwächt wird. Im zweiten Term sind die Raumfrequenzen des Objektes berücksichtigt,<br />

die zu einem sogenannten “Halo“ um die Wiedergabewelle führen (siehe 2.3).<br />

Dieser Halo ist <strong>von</strong> der Winkelausdehnung des Objektes abhängig. Zusammen bilden diese<br />

zwei Terme die nullte Beugungsordnung. Solange o(x, y) < r gilt, ist dieser Term klein<br />

gegen den ersten.<br />

Der dritte Term entspricht der ersten Beugungsordnung und gibt die Objektwelle wieder.<br />

Ein Beobachter der diese Welle beobachtet, sieht eine Abbildung des Objektes an der<br />

Stelle des ursprünglichen Bildes. Diese Abbildung ist virtuell, denn die Strahlen gehen<br />

divergent vom Hologramm aus (siehe auch Abb. 2).<br />

Der minus ersten Beugungsordnung entspricht der vierte Term. Hierin wird die konjugiert<br />

komplexe Objektwelle beschrieben. Die Multiplikation mit dem Faktor e 4πσrx bedeutet,<br />

dass das Bild ungefähr um den doppelten Winkel verkippt ist, mit dem die Referenzwelle<br />

einfällt (siehe 2.2). Da dies die konjugiert komplexe Objektwelle ist, wechselt die Phase<br />

das Vorzeichen, was einer Spiegelung an der Hologrammebene entspricht; dies führt zu<br />

konvergentem Strahlengang und somit einem reellen Bild. Durch die Spiegelung werden<br />

die Krümmungen vertauscht. Man spricht vom sogenannten “pseudoskopischen“ Bild, im<br />

Gegensatz zum normalen “orthoskopischen“ Bild.<br />

An Gl. (9) sieht man, dass die Intensität proportional ist zum Kosinus einer gewissen<br />

Größe. Betrachtet man zur Vereinfachung eine ebene Objektwelle, so kann man zeigen,<br />

dass damit auch die Amplitudentransmission aus einem kosinusförmigen Beugungsgitter<br />

besteht. Die besondere Eigenart solcher Beugungsgitter ist, dass dabei nur die nullten<br />

und ersten Beugungsordnungen entstehen; dies erklärt, warum in Gl. (12) keine höheren<br />

Beugungsordnungen auftreten, als die genannten.<br />

2.2 Lage des konjugiert komplexen Bildes<br />

Zur Betrachtung der Eigenschaften der konjugiert komplexen Objektwelle wird eine ebene<br />

Welle angenommen, die unter dem Winkel δ 0 auf das Hologramm fällt. Analog zu den<br />

Gleichungen (6) und (7) gelten:<br />

mit<br />

o(x, y) = o e 2iσox = o e 2π λ ix sin δ 0<br />

(13)<br />

σ o = sin δ 0<br />

. (14)<br />

λ<br />

Durch Umkehrung des Exponentenvorzeichens erhält man die konjugiert komplexe Objektwelle;<br />

da der Sinus eine ungerade Funktion ist, kann man das Vorzeichen auch in die<br />

Sinusfunktion ziehen und erhält somit:<br />

o ∗ (x, y) = o e 2π λ ix sin(−δ 0)<br />

. (15)<br />

Aus den Gleichungen (12) und (15) folgt somit für die minus erste Beugungsordnung<br />

u −1 = βτo e 2π λ ix(sin(−δ 0)+2 sin δ)<br />

. (16)<br />

6


Gl. (16) steht für eine Welle unter dem Winkel:<br />

fällt die Objektwelle senkrecht ein, wird dies zu:<br />

sin δ −1 = sin(−δ 0 ) + 2 sin δ ; (17)<br />

sin δ −1 = 2 sin δ ; (18)<br />

Abb. 2 veranschaulicht den Vorgang der Rekonstruktion durch die Wiedergabewelle nochmals.<br />

Abb. 2: Lage der Bilder – A C -Wiedergabewelle;<br />

B V -virtuelles Bild; B r -reelles<br />

Bild<br />

2.3 Raumfrequenzen im Hologramm<br />

Bei der <strong>Holographie</strong> hat man in der Regel ausgedehnte Objekte. Von jedem Punkt der<br />

Oberfläche geht eine Objektwelle aus. Nimmt man ebene Objektwellen an, die im mittel<br />

senkrecht auf das Hologramm fallen, deren maximaler Einfallswinkel allerdings ±δ 0 ist, so<br />

führt dies zu einem “Raumfrequenzspektrum“ ±σ o . Gl. (13) kann man dann umschreiben<br />

zu<br />

o(x, y) = o(x, y)e 2πi(±σo)x . (19)<br />

Aus Gl. (12) wird damit unter Verwendung der Gleichungen (6) und (19)<br />

u(x, y) = (t 0 + βτr 2 )re 2πiσrx<br />

+ βτo 2 (x, y)re 2πi((±2σo)+σr)x }<br />

u 0<br />

+ βτr 2 (o)(x, y) e 2πi(±σ)x : u +1<br />

+ βτr 2 (o)(x, y)e 2πi((±σo)+2σr)x : u −1 . (20)<br />

7


Der Exponent im zweiten Term kommt dadurch zustande, dass o 2 (x, y) = o(x, y)o ∗ (x, y);<br />

das Raumfrequenzspektrum wird im Extremfall also durch ±2σ o begrenzt.<br />

Aus Gl. (20) lassen sich die Raumfrequenzen direkt ablesen. Das ± Zeichen muss so<br />

gedeutet werden, dass alle Frequenzen innerhalb dieses Bereiches auftreten.<br />

Abb. 3: Raumfrequenzspektren<br />

der ersten und minus<br />

ersten Beugungsordnung und<br />

der nullten Beugungsordnung<br />

mit Halo<br />

Abb. 3 verdeutlicht diesen Umstand nochmals. Für die Objektwelle wurde ein rechteckiges<br />

Verhalten angenommen, woraus auch für u ±1 ein rechteckiges Verhalten folgt. Das Frequenzspektrum<br />

um die ungebeugte Wiedergabewelle ist doppelt so breit und wird Halo<br />

genannt. Für eine gute holografische Aufnahme müssen alle drei Beugungsordnungen getrennt<br />

sein, dies ist der Fall wenn 3 σ o ≦ σ r . Dies führt durch die Gleichungen (7) und (14)<br />

zu der bei der Aufnahme zu beachtenden Bedingung:<br />

3 sin δ o ≦ sin δ . (21)<br />

2.4 Transmissionseigenschaften holografischer Schichten<br />

Durch Belichtung und Entwicklung verändern sich die Eigenschaften der holografischen<br />

Schicht; dies kann die Änderung des Brechungsindexes n, der Dicke d oder des Absorptionskoeffizienten<br />

α sein. Durch die Änderung dieser Größen werden Amplitude und Phase<br />

der Referenzwelle beeinflusst, für die komplexe Änderung der Amplitudentransmission<br />

gilt:<br />

t = e ∆αd e i∆Φ . (22)<br />

Die Änderung <strong>von</strong> n bzw. d sind dabei in der Verschiebung der Phase ∆Φ berücksichtigt.<br />

Ändert sich nur der Absorptionskoeffizient, hat man ein reines Amplitudenhologramm,<br />

bei alleiniger Änderung der Dicke und/oder des Brechungsindexes ein Phasenhologramm.<br />

Abb. 4 zeigt, dass in einem gewissen Bereich die Amplitudentransmission linear abhängig<br />

ist <strong>von</strong> der Energiedichte E des elektrischen Feldes, welche im wesentlichen durch die<br />

Belichtungszeit τ und die Intensität bestimmt ist:<br />

E = τI . (23)<br />

Bei Lasern erhält man E aus dem Produkt der Laserleistung P und der Belichtungszeit;<br />

bei gepulsten Lasern entspricht E der Pulsenergie. Liegt der lineare Fall vor. So kann man<br />

für die Amplitudentransmission schreiben:<br />

t = t 0 + βE = t 0 + βτI . (24)<br />

Der Term t 0 entspricht dabei der Transmission ohne Belichtung und β ist negativ und aus<br />

dem Anstieg des linearen Teils der Amplitudentransmissionskurve zu ermitteln. [1]<br />

8


3 Versuchsaufbau und -durchführung<br />

Abb. 4: Amplitudentransmission in<br />

Abhängigkeit <strong>von</strong> der Belichtung<br />

(schematisch)<br />

In Abb. 5 sieht man den verwendeten Versuchsaufbau um ein Transmissionshologramm<br />

der, ungefähr in der Mitte stehenden, Plastik (Adonis) anzufertigen.<br />

Abb. 5: Versuchsaufbau zur Erstellung eines Transmissionshologramms<br />

Der gesamte Aufbau wurde auf einem schwingungsgedämpften Arbeitstisch montiert. Mechanische<br />

Schwingungen mit Frequenzen über 5 Hz werden dabei gedämpft. Die Eigenfrequenz<br />

ist in vertikale als auch horizontale Richtung je nach Belastung und Luftdruck<br />

2-3 Hz.<br />

Der He-Ne-Laser (1) aus dem Hause UNIPHASE strahlte konstant mit einer Leistung<br />

<strong>von</strong> ca. 14,1 mW direkt am Ausgang des Lasers bei einer Wellenlänge <strong>von</strong> λ = 633 nm.<br />

Dies wurde mit dem Laserleistungmessgerät 1815-C <strong>von</strong> Newport festgestellt; es ist darauf<br />

zu achten, dass die Wellenlänge bei der der Laser strahlt, eingestellt werden muss, da<br />

9


ansonsten für unterschiedliche Wellenlängen bei gleicher Leistung unterschiedliche Werte<br />

angezeigt werden würden. Im Anschluss an den Laserausgang folgte der digitale Shutter<br />

Model 845 (2) ebenfalls aus dem Hause Newport. Nach Betätigung eines Hebels an der<br />

Kontrolleinheit öffnete der Shutter eine definierte Zeit lang den Weg und ließ somit den<br />

Strahl passieren. Dieser traf dann auf einen variablen Strahlteiler (3) und wurde dort in<br />

zwei separate Strahlen geteilt. Der nichtreflektierte Strahl wurde durch die Spiegel (4)<br />

und (5) durch die Linse (6) gelenkt. Die Linse war eine Zerstreuungslinse und hatte eine<br />

Brennweite <strong>von</strong> 0,85 mm. Dadurch wurde der Strahl aufgeweitet und traf auf das Objekt.<br />

Der Adonis wechselwirkte mit dem aufgeweiteten Strahl und die Objektwelle (blau (exemplarisch))<br />

traf auf den holografischen Film, welcher sich in der Halterung (7) befand.<br />

Der gesamte Weg dieses Strahls betrug 1,42 m, inklusive der ca. 0,23 m die der Adonis<br />

vom Film entfernt war. Um die Kohärenzbedingungen einzuhalten musste der Weg<br />

des reflektierten Strahls ebenfalls ca. 1,42 m betragen (die Kohärenzlänge des Lasers ist<br />

ca. 20-25 cm). Aus diesem Grund wurde dieser Strahl über die Spiegel (8), (9) und (10)<br />

durch die Zerstreuungslinse (11) (Brennweite ebenfalls 0,85 mm) gelenkt. Die Linse weitete<br />

den Strahl wiederum auf, die aufgeweitete Referenzwelle leuchtete den Film möglichst<br />

gleichmäßig aus. Die Referenzwelle darf nicht ebenfalls den Adonis beleuchten, was mit<br />

der Wahl des Aufbaus vermieden werden konnte.<br />

Mit Hilfe der Positionierhilfe (12) konnte der Strahl immer so ausgerichtet werden, dass er<br />

sich in allen Punkten des Strahlengangs auf einer Höhe befindet; gleichzeitig diente diese<br />

als Beamblocker.<br />

Die horizontalen (13) und vertikalen (14) Justierschrauben dienen zum leichten kippen<br />

der Spiegel, womit eine Feinpositionierung des Strahles möglich ist.<br />

Da es zu bestmöglichen Ergebnissen bei der Interferenz kommt, wenn die Intensitäten der<br />

interferierenden Wellen vom Betrag ähnlich sind, muss man den variablen Strahlteiler so<br />

einstellen, dass dies auf dem Film der Fall ist. Die Intensitäten der Wellen an der Stelle<br />

des Films sollten mit dem Auge verglichen werden, da dies im Rahmen des Praktikums<br />

der effizienteste Weg ist. Nach dieser Prozedur wurden die Leistungen der beiden Strahlen<br />

direkt nach dem Strahlteiler gemessen. Der reflektierte Strahl hatte eine Leistung <strong>von</strong><br />

ca. 0,6 mW und der durchgelassene Strahl <strong>von</strong> ca. 13,2 mW. Nach dem Aufweiten wiesen<br />

die Strahlen Leistungen <strong>von</strong> (gleiche Reihenfolge) 0,12 mW und 4,48 mW auf. Trotz diesem<br />

Faktor <strong>von</strong> immerhin 37 ist die Intensität der Referenzwelle in der Ebene des Films<br />

erkennbar größer als die der Objektwelle.<br />

Um die optimale Belichtungszeit zu finden, wurde ein Stufenbild angefertigt. Die optimale<br />

Belichtungszeit war nach dieser Vorlage ca. 6 s. Danach wurde das eigentliche Hologramm<br />

angefertigt und nach folgenden Schritten entwickelt:<br />

Entwicklung (ca. zwei Minuten in Dokumolentwicklerlösung),<br />

Zwischenwässerung, (ca. zwei Minuten),<br />

ca. eine Minute bleichen im Bleichbad → arbeiten nach Sicht,<br />

ca. fünfminütige Schlusswässerung,<br />

trocknen im Trockenschrank.<br />

10


Nach der vollständigen Trocknung des Films wurde dieser wieder in die Halterung getan<br />

und mit der Wiedergabewelle bestrahlt.<br />

Die Ergebnisse sind in den Abbildungen 6 bis 8 wiedergegeben.<br />

Aufgrund <strong>von</strong> Zeitmangel war es leider nur möglich ein Stufenbild für das Reflexionshologramm<br />

anzufertigen. Der einzige Unterschied lag darin, dass die Referenzwelle <strong>von</strong> hinten<br />

auf den Film traf.<br />

4 Ergebnisse<br />

Abb. 6 zeigt das erstellte Hologramm. Die Bilder wurden mit einer Digitalkamera <strong>von</strong> HP<br />

aufgenommen. Bei den einzelnen Aufnahmen variieren die einzelnen Belichtungszeiten,<br />

weswegen die Helligkeiten z.T. unterschiedlich sind. An Abb. 7 kann man deutlich er-<br />

Abb. 6: Bild eines Hologramms<br />

einer Adonisfigur<br />

kennen, dass Hologramme tatsächlich auch die Informationen über die Gestalt des Bildes<br />

speichern. Abb. 8 ist eine Nahaufnahme des Bildes und man kann sehen, dass die Schärfe<br />

Abb. 7: Sichtbarkeit der<br />

Dreidimensionalität eines<br />

Hologramms<br />

11


des Hologramms so gut ist, dass man sogar Details der Figur (z.B. die lockige Haarpracht)<br />

erkennen kann. Auch hier sieht man wieder die Dreidimensionalität des Hologramms.<br />

Abb. 8: Zur Verdeutlichung<br />

der<br />

Schärfe eines<br />

Hologramms<br />

Das Stufenbild des Reflexionshologramms gelang leider nicht sehr gut. Die Intensität war<br />

auf allen drei Abschnitten des Films sehr klein. Im Gegensatz zum Transmissionshologramm,<br />

konnte dieses auch bei Weißlicht in Reflexion betrachtet werden, aber auch dieses<br />

Bild war <strong>von</strong> geringer Intensität und zudem noch <strong>von</strong> geringer Schärfe.<br />

5 Zusammenfassung und Diskussion<br />

Bei diesem Experiment wurden Hologramme einer kleinen Figur angefertigt. Bei allen Hologrammen<br />

waren Resultate zu erkennen, allerdings war die Qualität sehr unterschiedlich.<br />

Das einzige zur Auswertung heranziehbare Hologramm war ein Transmissionshologramm.<br />

Wie in den Abbildungen 6 bis 8 zu sehen, konnten die Eigenschaften (vordergründig die<br />

Dreidimensionalität) <strong>von</strong> Hologrammen gezeigt werden.<br />

Auf allen Hologrammen traten sogenannte Speckles auf. Deren Ursache liegt darin, dass<br />

die mikroskopischen Elemente der Figur das Licht einzeln streuen, die gestreuten Lichtwellen<br />

sind kohärent zueinander und es kommt zu Interferenz, was sich in kleinen helleren oder<br />

dunkleren Punkten auf dem Film äussert. Die Größe der Speckles könnte man reduzieren,<br />

indem man das Objekt näher an den Schirm bringt, da sich damit der Öffnungswinkel<br />

vergrößern und somit die Auflösbarkeit verringern würde. Ebenso könnte man auch eine<br />

Film mit gröberer Körnung benutzen, womit die Speckles dann ebenfalls nicht mehr<br />

auflösbar wären.[1]<br />

Literatur<br />

[1] J. Eichler et al. <strong>Holographie</strong>. Springer-Verlag, Heidelberg, erste edition, 1993.<br />

[2] Schmeißer et al. Praktikumsanleitung des Fortgeschrittenenpraktikums. Fakultät für<br />

Naturwissenschaften, <strong>Otto</strong>-<strong>von</strong>-<strong>Guericke</strong>-<strong>Universität</strong>, <strong>Magdeburg</strong>.<br />

12


6 Kommentar<br />

An alle Leute die diesen Versuch nach mir haben. Wie leicht zu bemerken ist,<br />

wurde der größte Teil der Vorbereitungen aus dem Eichler/Ackermann [1] abgeschrieben.<br />

Dies passierte aus dem einfachen Grund, da die Formulierungen<br />

in diesem Buch einfach toll sind und kaum verbessert werden konnten. Allerdings<br />

ist zu sagen, dass jede verwendete Gleichung nachgerechnet wurde und<br />

wer sich die Mühe macht das auch zu tun (was man IMMER machen sollte),<br />

wird feststellen, dass viele Gleichungen im genannten Buch schlichtweg falsch<br />

sind. Also: TRUST FEW AND FIND YOUR OWN WAY OF STYLE!!!<br />

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