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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