Bionik: Technik nach dem Vorbild der Natur - Junge Wissenschaft

Jugend forscht
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Junge Wissenschaft 85 // 2010
Die Verwendung von HOE ist besonders
interessant, wenn ihr Platz nicht durch
herkömmliche Elemente gefüllt werden
kann. Eine solche Verwendung findet in
meinem Aufbau abgesehen vom Masterhologramm
nicht statt.
Bei der Aufweitung des Strahls mit meiner
holografischen Linse kam es zu einer
inhomogenen Intensitätsverteilung,
weil auf herkömmliche Komponenten
verzichtet wurde, die den Rekonstruktionsstrahl
dem Aufnahmestrahl der Linse
ähnlicher gemacht hätten. Diese Komponenten
müssten für bessere Ergebnisse
eingebunden werden oder die Linse
müsste für die exakten Bedingungen im
Aufbau hergestellt werden. Idealerweise
sollte der Linsenbrennpunkt dezentral
sein, da dann die 0. Beugungsordnung
nicht weiter mitgeführt werden muss
(vgl. 7).
Bei HOE ist es möglich, verschiedene
Komponenten zu kombinieren. Die Linse
könnte zwei Brennpunkte haben und
somit gleich die Funktion des Strahlteilers
übernehmen.
7 Diskussion der HOE und meiner
Ergebnisse
Ich bin nach Durchführung meiner
Experimente und der anschließenden
Auswertung zu folgendem Schluss gekommen:
Unter einfachen Laborbedingungen
kann man hervorragende
Hologramme aller möglichen Typen
herstellen. „Küchentischhologramme“,
die man in Schulen oder zu Hause auf
selbstgebauten möglichst schwingungsarmen
Tischen aufnehmen kann, haben
leider meist nur schlechte Qualitäten,
aber sie funktionieren und weisen beeindruckende
Effekte auf. Auch mit einem
schwachen Laser können gute, aber nur
einfache und sehr kleine Hologramme
mit geringer Tiefenschärfe hergestellt
werden. Problematisch ist nach meinen
Erkenntnissen die Aufnahme von größeren
Hologrammen. Die Belichtungszeit
überschreitet hier kritische Werte. Der
Strahl kann nicht beliebig aufgeweitet
werden, weil dann die Intensität (Leistung
pro Fläche, W/cm²) auch ohne
Raumfilter rapide abfällt.
Meine hergestellten HOE zeigen deutlich
alle aus der Literatur zu erwartenden,
außergewöhnlichen Effekte. Obwohl
ich viele Fehlerquellen noch nicht
ausschließen konnte, sind die HOE von
sehr guter Qualität, so dass sie weiterverwendet
werden können. Im Gegensatz
zu den meisten darstellenden Hologrammen
werden für die Herstellung von
HOE mit guten optischen Eigenschaften
komplizierte Aufbauten und starke Laser
benötigt, da die Aufnahme dieser nur
dann sinnvoll ist, wenn die Ergebnisse
bzw. die HOE verwendet werden können.
Ein Raumfilter und ein möglichst
guter Strahlteiler, der kaum Interferenzen
im Stahl verursacht, sollten im Aufbau
enthalten sein. Der starke Laser wird
benötigt, um trotz des Intensitätsabfalls
im Aufbau kurze Belichtungszeiten zu
gewährleisten.
Bei der Verwendung von HOE muss
man beachten, dass sich die Effekte nur
unter festen Randbedingungen erzielen
lassen, die für die Rekonstruktion
der Hologramme vorgegeben sind. Eine
universelle Verwendung vergleichbar zu
herkömmlichen optischen Elementen ist
nicht möglich.
Die HOE sind so spezifisch, dass sie für
jeden Verwendungszweck spezifisch hergestellt
werden müssen und nur für diesen
verwendbar sind, bzw. unter leicht
veränderten Bedingungen keine guten
Effekte erzielen. Beispielsweise war der
gebündelte und nur leicht divergente
Strahl, der im Versuchsaufbau (vgl.6.6)
auf meine holografische Linse traf, dem
Referenzstrahl der Aufnahme offensichtlich
bereits so unähnlich, dass der durch
die Linse aufgeweitete Strahl keine homogene
Lichtverteilung aufwies, sondern
aus vielen kleinen Flecken bestand.
Bei der Verwendung von HOE müssen
immer auch andere, eventuell unerwünschte
Beugungsordnungen berücksichtigt
werden. Die von mir hergestellten
optischen Linsen wurden so
aufgenommen, dass sie in ihrer Wirkung
für Demonstrationszwecke mit herkömmlichen
Linsen vergleichbar sind.
Objektstrahl und Referenzstrahl wurden
dazu bei der Aufnahme vor dem Film
wieder zusammengeführt.
Bei der praktisch technischen Verwendung
bieten sich aber Linsen mit
dezentralem Brennpunkt an, da die
0.Beugungsordnung dann nicht mehr
weiter im Strahlengang mitgeführt werden
muss.
Mein Gitter, welches im Versuchsaufbau
als Strahlteiler verwendet wurde, befand
sich zu nahe am Brennpunkt der Linse
und dunkelte an der kleinen Stelle stark
nach. Die Nachdunklung ist auf das Vorhandensein
der Silberhalogenide an den
unbelichteten Stellen des Films zurückzuführen.
Für Anwendungen mit starker
Lichtbündelung bietet sich daher ein
Bleichverfahren mit Fixierung an. Die
Beugungseffizienz nimmt dabei zwar ab,
die Filme können aber nicht nachdunkeln.
Als Filmmaterial für HOE empfehlen
sich aus meiner Erfahrung heraus Fotopolymere.
Diese müssen nicht chemisch
entwickelt werden und sind nur als Phasenhologramme
verwendbar. In dieser
Funktion haben sie jedoch sehr gute Eigenschaften.
Fotopolymere sind robust
und haben eine hohe Beugungseffizienz,
sind aber teuer.
Heute ist es möglich, computergenerierte
Hologramme (CGH) herzustellen. Sie
sind, wie der Name schon sagt, errechnete
und übertragene Transmissionshologramme.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten,
diese Muster zu übertragen. Die
Üblichsten sind Lithografien mit Lasern,
Verkleinerungen und Ätzungen. Diese
Hologramme sind besonders geeignet für
HOE, da sie perfekt, also frei von störenden
Interferenzbildern sind. Die Herstellung
guter CGH ist jedoch nur mit
spezieller Ausrüstung möglich.
Die Vielzahl der technischen Verwendungsmöglichkeiten
von HOE ist
überraschend und es erschließen sich
Verwendungsmöglichkeiten, die mit herkömmlichen
optischen Elementen nicht
ausfüllbar sind. Deshalb und wegen der
guten Herstellungsmöglichkeiten bin
ich überzeugt, dass die Verwendung von
HOE in unserem Lebensumfeld rapide
zunehmen wird.
8 Zusammenfassung
Mit eigenständiger Arbeit konnte ich
Verfahren zur Herstellung von HOE sowie
deren Qualität verbessern. Hier ein
kurzer Überblick über die wichtigsten
Ansätze und Entwürfe:
Man kann optische Elemente direkt
einsetzen, um mit ihren Effekten Objekte
für die Herstellung von HOE zu ersetzen.
Die verwendeten Elemente selbst
werden nicht objektartig abgebildet,
solange sich keine zusätzlichen objektartigen
Gegenstände im Bild befinden. Die