Bionik: Technik nach dem Vorbild der Natur - Junge Wissenschaft
Bionik: Technik nach dem Vorbild der Natur - Junge Wissenschaft
Bionik: Technik nach dem Vorbild der Natur - Junge Wissenschaft
Erfolgreiche ePaper selbst erstellen
Machen Sie aus Ihren PDF Publikationen ein blätterbares Flipbook mit unserer einzigartigen Google optimierten e-Paper Software.
Jugend forscht<br />
44<br />
<strong>Junge</strong> <strong>Wissenschaft</strong> 85 // 2010<br />
Wellenfront Elementarwellen ausgehen.<br />
Die „Einhüllende“(-Linie) dieser<br />
Elementarwellen bildet die neue Wellenfront.<br />
Hiermit kann unter an<strong>der</strong>em<br />
das Phänomen <strong>der</strong> Beugung/ Diffraktion,<br />
also <strong>der</strong> Ausbreitung von Wellen in<br />
Schattenräume hinein, erklärt werden.<br />
Bei <strong>der</strong> Hologrammaufnahme nutzt man<br />
Interferenz: Befinden sich zwei Wellen<br />
am gleichen Ort, so überlagern sie sich<br />
dort, in<strong>dem</strong> sich ihre Phasenvektoren addieren.<br />
Im Extremfall löschen sich zwei<br />
Wellen an einem Ort aus (Wellenberg<br />
trifft auf Wellental – destruktive Interferenz)<br />
o<strong>der</strong> verstärken sich (maximal,<br />
wenn Wellenberge o<strong>der</strong> Wellentäler aufeinan<strong>der</strong><br />
treffen – konstruktive Interferenz).<br />
Damit Interferenz entsteht, benötigt<br />
man kohärente Strahlung.<br />
Der Laser bietet diese Strahlung. Aus ihm<br />
tritt ein monochromatisches, also einfarbiges<br />
Licht mit nur einer bestimmten<br />
Wellenlänge aus, welches intensiv ist und<br />
in <strong>dem</strong> die Lichtwellen im Strahlquerschnitt<br />
in <strong>der</strong> gleichen Schwingungsphase,<br />
also kohärent bzw. phasengleich sind.<br />
Teilt man einen Laserstrahl und führt<br />
ihn an an<strong>der</strong>er Stelle wie<strong>der</strong> zusammen,<br />
so sind die beiden aufeinan<strong>der</strong> treffenden<br />
Teilstrahlen nicht mehr phasengleich,<br />
son<strong>der</strong>n stehen je <strong>nach</strong> Wegunterschied<br />
in einer bestimmten Phasenbeziehung<br />
zueinan<strong>der</strong>. Es entsteht ein Interferenzmuster<br />
aus hellen und dunklen Stellen,<br />
an denen sich die beiden Strahlen verstärken<br />
o<strong>der</strong> auslöschen.<br />
Bei <strong>der</strong> Holografie trifft ein Teilstrahl erst<br />
auf das Objekt und anschließend auf den<br />
Film. Dieser Strahl wird Objektstrahl genannt.<br />
Der an<strong>der</strong>e Teilstrahl trifft direkt<br />
auf den Film. Dieser Strahl ist <strong>der</strong> Referenzstrahl.<br />
Man kann die Interferenz dieser<br />
bei<strong>der</strong> Teilstrahlen auf einem hochauflösenden<br />
Film aufnehmen und erhält<br />
so ein Hologramm. Im Hologramm sind<br />
die Phasendifferenzen <strong>der</strong> Lichtwellen<br />
dieser beiden Strahlen gespeichert.<br />
Bei <strong>der</strong> Wie<strong>der</strong>beleuchtung mit <strong>dem</strong> Referenzstrahl<br />
ist ein Abbild des Objekts<br />
zu sehen. Die Wellen des Referenzstrahls<br />
treffen auf das Hologramm und werden<br />
von diesem gebeugt. Sie interferieren<br />
hinter <strong>dem</strong> Hologramm miteinan<strong>der</strong>.<br />
Ihre Amplituden verän<strong>der</strong>n sich und die<br />
so entstehenden hellen und dunklen Stellen<br />
sind die Bildpunkte des Objektes.<br />
Abb. 1: Fresnel’sche Zonenplatte<br />
Abb. 2.: Beugung an einer Zonenplatte: Konvexe Wirkung<br />
Als Hologramm kann man das Abbild<br />
des Objektes o<strong>der</strong> den Film selbst bezeichnen.<br />
2.1 Das Aufnahmeprinzip<br />
Wie schon beschrieben, muss man zwei<br />
Strahlen zur Interferenz bringen, um<br />
ein Hologramm aufnehmen zu können.<br />
Der eine Strahl besteht in <strong>der</strong> Regel aus<br />
<strong>dem</strong> vom Objekt reflektierten Licht (Objektstrahl).<br />
Der zweite Strahl (Referenzstrahl)<br />
kommt prinzipiell unverän<strong>der</strong>t,<br />
d.h. lediglich aufgeweitet und mit einem<br />
Raumfilter (einer mikroskopischen<br />
Lochblende im Linsenbrennpunkt) gereinigt<br />
und ggf. kollimiert (Fachbegriff<br />
für parallelisiert) auf den Film. Dies<br />
bringt die genausten Ergebnisse bei <strong>der</strong><br />
Rekonstruktion. Je <strong>nach</strong> Lage <strong>der</strong> Objektpunkte<br />
sind die reflektierten Wellen<br />
phasenverschoben zum Referenzstrahl<br />
und löschen sich mit diesem punktuell<br />
aus o<strong>der</strong> verstärken sich. Als Beispiel für<br />
ein Interferenzbild wird das Hologramm<br />
eines Punktes betrachtet. Eine von einem<br />
Punkt reflektierte Welle ist eine Kugelo<strong>der</strong><br />
Elementarwelle. Interferiert sie<br />
mit den ebenen Wellenfronten des Referenzstrahls,<br />
so erhält man ein System<br />
aus konzentrischen Kreisen, bei <strong>dem</strong><br />
die Abstände <strong>der</strong> Ringe mit <strong>dem</strong> Radius<br />
abnehmen. Man nennt ein <strong>der</strong>artiges