Wiedergabe des Hologramms - Gymnasium Mariengarden

Die Aufzeichnung dreidimensionaler Bilder
Caroline Girmen, Leon Pernak

Ablauf
• Einführung
• Allgemeine Definition
• Geschichte
• Aufnahme
• Wiedergabe
• Besondere Hologrammtypen
• „Dicke“ Hologramme
• Echtfarbige Hologramme
• Anwendungsbereiche

Einführung
Holografie von holos (gr.) = ganz/ganzheitlich und
graphein (gr.) = schreiben/zeichnen
• Methode zur Aufzeichnung sowohl der Intensität als
auch der Phase des Lichts
• durch Interferieren der Wellen wird die
Phasenänderung in Änderung der Amplitude
umgewandelt und nur diese Amplitude des Lichts
(Intensität des Lichts) kann auf dem Material
gespeichert werden
• → es werden dreidimensionale Informationen eines
Objekts durch die relative Phase aufgenommen

Allgemeine Definition
• Als Holographie bezeichnet man die Aufnahme (und
Wiedergabe) eines dreidimensionalen optischen
Wellenfeldes mit seiner gesamten Amplituden- und
Phaseninformation auf eine zweidimensionale Ebene
unter Ausnutzung der Interferenzfähigkeit zweier oder
mehrerer kohärenter Wellen.

Geschichte
• 1948 Methode vom ungarischen Physiker Dennis Gabor zur
Überlagerung von Lichtwellen, welche sowohl Amplitude als
auch Phase speichert
• → ursprünglich wollte er damit die Auflösung von
Elektronenmikroskopen verbessern (das Ergbenis war jedoch
nicht zufriedenstellend, da nicht genügend kohärentes Licht zur
Verfügung stand)
• 1960 Erfindung des Lasers von T.H. Maiman
• 1962 Leith und Uptnieks Entwicklung der Off-Axis-Holografie
(Lichtstrahl fällt schräg auf die Holografieplatte)
• 1962 U.N. Denisyuk Entwicklung von Weißlichthologrammen
(Mischung aus Echtfarbfotografie und Weißlichthologrammen)
• 1971 erhielt Dennis Gabor einen Nobelpreis in Physik für seine
Entdeckung

•
Aufnahme

Aufnahme
• Voraussetzungen:
• Licht muss kohärent sein → also an jedem Punkt in Phase
• hochauflösendes Speichermedium z.B. Fotoplatte
• Laserstrahl wird durch halbdurchlässigen Spiegel in zwei Teile
zerlegt
• erster Teil gelangt direkt zum Film
• zweiter Teil gelangt zum fotografierenden Objekt und wird
reflektiert
• der reflektiere Strahl trifft dann ebenfalls auf den Film und
bildet zusammen mit dem ersten Teil ein Interferenzmuster
• dadurch kann man sowohl Intensität als auch relative Phase des
Lichts aufzeichnen

Nach der Aufzeichnung ist das Interferenzmuster von Objekt- und Referenzwelle
auf dem Film gespeichert. Zur Wiedergabe wird nun eine Lichtquelle mit Licht
DERSELBEN WELLENLÄNGE und im SELBEN WINKEL wie bei der Aufnahme
hinter dem Film platziert:

• Das vom Gehirn hinter dem Film konstruierte Bild ist die Darstellung des abgebildeten
Gegenstandes, sie wirkt dreidimensional! Durch Veränderung der Sichtposition (Auge) vor dem
Schirm kann man das Objekt von verschiedenen Seiten betrachten.

Das wahrgenommene virtuelle Bild (Bild HINTER dem Film, auf der Seite
der Lichtquelle) ist die korrekte Bildwiedergabe des aufgenommenen
Gegenstandes und besteht aus den divergenten
(auseinandergehenden) von der Lichtquelle ausgesandten Strahlen.
Dieses Bild wird auch orthoskopisch genannt.
Es kann ein zweites Bild wahrgenommen werden, durch andere Winkel,
in denen das Auge die konvergenten Interferenzstrahlen wahrnimmt.
In diesem Bild wirken die Punkte, die im Objekt bei der Abbildung
weiter weg waren näher am Betrachter und die ehemals näheren
Punkte wirken weiter entfernt, es entsteht eine Art Negativ wie bei
einem normalen Schwarzweißbild. Dieses Bild wird auch
pseudoskopisch genannt.

Hologrammtypen
• Transmissions- und Reflexionshologramme
• → Unterscheidung ob Hologramm im transmittierten
Licht oder im vom Hologramm reflektieren Licht
betrachtet werden muss
• Amplituden- und Phasenhologramme
• → Unterscheidung nach Art der Modulation des
Wiedergabesignals durch Schwärzung auf der Filmplatte
• Dicke und Dünne Hologramme
→ Unterscheidung nach der Dicke des Speichermediums

„Dicke“ Hologramme (Weißlicht)
• Aufnahme: Speicherung einer Tiefenstruktur
(tatsächliche 3D-Speicherung)
• Wiedergabe: mit gewöhnlichem, weißen Licht, die
Braggbedingung wählt dabei die jeweils passende
Wellenlänge aus (s.u.)
• bei der ursprünglichen Erzeugung mit Lasern in den
drei additiven Grundfarben (rot, grün, blau) erscheint
auch das dreidimensionale Bild bei Betrachtung in
diesen Farben

Die Bragg-Bedingung
nλ = 2d·sin α
n: natürliche Zahl;
d: Netzebenenabstand des Mediums;
α: Einfallswinkel Licht;
Bedingung für Reflexion an Bragg-Gittern (Gitter, bei dem die
„Stäbe“ räumlich versetzt sind || Kristall
-> Ursprung der Braggbedingung)
Grundsätzliche Aussage: Referenzwelle muss bei Wiedergabe im
selben Winkel wie bei der Aufnahme auf das Aufnahmemedium
fallen
Herleitung: Interferenz bei Kristallstrukturen, Eigenschwingungen
bei Atomen
Gilt für Volumenhologramme allgemein

Echtfarbige Hologramme
• Herstellung mit weißen Lasern, die die der
Grundfarben enthalten
• holografischer Film muss für alle 3 Farben empfindlich
sein (nur bei wenigen Medien gegeben)
• wichtig zu Beachten: die Wellenlängen der Farben
werden unterschiedlich gebeugt
• → daher muss der Laser für die Wiedergabe in einem
speziellen Winkel zum Hologramm stehen, sodass die
einzelnen rot, blau und grünen Bilder an einem Ort
entstehen

Anwendungsbereiche
existierende Anwendungen:
• Hologramme als Echtheitssiegel (EC-Karten)
• Digitale Holografie ( u.a. Simulierung des entstehenden
Hologrammmusters)
• 3D-Fotografien
• erste holografische Speichermedien ( 300GB auf einer DVD-großen
Holo-Disc)
theoretische Anwendungen:
• schnelle hochkapazitive Speichermedien (einige TB auf würfelgroßen
Kristallen mit Zugriffszeiten von bis zu 1GB/s)
• 3D visualisierte Bildschirme in Farbe

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