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Holographie,

 

ein Verfahren, das mithilfe von kohärentem Licht (Laserlicht, Laser) dreidimensionale Bilder von Gegenständen erzeugt, die sich wie ein realer Gegenstand aus verschiedenen Blickwinkeln betrachten lassen.

 

Zur Bildaufnahme werden ein Gegenstand und ein Spiegel mit dem Licht eines Lasers bestrahlt. Das vom Gegenstand reflektierte Licht (Objektwelle) interferiert (Interferenz) mit der vom Spiegel reflektierten Referenzwelle, und das entstehende Interferenzmuster wird aufgezeichnet und gespeichert, beispielsweise auf einer Fotoplatte als charakteristisches Muster von Schwärzungen. Das so entstandene Bild nennt man ein Hologramm. Während eine normale fotografische Aufnahme nur eine Intensitätsverteilung des vom Gegenstand ausgehenden Lichts enthält, sind im Hologramm zusätzlich Informationen über Richtung, Intensität und Phasenlage (relative Lage von Wellenbergen und -tälern einzelner Wellenzüge) des vom Objekt kommenden Lichts enthalten. Zur Bildwiedergabe wird das Hologramm mit kohärentem Licht aus der gleichen Richtung beleuchtet, aus welcher bei der Aufnahme das vom Spiegel reflektierte Licht einfiel. Durch Beugung an der Schwärzungsverteilung des Hologramms erscheint dem Betrachter ein dreidimensionales, virtuelles Bild am ursprünglichen Ort.

Holographie

 

[zu griechisch hólos »ganz«], die, -, von D. Gabor 1948 entwickeltes Verfahren der Bildaufzeichnung und -wiedergabe mit kohärentem Licht, das die Speicherung und Reproduktion von dreidimensionalen (räumlichen) Bildern ermöglicht.

 

Sehen eines räumlichen Gegenstandes bedeutet die Registrierung des vom Objekt ausgehenden Lichtwellenfeldes, wobei der räumliche Eindruck dadurch entsteht, dass die Augen horizontal gegeneinander versetzt sind. Bei der Holographie wird das originale Lichtwellenfeld durch Beugung an einem Interferenzmuster rekonstruiert. Dazu wird ein Objekt mit Licht einer (monochromatisch) kohärenten Lichtquelle (Laser) beleuchtet und das vom Objekt durch Reflexion, Transmission, Streuung oder Beugung veränderte Licht (Objektwelle) mit einer kohärenten Vergleichswelle (Referenzwelle) überlagert. Von dem entstehenden Interferenzwellenfeld (Interferenz) wird ein zweidimensionaler (ebener) Ausschnitt als Intensitätsbild auf einer Fotoplatte aufgezeichnet, das Hologramm. Während bei einer normalen Fotografie nur die Intensitätsverteilung der Objektwelle auf der Fotoplatte registriert wird, enthält das Hologramm zusätzliche Informationen über Richtung und Wellenlänge des Referenzlichtes und die Phasenlage der Objektwelle in Form von Schwärzungen mit räumlichen Abständen von etwa einer halben Wellenlänge.

 

Zur Wiedergabe wird das Hologramm mit (monochromatisch) kohärentem Licht aus der gleichen Richtung beleuchtet, aus der bei der Aufnahme die Referenzwelle einfiel. Dabei entstehen hinter dem Hologramm zu beiden Seiten des direkten Lichtbündels durch Beugung an der Schwärzungsverteilung zwei Lichtbündel, von denen das eine an der Stelle ein virtuelles Bild liefert, wo sich bei der Aufnahme das Objekt befand; das andere Bündel erzeugt ein reelles Bild hinter dem Hologramm. Beide Bilder repräsentieren die originale Objektwelle, sind also dreidimensionale Rekonstruktionen des Objekts. Das virtuelle Bild kann von verschiedenen Blickrichtungen aus betrachtet oder fotografiert werden, dabei ändert sich die Perspektive mit der Entfernung. Das reelle Bild lässt sich ohne Linse direkt fotografieren oder auf einem Schirm betrachten.

 

Da die Schwärzungsverteilung im Hologramm über die ganze Fotoplatte verteilt ist (daher die Bezeichnung Holographie), kann mit jedem genügend großen Teil eines Hologramms das gesamte Objekt (allerdings mit verminderter Wiedergabequalität) rekonstruiert werden. Ferner lassen sich auf der gleichen Fotoplatte mehrere Beugungsbilder speichern und rekonstruieren: entweder solche, die von verschiedenen Objekten aus unterschiedlichen Richtungen stammen, oder solche, die vom gleichen Objekt durch Beleuchtung mit verschiedenfarbigem kohärenten Licht (von mehreren Lasern) erzeugt wurden. Im letzten Fall erfolgt bei der Wiedergabe durch Bestrahlung mit den gleichen Farben eine farbige Rekonstruktion.

 

Überlagert man einem normalen Hologramm in vertikaler Richtung ein ebenfalls holographisch erzeugtes optisches Beugungsgitter (horizontale Streifen im Abstand von etwa einer halben Lichtwellenlänge), so kann man das entstehende Weißlichthologramm (Regenbogenhologramm) für die Rekonstruktion mit weißem Licht bestrahlen und sieht je nach dem gewählten vertikalen Betrachtungswinkel das Bild in der Farbe, die vom Gitter unter diesem Winkel gebeugt wird; in horizontaler Richtung bleibt der räumliche Eindruck entsprechend der beidäugigen Betrachtung erhalten. Ein ähnlicher Effekt ergibt sich, wenn man das Interferenzwellenfeld statt auf einer dünnen auf einer mehrere Wellenlängen dicken Fotoplatte registriert (Volumenhologramm). Die entstehende räumliche Schwärzungsverteilung selektiert bei der Rekonstruktion mit weißem Licht automatisch die Aufnahmewellenlänge(n); erfolgt die Aufnahme mit mindestens drei verschiedenen Farben, erhält man ein Weißlichthologramm in natürlichen Farben. - Hologramme können auch auf nichtfotografischem Wege hergestellt werden; fotografische Schichten werden zunehmend durch Photopolymere ersetzt, die durch Abformverfahren ähnlich wie Schallplatten vervielfältigt werden können. Beugungsbilder realer oder gedachter Objekte können auch berechnet und durch optische oder Elektronenstrahl-Lithographieverfahren hergestellt werden (synthetische Hologramme).

 

Wichtige Anwendungsmöglichkeiten der Holographie sind: 1) die holographische Aufnahme schnell veränderlicher räumlicher Vorgänge und ihre nachträgliche Vermessung und Auswertung; 2) die holographische Interferometrie, die den Einsatz interferometrischer Messmethoden zur Untersuchung beliebig geformter, auch rauer Oberflächen ermöglicht. Sie wird als Präzisionsprüfverfahren in zahlreichen Industriezweigen angewendet, z. B. bei der Oberflächenprüfung asphärische Spiegeloptiken für große astronomische Teleskope. Im Maschinenbau können damit elastische Verformungen und Schwingungen von Objekten unter Einwirkung von Kräften, Drücken oder Temperaturänderungen durch Überlagerung von zwei kurzzeitig nacheinander aufgenommenen Hologrammen bei der Rekonstruktion in Form eines Interferenzstreifensystems sichtbar gemacht werden. Deren Analyse liefert Informationen für die Optimierung der Konstruktion und die Dämpfung unerwünschter Schwingungen; 3) die holographische Mikroskopie, bei der durch geeignete Wahl der Aufnahme- und Rekonstruktionsparameter die Abbildungsmaßstäbe in weiten Grenzen so verändert werden, dass vergrößerte reelle Bilder entstehen; 4) die Verwendung von Hologrammen als optische Elemente, z. B. Linsensysteme, Beugungsgitter und Interferenzfilter. Dabei geht es nicht um die Wiedergabe von Objekten, sondern um die gezielte Transformation der auftreffenden Lichtwellen; 5) in der optischen Datenverarbeitung als optischer Speicher (holographischer Speicher) sowie zur automatischen Zeichenerkennung (lesende Maschinen). Darüber hinaus werden Hologramme als fälschungssichere Bestandteile von Scheckkarten, Banknoten u. a. sowie für Werbezwecke und als Kunstgegenstände genutzt. Die Holographie kann auch für andere Wellenphänomene eingesetzt werden, z. B. für die Formung elektromagnetischer Wellenfelder in der Radartechnik. - Schallwellen können als akustische Hologramme (Ultraschallholographie) aufgezeichnet werden, die z. B. in der Seismik Anwendung finden.

 

Die Holographie wird seit den späten 1960er-Jahren auch von Künstlern verwendet. Den Möglichkeiten der Holographie bei Environments gingen v. a. Projektgruppen des »Center of Advanced Visual Studies« in Cambridge (Massachusetts) und der Schwede C. F. Reuterswärd nach; Letzterer setzte die Holographie zusammen mit Laserstrahlen und Spiegeln auch für Bühnenbilder ein.

 

Literatur:

 

Mehr Licht. Künstlerhologramme u. Lichtobjekte, hg. v. A. Lipp u. a., Ausst.-Kat. (1985);

 B. Ernst: H. - zaubern mit Licht (a. d. Niederländ., 1987);

 J. I. Ostrowski: Holografie. Grundlagen, Experimente u. Anwendungen (a. d. Russ., Thun ³1989);

 J. Eichler u. G. Ackermann: H. (1993).

 

Hier finden Sie in Überblicksartikeln weiterführende Informationen:

 

 

Holographie: Dreidimensionale Bilder

 

Lasertechnik: Laser in der industriellen Messtechnik