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Durch Laserlicht können Objekte dreidimensional dargestellt werden, während normale Photographie nur zweidimensionale flache Bilder abbildet.
Um das Prinzip der Holographie zu begreifen muß man wissen was Licht ist: Licht ist eine elektromagnetische Welle, ähnlich einer Wasserwelle. Der Abstand zwischen zwei Wellenbergen heißt Wellenlänge und gibt beim Licht die Farbe an. So hat zum Beispiel rotes Licht die Wellenlänge von 0,65 µm (lang) und blaues 0,5 µm (kurz). Die Sonne oder Lampen erzeugen Licht, daß dann in alle Richtungen ausgesendet, gestreut, absorbiert oder reflektiert wird. Von einem Gegenstand breitet sich dann eine Lichtwelle (=Objektwelle) aus. Aus dieser Schwingung kann man ablesen:
Die Wellenlänge, die die Farbe angibt.
Die Helligkeit ist durch die Amplitude (Höhe) der Schwingung gegeben.
Die dreidimensionale Struktur des Objekts ist in der Form der Wellenfronten gegeben. Das heißt es gehen von einem Gegenstand verschieden gekrümmte Wellen aus, die ihn beschreiben. Da der Mensch mit zwei Augen sieht, entsteht im Hirn ein dreidimensionaler Eindruck, weil man praktisch gleichzeitig von zwei verschiedenen Punkten Lichtwellen empfängt.
Die Holographie ist jene Technik mit der es praktisch gelingt, dreidimensionale Objektwellen einzufangen und \"einzufrieren\". Wenn zu einem späteren Zeitpunkt das holographische Bild beleuchtet wird kann man den Gegenstand dreidimensional sehen. Das kann man auf einem Foto nicht. Die Holographie wurde von Dennis Gabor von 1948 bis 1951 entwickelt, dann von den beiden Amerikaner Leith und Upatnieks weiterentwickelt.
Das Herstellen von einem Hologramm erfolgt wie bei der Fotografie durch Speicherung auf einer Photoplatte, jedoch nicht als Bild des Objekts. Die Lichtwellen bei einem Hologramm müssen sehr gleichmäßig strukturiert sein, daher verwendet man den Laser.
Die Aufnahme eines Hologramms basiert auf dem Prinzip der Interferenz (Wellenüberlagerung). Der aufzunehmende Gegenstand wird mit dem Laser beleuchtet und strahlt eine gekrümmte Objektwelle ab. Diese fällt auf eine Photoschicht, die sehr feinkörnig sein sollte.
Dort wird sie von einer ebenen Welle überlagert (Referenzwelle) und es entsteht ein kompliziertes Lichtmuster in Form einer Gitterstruktur. An manchen Stellen überlagern sich zwei Wellenberge und es herrscht Helligkeit. Dazwischen ist es dunkel, da Berg und Tal sich aufheben. Das Interferenzmuster wird in der Fotoschicht gespeichert, der Film wird belichtet und entwickelt. Das fertige Hologramm besteht aus hellen und dunklen Streifen. Der Abstand dazwischen beträgt nur etwa 1 µm, daher kann ihn das Auge nicht sehen. Würde man statt des Lasers eine normale Lampe verwenden, würde ein verwackeltes und verwischtes Muster entstehen, da die Wellen unregelmäßig sind. Daher können Hologramme in guter Qualität nur unter Verwendung eines Lasers aufgezeichnet werden. Zum Betrachten des Hologramms ist eine Beleuchtung nötig, die der Referenzwelle ähnelt, ansonsten entsteht ein verwackeltes, unscharfes Bild, da sich die Wellen nur teilweise überlagern.
Zeittafel:
Wann
Was
Wer
1917
Einführung des Begriffs der "stimulierten Emission"
A. Einstein
1958
Vorschlag zur Lichtverstärkung durch stimulierte Emission im optischen Bereich
L. Schawlow,
C. H. Townes
1959
Vorschlag zu Aufbau von Gaslasern
A. Javan
1959
Vorschlag zu Aufbau von Halbleiterlasern
N. G. Basov, B. M. Wul, J. N. Popov
1960
Erster Festkörper-(Rubin-)Laser (tiefrot)
T. H. Maiman
1961
Erster He-Ne-Gaslaser
A. Javan
1962
Halbleiterinjektionslaser
M. I. Nathan, W. P. Duncke
1964
Argonlaser (blaugrün)
W. B. Bridges
1964
CO2-Laser (infrarot)
W. L. Faust
1964
Nd:YAG-Laser
J. E. Geusic
1966
Farbstofflaser
P. P. Sorokin
1970
kontinuierlicher Betrieb von Halbleiterlasern bei Zimmertemperatur
I. Hayashi
1975
Edelgas-Halogen-Excimerlaser
G. A. Hart
1977
Elektronenstrahllaser (FEL)
D. A. G. Deacon
1991
Diodenlaser mit blauer Emission
M. A. Haase
Glossar:
Ar...Argon
Au...Gold
Br...Brom
Cd...Cadmium
Cl...Chlor
Co...Kobalt
CO...Kohlenmonoxid
CO2...Kohlendioxid
Cr...Chrom
Cu...Kupfer
Er...Erbium
F...Fluor
He...Helium
Ho...Holmium
Kr...Krypton
N...Stickstoff
Nd...Neodym
Ne...Neon
Ni...Nickel
O...Sauerstoff
Se...Selen
Xe...Xenon
YAG...Y3Al5O12 (Yttrium-Aluminium- Granat)
As...Amperesekunde
cm...Zentimeter
GW...Gigawatt
kJ...Kilojoule
kW...Kilowatt
Hz...Hertz
kHz...Kilohertz
μm...Mikrometer
mA...Milliampere
mJ...Millijoule
mm...Millimeter
mW...Milliwatt
nm...Nanometer
ns...Nanosekunde
Pa...Pascal
s...Sekunde
W...Watt
Ws...Wattsekunde
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