HOLOGRAPHIE I : VOM GITTER ZUM 3D- HOLOGRAMM

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1 27-1 HOLOGRAPHIE I : VOM GITTER ZUM 3D- HOLOGRAMM Vorbereitung: Interferenz, Sinusgitter und Zonenplatte, Kohärenz, Laser, Prinzip der Holographie (Aufnahme und Rekonstruktion), Amplituden- und Phasenholographie, Transmissions- und Reflexionsholographie, Volumenholographie (Bragg-Bedingung), Amplitudentransmissionsgrad, Stabilitätsanforderungen, Michelson-Interferometer, Anforderungen an das Fotomaterial, Grundlagen der Filmentwicklung. Informieren Sie sich mit Hilfe der Informationsmappe Holographie I auch über die praktische Durchführung der Aufgaben (Aufbauten, Intensitätsverhältnis zwischen Referenz- und Objektstrahl, Belichtungszeiten, Behandlung des Holographie-Films, Filmentwicklung,...). Sie können eigene Objekte zur Hologrammanfertigung mitbringen. Geeignet sind helle Objekte von nicht mehr als 5 cm Größe. Zur Dokumentation der Hologramm-Bilder wird eine Digitalkamera eingesetzt. Literatur: Informationsmappe Holographie I Aufgaben: Achtung! Die verwendete Laserstrahlung kann bleibende Augenschäden verursachen! Nie direkt in einen unaufgeweiteten oder fokusierten Strahl blicken! Achten Sie auf die Gefahr durch Reflexionen des Strahls (z. B. an Uhrengläsern)! Vorsicht mit Linsen, die den Strahl bündeln können! Die bei der Filmentwicklung verwendeten Chemikalien sind zum Teil reizend oder giftig! Sie können ferner Flecken auf der Kleidung verursachen! Nicht verschlucken oder in die Augen bringen! Handschuhe und Schürze tragen! 1) Computergenerierte Elementarhologramme Als Einstieg in die Holographie werden mit Hilfe des Computerprogramms auf dem Bildschirm Interferenzmuster generiert. Dabei kann jeweils die Überlagerung einer senkrecht einfallenden ebenen Referenzwelle mit den Objektwellen folgender Objekte simuliert werden: unendlich ferner Objektpunkt, zwei unendlich ferne Objektpunkte, Objektpunkt im endlichen Abstand, zwei Objektpunkte neben- oder hintereinander, 4 Objektpunkte tetraederförmig angeordnet, Objektspalt. Das Computerprogramm ermöglicht die Veränderung der folgenden Parameter: Wellenlänge, Amplituden der Referenz- und Objektwellen, Abstand der Objektpunkte vom Hologramm, Einfallswinkel der Objektwellen, Abstand der Objektpunkte untereinander. Dokumentieren Sie jeweils die Auswirkungen der Veränderungen auf das Interferenzmuster. Die Interferenzmuster sollen jeweils gespeichert und ausgedruckt werden. Die Abhängigkeit vom veränderten Parameter ist in der Auswertung zu diskutieren.

2 27-2 2) Vorversuche (Vorversuch b) kann bei Zeitmangel ausgelassen werden.) a) Stabilität des Aufbaus Um die Stabilität des Aufbaus zu testen justiere man ein Michelson-Interferometer. Messen Sie die Zeit die bis zu einer Beruhigung der Interferenzstreifen vergeht. Untersuchen Sie den Einfluß verschiedener Störquellen (Herumlaufen im Raum, Herumlaufen im Gang, Berührung des Tisches bzw. der optischen Komponenten,...) auf die Stabilität des Interferenzmusters und leiten Sie aus den gewonnenen Ergebnissen Verhaltensregeln für die Hologrammaufnahme ab. b) Kohärenzlänge des Lasers bestimmen Das bereits justierte Michelson-Interferometer wird verwendet um die Kohärenzlänge des Lasers zu bestimmen. Dazu wird die Weglängendifferenz der Teilstrahlen vergrößert bis das Interferenzmuster nicht mehr zu erkennen ist. Wie groß ist die Kohärenzlänge des Lasers? Welchen Einfluß hat dies auf die Hologramm-Aufnahme? 3) Aufnahme optischer Elementarhologramme (einen der aufgeführten Versuche durchführen): a) Herstellung eines optischen Sinusgitters (holographischer Strahlteiler) b) Herstellung einer fresnelschen Zonenplatte (holographische Linse). Der verwendete Aufbau ist sofort im Praktikumsheft (mit allen wichtigen Abständen der optischen Elemente ) zu skizzieren! Sagen Sie das optische Verhalten (Brennweite, Ablenkwinkel) des aufgenommenen holgraph. optischen Elements anhand des gewählten Aufbaus voraus. Messen Sie mit Hilfe des Fotowiderstands das Intensitätsverhältnis zwischen Referenz- und Objektwelle und stellen Sie unter Verwendung der Graufilter ein geeignetes Verhältnis ein. Wählen Sie aufgrund der Intensitätsmessung eine geeignete Belichtungszeit t, wobei t 1 s gelten sollte. Nehmen Sie das Hologramm auf und entwickeln Sie es als Amplitudenhologramm. Rekonstruieren Sie das reelle Bild des Hologramms mit einer ebenen Welle. Messen Sie Brennweite bzw. Ablenkwinkel des Hologramms und diskutieren Sie das Ergebnis. 4. Aufnahme von räumlichen Transmissionshologrammen Nehmen Sie zwei Hologramme auf, wobei Sie genau einen der folgenden Parameter variieren: Objekt, Beleuchtung des Objekts, Belichtungszeit, Einfallswinkel des Referenzstrahls, Intensitätsverhältnis zwischen Objekt- und Referenzstrahl. Achten Sie bei der Justage des Aufbaus auf eine gute Beleuchtung des Objekts.

3 27-3 Skizzieren Sie den verwendeten Aufbau sofort im Praktikumsheft. Messen Sie den Winkel unter dem der Referenzstrahl einfällt. Abbildung 1: Ein möglicher Aufbau zur Aufnahme von Transmissionshologrammen. Messen Sie mit Hilfe des Fotowiderstands das Intensitätsverhältnis zwischen Referenz- und Objektwelle und stellen Sie unter Verwendung der Graufilter ein geeignetes Verhältnis ein. Nehmen Sie das Hologramm auf und entwickeln Sie es. Rekonstruieren Sie virtuelles und reelles Bild mit der kohärenten Referenzwelle sowie mit inkohärentem Weißlicht (Reflektorlampe) und erklären Sie Ihre Beobachtungen. Bestimmen Sie den Winkel unter dem das virtuelle Bild rekonstruiert wird. Verändern Sie die Strahldivergenz bzw. den Abstand des Zentrums der kohärenten Rekonstruktionswelle vom Hologramm und diskutieren Sie die Veränderungen des Bildes. Erläutern Sie die Unterschiede zwischen den zwei aufgenommenen Hologrammen und dokumentieren Sie die virtuellen Bilder mit der Digitalkamera.

4 27-4 Abbildung 2: zwei Perspektiven eines im Praktikum hergestellten Transmissionshologramms. HOLOGRAPHIE II: SPEZIELLE VERFAHREN AUS DER HOLOGRAPHIE Der Praktikumsversuch stellt die Fortführung des Versuchs Holographie I dar. Vorbereitung: Bragg Reflexion, Volumen-Weißlichthologramm, Denisyuk-Methode, Bleichung von Hologrammen, Interferometrie, Echtzeitverfahren, Doppelbelichtungsverfahren, Zeitmittelungsverfahren, Interpretation der Interferenzen. Informieren Sie sich anhand der Informationsmappe zum Versuch über die praktische Durchführung der im Aufgabenteil verlangten bzw. vorgeschlagenen Aufgaben. Sie können eigene Objekte zur Hologramm-Aufnahme mitbringen. Literatur: Informationsmappe zum Versuch Holographie II Aufgaben: Achtung! Die verwendete Laserstrahlung kann bleibende Augenschäden verursachen! Nie direkt in einen unaufgeweiteten oder fokusierten Strahl blicken! Achten Sie auf die Gefahr von Reflexionen des Strahls (z.b. an Uhrengläsern)! Vorsicht mit Linsen, die den Strahl bündeln können! Die bei der Filmentwicklung verwendeten Chemikalien sind zum Teil reizend oder giftig! Sie können ferner Flecken auf der Kleidung verursachen! Nicht verschlucken oder in die Augen bringen! Handschuhe und Schürze tragen! 1) Aufnahme von Volumen-Weißlichthologrammen: Aufbau und Justage der Denisyuk-Methode mit Hilfe des Holowürfels. Informationen hierzu finden Sie in der Informationsmappe. Auswahl eines geeigneten Objekts. Anordnung des Objekts auf der Filmhalterung ausprobieren. Filmhandling mit einem alten Film üben (Aufbringen des Films auf die Glasscheibe bei Dunkelheit, Plazierung der Filmhalterung auf dem Würfel). Aufnahme zweier Hologramme. Verändern Sie bei der zweiten Aufnahme genau einen der folgenden Parameter: Objekt, Anordnung des Objekts auf dem Film, Belichtungszeit (sie sollte jeweils zwischen 12s und 20s betragen). Entwicklung und Bleichung der Hologramme. Rekonstruktion der Hologramme mit Weißlicht (Reflektorlampe). Warum ist das Bild bei einem größeren Abstand des Hologramms zur Lampe schärfer? Versuchen Sie die Farbe des rekonstruierten Bilds zu variieren, indem Sie den Beleuchtungs- und den Beobachtungswinkel in geeigneter Weise ändern. Welche Unterschiede bestehen zwischen Ihren beiden Hologrammen? Erklären Sie Ihre Beobachtungen. 2) Im weiteren Versuchsablauf haben Sie die Möglichkeit eigene Ideen zu verwirklichen:

5 27-5 Sie können auf Aufgaben des ersten Versuchstags zurückgreifen und nicht durchgeführte Teilaufgaben lösen oder aus den untenstehenden Aufgaben auswählen. a) Eigene Idee. Skizzieren Sie den Versuchsaufbau in das Praktikumsheft. Dokumentieren und erläutern Sie Ihr Ergebnis. b) Holographische Interferometrie: Aufnahme mit der Doppelbelichtungsmethode. Als Objekt dient ein Metallblech, das vor der zweiten Belichtung durch einen Elektromagneten verbogen wird. Nehmen Sie zwei Hologramme auf, bei denen Sie mit unterschiedlich starker Verbiegung des Blechs arbeiten. Dokumentieren Sie das Ergebnis mit der Digitalkamera. Erklären Sie die Unterschiede zwischen den beiden Hologrammen. Der Versuchsaufbau und die Durchführung sind in der Informationsmappe beschrieben. Aufnahme mit der Doppelbelichtungsmethode. Objekt nach Ihrer Wahl. Anregungen sind in der Informationsmappe zu finden. Dokumentieren Sie das Ergebnis mit der Digitalkamera. Diskutieren Sie das Ergebnis. Aufnahme mit der Zeitmittelungsmethode. Als Objekt dient eine schwingende Lautsprechermembran. Nehmen Sie zwei Hologramme auf. Verändern Sie bei der zweiten Aufnahme entweder die Frequenz oder die Amplitude der Schwingung. Eine Aufnahme soll bei 1,76kHz durchgeführt werden. Dokumentieren Sie das Ergebnis mit der Digitalkamera. Erklären Sie die Unterschiede zwischen den beiden Hologrammen. Der Versuchsaufbau und die Durchführung sind in der Informationsmappe beschrieben. c) Man kann in einem Hologramm zwei Bilder speichern, die bei unterschiedlichen Einfallswinkeln der Referenzwelle rekonstruiert werden. So kann man beispielsweise eine Fortsetzungsgeschichte speichern. Wie ist das möglich? Versuchen Sie eine Aufnahme (Transmissionshologramm). Dokumentieren Sie das Ergebnis mit der Digitalkamera. 00.Word 97