Holographie. Jiirgen Eichler. Gerhard Ackennann. Springer-Verlag. Mit 109 Abbildungen

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2 Jiirgen Eichler. Gerhard Ackennann Holographie Mit 109 Abbildungen Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York London Paris Tokyo Hong Kong Barcelona Budapest

3 Prof. Dr. rer.nat. Jurgen Eichler Prof. Dr. rer.nat. Gerhard Ackennann Technische Fachhochschule Berlin FB2 SeestraBe Berlin ISBN / ISBN (ebook) Dieses Werl: isi urhebemchllich geschutzl. Die dadureh begrondeten Rechle, insbesonderedie der Obersetzung, des Nachdrucks. desvortrags, der Enlllahme von Abbildungen und Tallellen, ller Funksendung. der Mikroverfilmung oder VervielflUtigung auf andecec Wegen und tier Speicherung in Dalenverarbeilungsanlagen. bleiben, liuch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehallen. Eine VervieJfl!lligung dieses Werkes oder von Teilen dieses Wenes isi auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesettjithen Bestimmungen des Urheberrechtsgeselzcs der Bundesrepublilc. Deutschland vom 9. SepICmber 1965 in der jeweils gellenden Fassung wnwig. Sic isi grundslilzlich vergulungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den SUaibeslimmungen des Urhebemchlsgeselzes. C Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1993 Softcover reprint of the hardcover 1 st edition 1993 Die Wiedergabe von Oebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Buch berechtigt auch ohne besondere Kennzeithnung niehl zu der Annahme, dab solche Namen im Sinne derwarenzeieben- und Marl:enschutz-Gesetzgebung als!rei zu belrachten wllren und daher von jedennann benutzt werden durften. Sollie in diesem Werl: direkl oder indirekt aufgeselze, Vorschriften oder Richllinien (z.b. DIN, VDI, VDE) Bewg genommen oder aus Ihnen ziliert worden sein, so kann der Verlag keine GewlUlr fur die Richtigkeil, Vollsllindigkeil oder Akrualitttt Ubemehmen. Es empliehl! sith, gegebenenfalls fur die eigenen Arbeiten die voltstllndigen Vorschriften oder Richtlinien in der jeweils g1iltigen Fassung hinzuzuziehen. Satz: Reproduklionsfenige Vorlage der AUloren Umschlaggestaltung: H. Struve & Panner, Heidelberg I O Gedruckt auf stturefreiem Papier

4 Vorwort Hologramme begegnen uns im Alltag: Scheckkarten, Banknoten, Einreisevisa, Briefmarken und andere Markierungen werden durch Hologramme Hilschungssicher gemacht. Namhafte KUnstler benutzen das neue Medium, um dreidimensionale Bilder aus Licht zu gestalten. Daneben dringt die Holographie zunehmend in die Technik ein: Interferometrische Verfahren zur MaterialprUfung und Schwingungsanalyse, holographische Gitter, Linsen und andere optische Bauelemente, holographische Speicher, Displays und weitere Methoden gewinnen stark an Bedeutung. Aufgrund dieser Entwicklungen fuhrt die Technische Fachhochschule Berlin seit etwa einem Jahrzehnt Laborkurse zur Holographie fur Studenten, Ingenieure und Praktiker durch. Diese Lehrveranstaltungen wurden gemeinsam mit Prof. H. Sttirzebecher, GUnther Hoffmann und Dipl. Ing. Claudia SchneeweiB aufgebaut; das Arbeiten mit ihnen hat mit zum Enstehen dieses Buches beigetragen. Bei der Wiederholung dieser Kurse in mehreren Uindern wurden Hologramme, teilweise unter improvisierten Bedingungen, in Rio de Janeiro, S"ao Paulo, Joao Pessoa, Montevideo und New York hergestellt. Aus diesen Erfahrungen entstand dieses Buch, ein Teil wahrend Gastprofessuren an den Universitaten (UFRj und PUC) in Rio de Janeiro und an der City University of New York. Nattirlich haben wir auch andere BUcher zur Holographie gelesen und Gutes daraus Ubernommen. Zusatzlich haben wir viel in Diskussionen mit M. Baumstein, j. Lunazzi, G. Rosowski, G. Saxby, N. Philips, D. Schweitzer und anderen Fachleuten gelernt. Wir danken Herrn C. Delgado, Rio de Janeiro, fur die Herstellung der Bilder und besonders Frau Rebekka Orlowsky, M.A., Berlin, fur die Geduld und viele Hinweise bei der sprachlichen Uberarbeitung des Manuskriptes. Wir widmen dieses Buch Sascha, Steffi, Hans, Evelyn, Ursula, Susanne, Ulrich und Holger. Berlin, im April 1993 JUrgen Eichler Gerhard Ackermann

5 Inhaltsverzelchnis A Grundlagen der Holographie 1 Einleitung 1.1 Photographie und Holographie 1.2 Interferenz und Beugung 1.3 Historische Anfange Grundlagen der Holographle Holographische Aufnahme und Wiedergabe Mathematische Formulierung Konjugiertes Bild Raumfrequenzen im Hologramm Beugungsgitter und Fresnel-Linse Interferenz von Lichtwellen 25 3 Dlrekte Verfahren der Holographle In-line-Hologramm (Gabor) Off-axis-Hologramm (Leith-lipatnieks) Fourier-Hologramm (linsenlos) Fraunhofer-Hologramm Reflexionshologramm (Denisjuk) 38 4 Hologramme von BUdem Image-plane-Hologramm Zweistufiges Transmissions- und Reflexionshologtoamm 42

6 VIII 4.3 Regenbogenhologramm 4.4 Doppelseitiges Hologramm 4.5 Fourier-Hologramm AbbUdungselgenschaften von Hologrammen Hologramm eines Punktes Eigenschaften der Lichtquelle Leuchtdichte des Bildes Speckles im Bild Auflosungsvermogen 62 6 Typen von Hologrammen 6.1 tibersicht 6.2 DUnne Hologramme 6.3 Volumenhologramme B Technik der Holographle 7 Bauelemente und Luer zur Holographie Kohiirenz und Interferometer Moden und Kohiirenz Gaslaser fur die Holographie Festkorperlaser fur die Holographie Linsen und Raumfilter Polarisatoren und Strahlteiler Isolierung von Schwingungen 7.8 Halbleiterlaser und Fasern Grundlagenversuche 1m. holographlachen Praktikum Polarisation und Brewsterwinkel Versuche mit Linsen Beugungs- und Interferenzversuche Messungen zur Holographie mit Interferometern Herstellung von Gittern und einfachen Hologrammen Experimentieren in der Dunkelkammer

7 IX 9 Experimentelle Anordnungen zur Elnstrahl- Holographie Aufbau fur Reflexionshologramme 9.2 Aufbau fur Transmissionshologramme 9.3 Versuche zur Rekonstruktion Anordnungen zur Zweistrahl-Holographie 10.1 Aufbau fur Transmissionshologramme 10.2 Aufbau fur Reflexionshologramme Zwelstufige Verfahren - Hologramme von Blldem Herstellung eines Masterhologramms (Hl) WeiBlicht-Reflexionshologramme (H2) We iblicht - Transmissionshologramme Weltere Verfahren der Holographie Schattenwurfhologramm Einstufiges Regenbogenhologramm Mehrfachbelichtungen Multiplex-Hologramme Ho!ographie Farbholographie Elgenschaften holographlscher Schlchten 13.1 Transmissions- und Phasenkurven 13.2 Auflosung und Beugungswirkungsgrad 13.3 Rauschen von Schichten 13.4 Nichtlinieare Effekte Aufzelchnungsmedien fur Hologramme 14.1 Silberhalogenidschichten 14.2 Belichtung, Enwicklung und Bleichung

8 x 14.3 Dichromatgelatine Thermoplastische Filme Photolack Andere Speichermedien 215 C Anwendungen der Holographie Holographiache Interferometrle Doppelbelichtungsinterferometrie Echtzeitinterferometrie Grundgleichung der Hologramminterferometrie Das Holodiagramm Zeitmittelinterferometrie 15.6 Speckle-Interferometrie Holographiach-optl8che Elemente 16.1 Linsen, Spiegel, Gitter 16.2 Computerhologramme Holographie unci Informatik Zeichenerkennung Neurocomputer Digitale holographische Speicher Holographle und Kommunlkatlon Holographie in Kunst und Graphik Holographischer Film Holographisches Femsehen Holographisches Display S Pragehologramme 262 Uteraturverzelchnls