EINFUHRUNG IN DIE TECHNIK DER HOLOGRAPHIE

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1 EINFUHRUNG IN DIE TECHNIK DER HOLOGRAPHIE VON DE. HORST KIEMLE DE. DIETER RÖSS MÜNCHEN MIT 152 ABBILDUNGEN AKADEMISCHE VERLAGSGESELLSCHAFT FRANKFURT AM MAIN 1969

2 Inhalt 1 Prinzip und Entwicklung der Holographie Das Prinzip der Holographie Registrierung kohärenter Wellenfelder Aufnahme in lichtempfindlichen Medien Der Rekonstruktionsvorgang 7 l.*2. Geschichtliche Entwicklung Die Vorläufer Die Idee GABOBS und ihre Weiterentwicklung Grundlegende Versuchsanordnungen Durchlicht-Holographie Auflicht-Holographie 22 2 Abbildungseigenschaften des Flächenhologramms Aufnahme des Flächenhologramms Das Interferenzfeld von Gegenstands- und Bezugswelle Aufnahme des Interferenzfeldes Wiedergabe des Flächenhologramms Das Amplitudenhologramm Das Phasenhologramm Die räumliche Lage der Bilder Die Abbildungsgleichungen Konstruktion der Bildpunkte Eigenschaften der Bilder Diskussion der Abbildungsgleichungen Ortho- und Pseudoskopie Räumliche Trennung der rekonstruierten Wellen Nachrichtentechnische Betrachtung des Hologramms Zeigerdiagramme für Aufnahme und Wiedergabe Das Raumfrequenzspektrum Vergrößerung und Verkleinerung Ableitung der Vergrößerungen Möglichkeiten zu Vergrößerungen und Verkleinerungen Abbildungsfehler des Hologramms Die sphärische Aberration Die Coma Der Astigmatismus Fehlerfreie Abbildung 66 3 Wellentheoretische Betrachtung des Hologramms Aufnahme von Interferenzfeldern in dicken Medien (Volumenhologramme) Beobachtungen an Volumenhologrammen Der Intensitätsverlauf im Interferenzfeld Das dreidimensionale Hologramm 69

3 X Inhalt 3.2. Wiedergabe von Volumenhologrammen Das Fernfeld der rekonstruierten Wellen Die Wellenamplitude im Fernfeld Eigenschaften des Volumenhologramms Deutung des Abbildungsvorganges Möglichkeiten der Bilderzeugung Der Einfluß der Einfallsrichtung der Wiedergabewelle Der Einfluß der Wiedergabe-Wellenlänge Farbhologramme und Hologramme für Weißlicht-Rekonstruktion Überlagerung mehrfarbiger Interferenzfelder Farbwiedergabe mit Volumenhologrammen Farbwiedergabe mit LippMANN-BRAGG-Hologrammen Weißlicht-Bekonstruktion von Flächenhologrammen Auflösung holographisch rekonstruierter Bilder Unscharfe durch Beugung Unscharfe durch ausgedehnte Quellen Weitere Ursachen für Unscharfe Granulation Die Erscheinung der Granulation Wege zur Beseitigung der Granulation Einflüsse der Polarisation Hologrammherstellung bei geringer oder fehlender Kohärenz Aufnahme mit teilweise kohärentem Licht Aufnahme mit inkohärentem Licht Lichtquellen für Holographie und Einfluß begrenzter Kohärenz Strahlungseigenschaften von Laseroszillatoren Resonatoreigenschaften Einfluß des Lasermaterials Linienbreite und Amplitudenstabilität der Laserstrahlung Kohärenzanforderungen Weg- und Laufzeitunterschied Beschreibung des Interferenzfeldes Monochromatische, amplitudenstabile Lichtquelle Quellen unterschiedlicher Frequenz für Bezugs- und Gegenstandswelle Idealer Laser mit zwei Frequenzen Quasimonochromatische Lichtquelle Intensitätsspektrum und Korrelationsfunktion Realer monofrequenter Laser Multifrequenzlaser Vereinfachte Betrachtung Einfluß der transversalen Modenstruktur Diffuse Gegenstandsbeleuchtung Anforderungen bei der Rekonstruktion Zahlenbeispiele 147

4 Inhalt XI 4.3. Maßnahmen zur Verbesserung der Kohärenz von Laseroszillatoren Maßnahmen zur transversalen Modenselektion Maßnahmen zur axialen Modenselektion Praxis der Holographie Auswirkung von Bewegungen des Interferenzfeldes Ursachen von Bewegungen Höchstzulässige Phasenschwankungen Stabilisierung des Interferenzfeldes Aufnahme-Anforderungen mit großen Bewegungstoleranzen Schwingungsfreie Versuchsaufbauten Vermeidung von Kriechbewegungen Prüfung auf Stabilität Experimentierhilfen Die Herstellung beugungsbegrenzter Kugelwellen Justierung von Strahlengängen und Lochblenden Messung von Lichtintensitäten Strahlteiler Beseitigung von Mehrfachreflexionen in Aufnahmeplatten Diffuse Beleuchtung bei Auflicht-Holographie Kurzzeitholographie Unfallverhütung bei Justierarbeiten Bauteile für Impulsholographie Vervielfältigung von Hologrammen Mechanische Vervielfältigung Holographische Vervielfältigung Der Einfluß der Kopierwellenlänge Aufnahmemedien und ihre Verarbeitung Aussteuerung der Gradationskennlinie Die Wahl des Arbeitspunktes Der Wirkungsgrad des Amplitudenhologramms Der Wirkungsgrad des Phasenhologramms Einflüsse der Kennlinienkrümmung Der Einfluß der Auflösung des Aufnahmematerials Die Variation der Raumfrequenz über die Hologrammfläche FouBiBE-Transformations-Hologramme Beliebige Geometrie bei der Hologrammaufnahme Die photographische Emulsion Eigenschaften bei Verarbeitung zu Amplitudenhologrammen Phasenhologramme in photographischen Emulsionen Der SCHWARZSCHILD -Effekt Verarbeitung photographischer Emulsionen 210

5 XII Inhalt Verarbeitung zu Amplitudenhologrammen Schrumpfung der Emulsion Kompensation der Schrumpfung durch Schwellung Herstellung von Phasenhologrammen durch Bleichen Trocknung Weitere Aufnahmemedien und -verfahren Thermoplastische Hologramme Photolacke Photochromglas Alkalihalogenid-Kristalle Anwendungen der Holographie Mikroskopie und Mikroabbildung Holographische Ultramikroskopie Das Hologramm in der Lichtmikroskopie Die Erzeugung hochaufgelöster reeller Bilder Die Granulation bei Mikrobildern Anwendungen dreidimensionaler Bilder Darstellung dreidimensionaler Gegenstände Messungen an holographischen Bildern Holographische Interferometrie Messung von Verformungen undurchsichtiger Gegenstände Messung kleinster Translationen Holographische Schwingungsanalyse Interferometrie von Phasenobjekten Erzeugung von Höhenschichtlinien Das Hologramm in der Datenverarbeitung Datenspeicherung Angepaßte Raumfrequenzfilter Holographische Codierung Synthetische Hologramme Weitere Anwendungsvorschläge Mikrowellen- und Schallwellen-Holographie Hologramme als optische Bauteile Holographie in Film und Fernsehen 276 Literatur 279 Sachregister 329