Holographie Grundlagen und Anwendungen Prof. Dr. R. Kowarschik Fragen und Aufgaben zur Vertiefung des Vorlesungsstoffes Holographie - Grundlagen und Anwendungen (2012/2013) 1. Was versteht man unter Schärfen- und Abbildungstiefe? 2. Konstruieren Sie für eine Sammellinse Nah-, Fern- und Hyperfokalpunkte! 3. Wodurch ist der Durchmesser des Zerstreuungskreises bestimmt? 4. Wie wirkt sich die Beugung bei einer Kamera mit Objektiv im Vergleich zur Lochkamera aus? 5. Wodurch ist das Auflösungsvermögen des Auges begrenzt? 6. Warum können wir mit zwei phasenblinden Detektoren (Augen) trotzdem dreidimensional sehen? 7. Welche Hinweisreize helfen uns beim 3D-Sehen? 8. Was versteht man unter binokularer Disparität für Stereopsis? 9. Erklären Sie das Prinzip der Lippmannschen Farbfotografie! 10. Erläutern Sie das Grundprinzip der Holographie! 11. Welche Rolle spielt die Kohärenz des Feldes bei der Holographie? 12. Berechnen Sie den Abstand der Intensitätsmaxima der Interferenzstrukturen bei der Überlagerung zweier ebener Wellen! 13. Wann entstehen bei der Überlagerung zweier Kugelwellen Hyperboloide oder Ellipsoide? 14. Berechnen Sie die Radien der Interferenzringe einer Fresnelschen Zonenplatte, die bei der Interferenz einer ebenen Welle mit einer Kugelwelle entsteht! 15. Was sind Denisyuk-Hologramme (Reflexionshologramme)? 16. Was beschreibt die Amplitudentransmissionsfunktion eines Speichermediums? 17. Was versteht man unter Belichtung? 18. Warum ist es sinnvoll, im linearen Teil der Kennlinie zu arbeiten, und wie kann man einen günstigen Arbeitspunkt experimentell festlegen? 1
19. Was beschreibt der Gamma-Wert einer Kennlinie? 20. Erklären Sie das Zustandekommen von primärem und konjugiertem Bild bei der holographischen Rekonstruktion! 21. Welche Eigenschaften haben die holographisch rekonstruierten Bilder? 22. Warum macht es Sinn, das Hologramm mit der ursprünglichen Referenzwelle zu rekonstruieren? 23. Welche Bilder treten auf, wenn man das Hologramm mit der konjugierten Referenzwelle rekonstruiert? 24. Was sind die Vor- und Nachteile der Inline-Holographie und der Off-axis-Holographie? 25. Welche prinzipielle Struktur hat das Ortsfrequenzspektrum der holographisch rekonstruierten Wellen? 26. Wie kann man die Überlagerung der einzelnen Spektren vermeiden? 27. Wie unterscheiden sich dünne (ebene, Flächen-) Hologramme von dicken (Volumen-, Bragg-) Hologrammen? 28. Welche Rolle spielt bei Volumenhologrammen der Braggeffekt? 29. Was versteht man unter Fresnel-Holographie? 30. Berechnen Sie das Fresnelhologramm für einen Objektpunkt und eine ebene Referenzwelle! 31. Wie kann man die Ortsfrequenz von Interferenzstreifen aus der Phasendifferenz berechnen? 32. Wodurch ist die effektive Hologrammgröße bestimmt? 33. Wie wirkt sich die Hologrammgröße auf das rekonstruierte Bild aus? 34. Was versteht man unter dem Orts-Bandbreite-Produkt (SBP) und wie kann man es im Phasenraum darstellen? 35. Wann kann man den Formalismus der Strahlmatrizen auf die Berechnung des SBP anwenden? 36. Wie ändert sich das SBP bei der Abbildung mit einer dünnen Linse? 37. Wie wird eine Kugelwelle im Phasenraum dargestellt? 38. Wie sieht das SBP im Phasenraum für die Fourier-Transformation und die Fresnel- Transformation aus? 39. Was geschieht mit dem SBP bei einer idealen Abbildung? 2
40. Welche Struktur hat das SBP bei der In-line- und Off-axis-Fresnel-Holographie? 41. Was kann man tun, um das SBP des Fresnel-Hologramms zu verringern? 42. Wie kann man das SBP des Objektes bzw. des Hologramms berechnen, wenn man die jeweilige maximale Ortsfrequenz und die Größen von Objekt und Hologramm kennt? 43. Wie kann man experimentell Fraunhofer-Hologramme aufnehmen? 44. Welche Arten der Fourier-Holographie gibt es? 45. Was sind die Vorteile der Fourier-Holographie verglichen mit der Fresnel-Holographie? 46. Warum setzt man bevorzugt die linsenlose Fourier-Holographie ein? 47. Wann kann man reelle bzw. virtuelle Bilder mit Fourier-Holographie rekonstruieren? 48. Wie sieht das SBP von Fourier-Hologrammen aus? 49. Was sind Bildfeld-Hologramme und welche Eigenschaften haben sie? 50. Wie groß ist sind die SBPs einer Linse und eines off-axis-bildfeld-hologramms? 51. Welche Voraussetzungen werden üblicherweise gemacht, um die Phasenterme der holographisch rekonstruierten Bilder zu berechnen? 52. Wie kommt man von den Phasentermen zu den Abbildungsgleichungen der Holographie? 53. Wovon hängen die Brennweiten eines Hologramms ab? 54. Welchen Einfluß hat die Lage der Rekonstruktionsquelle auf die Bildpositionen? 55. Welche Parameter kann man nutzen, um virtuelle oder reelle Bilder zu erhalten? 56. Wie kommt man zu den verschiedenen Vergrößerungen (lateral, longitudinal, Winkel-)? 57. Wie kann man die Schärfentiefe bei der holographischen Abbildung definieren? 58. Wodurch unterscheiden sich Transmissions- und Reflexionshologramme? 59. Wie kann man durch Zwei-Schritt-Verfahren reelle holographische Bilder erzeugen? 60. Wie kann man ein Objekt mit seiner Vorder- und Rückseite holographisch aufnehmen? 61. Wie werden Regenbogenhologramme aufgenommen? 62. Welche Parallaxe ist bei Regenbogenhologrammen zu beobachten? 63. Was sind Multiplex-Hologramme und wofür kann man sie einsetzen? 64. Was versteht man unter Polarisationshologrammen? 3
65. Welche Polarisation erhält man in der Hologrammebene, wenn bei der Aufnahme eine linear polarisierte und eine zirkular polarisierte Welle verwendet werden? 66. Wie sieht die Polarisation einer Gaborschen Zonenplatte in der Hologrammebene aus? 67. Was sind synthetische Hologramme (CGHs)? 68. Welche Schritte sind für die Herstellung von GCHs erforderlich? 69. Warum werden für synthetische Hologramme vor allem Fourier-Hologramme verwendet? 70. Welche Kodierungsarten gibt es? 71. Wie kann man komplexe Amplituden kodieren? 72. Welche Möglichkeiten hat man, um die iterativen Berechnungsverfahren (IFTA) zu optimieren? 73. Welche Rolle spielt die Phase der Objektfunktion? 74. Wie kann man Prägehologramme herstellen? 75. Was versteht man unter konoskopischer Holographie? 76. Mit welchen Methoden kann man die Beugung elektromagnetischer Wellen an periodischen Strukturen beschreiben? 77. Wie ist der Beugungswirkungsgrad (BWG) definiert? 78. Wie geht man bei der Methode der gekoppelten Wellen prinzipiell vor? 79. Auf welche Weise werden die Raumharmonischen im Gitterbereich mit den Beugungsordnungen außerhalb verknüpft? 80. Wie kann man die Dielektrizitätskonstante mit dem Brechungsindex und dem Absorptionskoeffizienten verbinden? 81. Wann treten Freiraumwellen bzw. evaneszente Wellen auf? 82. Was beschreibt die Bragg-Bedingung? 83. Was versteht man unter Winkel- und Wellenselektivität? 84. Welche Näherungen werden üblicherweise bei der 2-Wellen-Theorie (Kogelnik-Theorie) gemacht? 85. Wie sieht der BWG von Transmissions- und Reflexions-Volumenhologrammen im Braggfall aus? 86. Wann kann man theoretisch einen BWG von 100 % erreichen? 4
87. Wie ändert sich der BWG bei Abweichung vom Braggfall? 88. Wie kann man die Seitenbänder des BWG unterdrücken? 89. Was versteht man unter der Raman-Nath-Theorie? 90. Welche Gittertypen lassen sich gut mit der Amplituden-Transmissions-Theorie beschreiben? 91. Kann man bei dünnen Gittern einen BWG von 100 % erreichen? 92. Welche Forderungen müssen Speichermedien für die Holographie erfüllen? 93. Warum werden in der Regel Medien mit sehr hohem Auflösungsvermögen benötigt? 94. Was versteht man unter Sensitivität und Reversibilität von Speichermedien? 95. Was bedeutet digitale Holographie? 96. Welche Vor- und Nachteile haben digital-holographische Verfahren verglichen mit konventioneller Holographie? 97. Welche holographischen Schritte laufen bei der digitalen Holographie im Computer ab? 98. Was versteht man unter der Faltungsmethode? 99. Welchen Einfluß hat die Pixelstruktur der Detektoren auf die mögliche Objektgröße? 100. Welche Aufnahmegeometrien sind in der digitalen Holographie sinnvoll? 101. Was versteht man unter Phasenkonjugation und wie kann man sie mit Hilfe der Holographie realisieren? 102. Welche Anwendungen gibt es für phasenkonjugierende Spiegel? 103. Wie funktioniert die holographische Interferometrie? 104. Vergleichen Sie konventionelle und holographische Interferometrie! 105. Wie arbeitet ein holographisches Mikroskop? Was sind seine Vor- und Nachteile? 106. Welche holographisch-optischen Elemente kennen Sie? 107. Wie kann man mit HOEs Strahlteiler- und Koppler realisieren? 108. Wie kann man Farbhologramme aufnehmen und rekonstruieren? 109. Warum sind Regenhologramme keine echten Farbhologramme? 110. Wie finden holographische Methoden bei Displays Anwendung? 5
111. Wo erwartet man die Anwendung holographischer Displays in Zukunft? 112. Wie kann man Faltungs- und Korrelationsoperationen holographisch ausführen? 113. Wo finden solche Korrelationsverfahren Anwendung? 114. Warum werden holographische Speicher auch als assoziative Speicher bezeichnet? 115. Was ist ein direkt adressierbarer Speicher? 116. Welche Speicherkapazität kann man bei einem holographischen Volumenspeicher erreichen? 117. Wie funktioniert ein holographischer Massenspeicher? 118. Welche Vorteile haben holographische Speicher vgl. mit DVDs und Festplatten? 119. Warum werden bei holographischen Massenspeichern Volumenhologramme bevorzugt? 120. Welche potentiellen Applikation gibt es für holographische Massenspeicher? 6