Holographie: Dreidimensionale Bilder

Holographie: Dreidimensionale Bilder

 

1947 wurde das Prinzip der Holographie entwickelt, ein dreidimensionales Bildaufzeichnungs- und Bildwiedergabeverfahren, mit dessen Hilfe vollkommen räumlich wirkende Abbildungen von Gegenständen hergestellt werden können. Heute spielt die Holographie mithilfe der Lasertechnologie nicht nur in der Bildaufzeichnung, Kunst und Unterhaltung, sondern auch in der Sicherheitstechnik, der Werkstoffprüfung, der Medizin und der Datenspeicherung eine wichtige Rolle.

 

 Vergleich zur Fotografie

 

Die Fotografie verwendet zur Beleuchtung die Sonne oder eine Lampe, wobei Intensität und Farbe des vom betrachteten Objekt kommenden Lichtes mithilfe einer Linse fokussiert und auf einer lichtempfindlichen Schicht gespeichert werden. Das Objekt wird dabei nur flächenhaft, also zweidimensional abgebildet. Vor allem geht bei diesem Verfahren der Eindruck der räumlichen Tiefe verloren. Diesen Nachteil kann auch die Stereofotografie mit ihren für jedes Auge separaten Halbbildern nicht aufheben. Bei ihr ist der Beobachtungsstandpunkt festgelegt, sodass Einzelheiten von Objekten, die sich während der Aufnahme überdecken, für die Wiedergabe verloren sind.

 

All diese Mängel haben ihre Ursache darin, dass Licht zusätzlich noch durch seine Phase, d. h. durch je nach der Oberfläche des Objektes gekrümmte Wellenanteile, gekennzeichnet ist. Diese dreidimensionalen Objektwellen enthalten die gesamte, auch räumliche Information des betrachteten Gegenstandes, die die herkömmliche Fotografie nicht festhalten kann. Erst in der Holographie, die zudem keine Linsen erfordert, gelingt es, die dreidimensionale Objektwelle mithilfe von Laserstrahlung in einer Fotoschicht festzuhalten. Nach der Hologrammwiedergabe sind dann auch Einzelheiten sich verdeckender Objekte erkennbar.

 

 Hologrammaufnahme

 

Ein Hologramm wird folgendermaßen aufgenommen: Mit einem aufgeweiteten Laserstrahl wird das Objekt beleuchtet. Die vom Objekt reflektierte, vorher vollkommen gleichmäßige Objektwelle besitzt nun eine charakteristische Verformung in Gestalt eines komplizierten räumlichen Musters und fällt auf eine Fotoplatte. Diese wird gleichzeitig mit einem ungestörten, am Objekt vorbeigeführten Teil des ursprünglichen Laserstrahls (Referenzwelle) beleuchtet, der über einen Spiegel geführt wird und von der Seite auf die Fotoplatte einfällt. Beide Wellenfronten überlagern sich auf der Fotoplatte. Nach dem Entwickeln sieht man auf ihr ein für das Auge nicht als Objekt erkennbares Muster aus Linien und Kreisen von äußerst kleinem Abstand, das Hologramm. Es enthält neben der Intensität auch die Phase der vom Objekt reflektierten Wellenfront. Voraussetzung bei dieser Technik ist, dass die geteilten Lichtbündel in einer festen Phasenbeziehung stehen, die nur durch die Objektoberfläche beeinflusst werden darf.

 

 Hologrammwiedergabe

 

Um wieder eine Objektwelle aus dem Hologramm zu erzeugen, wird es mit einem aufgeweiteten Laserstrahl aus der gleichen Richtung beleuchtet, aus der bei der Aufnahme der Referenzstrahl einfiel. Das Laserlicht wird am Muster auf der Hologrammplatte so beeinflusst, dass die Wellen bezüglich Phase und Intensität weiterlaufen, als kämen sie vom aufgenommenen Objekt. Es erscheint dort ein virtuelles Bild, wo sich bei der Aufnahme das Objekt befand. Das Auge kann, von hinten durchs Hologramm schauend, das Objekt sehen und dabei nicht mehr zwischen Realität und Bild unterscheiden. Der Betrachter kann durch Kopfbewegung das Bild unter verschiedenen Perspektiven betrachten und daher in seiner räumlichen Tiefe erfassen. Gleichzeitig wird bei der Rekonstruktion ein Teil der beeinflussten Wellenfront hinter dem Hologramm zu Bildpunkten gebündelt. Dadurch entsteht auf der Seite des Beobachters ein reelles, ebenfalls dreidimensionales Bild, das sich, allerdings unter Verlust der räumlichen Tiefe, auf einer Fotoplatte speichern lässt.

 

 Holographie in der Bildaufzeichnung

 

Eine interessante Weiterentwicklung sind die Volumenhologramme (Tiefenhologramme), die es ermöglichen, mit gewöhnlichem weißem Licht echte Farbholographie zu betreiben. Im Prinzip fallen Objekt- und Referenzwelle von entgegengesetzten Seiten auf eine dicke Fotoschicht, wobei sich die holographische Struktur in der Tiefe der Schicht ausbreitet. Benutzt man bei der Aufnahme eine Kombination mehrerer verschiedenfarbiger Laser, so erzeugt jede Farbe im Volumen der Schicht eine eigene Struktur. Bei der Rekonstruktion mit weißem Licht wird jeweils genau die Farbe aus ihm herausgefiltert, die bei der Aufnahme verwendet wurde. Da sich mehrere Bilder gleichzeitig auf einer Fotoplatte speichern lassen, kann man bei der Aufnahme bzw. Wiedergabe die Platte jeweils etwas drehen, um eine Serie unabhängiger Hologramme zu erzeugen oder wiederzugeben.