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Laser Holografie

Was ist Holografie?

Ein Hologramm ist eine dreidimensionale Aufnahme eines Gegenstands. Im Gegensatz zur Fotografie, die abgebildete Objekte nur zweidimensional darstellen kann, verändert sich bei einem Hologramm das wahrgenommene Bild, wenn man den Blickwinkel ändert, genauso wie beim realen Gegenstand.  

Um ein Hologramm aufzunehmen, benötigt man einen Laser, der zu einem Teil ein Objekt beleuchtet und zu einem anderen auf einen Film (der ähnlich aufgebaut ist wie ein Fotografiefilm) fällt. Das Hologramm entsteht dadurch, dass sich im Film die vom Objekt reflektierten Lichtwellen mit denen, die direkt vom Laser ausgesandt wurden, überlagern. Bestrahlt man das Interferenzmuster, das dabei entsteht, nach der chemischen Entwicklung des Films mit Licht, das die gleiche Wellenlänge wie bei der Aufnahme hat, so ergibt sich ein dreidimensionales Bild des Gegenstands.

Der Unterschied zwischen einem Foto und einem Hologramm besteht also darin, dass ein Foto nur die Intensität des auf den Film auftreffenden Lichts speichert. Auf den dreidimensionalen Aufbau des abgebildeten Gegenstands kann man nur durch die Bildschärfe schließen, bzw. darüber, dass das Gehirn das zweidimensionale Bild mit Erinnerungen vergleicht und so die dritte Dimension rekonstruiert. Ein Hologramm speichert in seinem Interferenzmuster die Intensität und die Phase des Lichts, sodass der Gegenstand vollständig dreidimensional rekonstruiert werden kann. Die folgenden Abbildungen zeigen Fotos von Hologrammen - es wurde also jeweils das dreidimensionale Bild gewöhnlich abfotografiert, sodass es hier nun natürlich wieder nur zweidimensional erscheint. Was man auf diesen Fotos sieht, sind tatsächlich nur die abfotografierten Hologramme (also nur Licht!) und nicht die Objekte selbst.

 


Hologramm Huhn

Huhn

 

Hologramm Münze

Münze

 

Hologramm Huhn und Elefant

Huhn und Elefant

 

 Hologramm Flugzeug

Flugzeug

 Aufnahmen: Christian Busch

 

 
Im Schülerlabor Physik können mit verschiedenen Aufbauten Hologramme aufgenommen werden. Dabei bauen die Schüler die Versuchsanordnungen selbst auf. In der Dunkelkammer wird dann der Holografiefilm belichtet und durch das Schwenken in verschiedenen Chemikalienbädern entwickelt, sodass am Ende des Versuchs ein fertiges Hologramm betrachtet werden kann.

Arbeitsblätter zur Holografie finden Sie im Downloadbereich.

 

Doch wie funktioniert das? Wie nimmt man ein Hologramm auf und was passiert bei der Aufnahme? Welche physikalischen Vorgänge sind relevant? Lesen Sie dazu das Kapitel "Wie entsteht ein Hologramm?".

 

Im Schülerlabor stellen wir zwei Arten von Hologrammen her: sog. Transmissionshologramme, die man nur mit einem Laser betrachten kann, sowie Reflexionshologramme, die auch mit weißem Licht, ohne Laser, rekonstruiert werden können. Sehr einfache Aufbauten, die auch zum Nachbau geeignet sind, können Sie im Kapitel "Aufbauten zur Hologramm-Aufnahme" kennenlernen.


 

Anwendungen: Wozu kann man die Holografie nutzen?


Die Aufzeichnung eines Gegenstands in drei Dimensionen wird in der Forschung und Industrie verwendet, um beispielsweise in der Medizin Gesichter für plastisch-chirurgische Eingriffe zu vermessen oder in der Archäologie empfindliche Funde genau zu untersuchen. Außerdem werden Hologramme als Echtheitszertifikate, etwa auf Geldscheinen oder Ausweispapieren eingesetzt.

In der Physik wird die Holografie oft in der Interferometrie angewandt. Hierbei kann man winzigste Veränderungen, z.B. Verformungen eines Körpers messen, indem man ihn beispielsweise vor und nach der Einwirkung einer Kraft auf dem gleichen Film holografiert. Die Objektwelle verändert sich mit dem Gegenstand und interferiert mit der ersten Objektwelle, wodurch Streifen auf dem Hologramm entstehen, die erlauben, Rückschlüsse auf die Verformung zu ziehen.