Hologramm

Der Begriff Hologramm setzt sich aus den griechischen Wörtern holos (ganz, vollständig) und gramma (Botschaft, Nachricht, Zeichen) zusammen. Geprägt wurde der Begriff 1947 von dem ungarischen Forscher Dennis Gábor, der einen Weg zur Verbesserung von Elektronenmikroskopen suchte. Als „Hologramm“ bezeichnet man eine, in der Regel mittels kohärentem Laserlicht hergestellte, fotografische Aufnahme, welche nach Ausarbeitung und Beleuchtung mit gleichartigem Licht ein echtes dreidimensionales Abbild des Ursprungsgegenstandes wiedergibt. Die Motive scheinen bei der Betrachtung frei im Raum zu schweben. Bei seitlichen Bewegungen kann dabei auch um ein Objekt herumgesehen werden und es entsteht ein vollständig dreidimensionaler Eindruck bei beidäugiger Betrachtung.

Besonderheiten

Aufnahme

Holografien sind fixierte Abbilder von stehenden Licht-Wellen, oder besser Beugungsgitter. Nicht das Objekt wird fotografisch festgehalten, sondern nur ein statisches Muster (Interferenzmuster) des Objektes und einer Eingangswelle. Hologramme können am besten mit Hilfe des Wellenmodells des Lichtes erklärt werden. Zum Verständnis des Holografieprinzips können die Strukturen, die eine Wasserwelle am Sandboden hinterlässt herangezogen werden (Nicht am Strand, wo die Welle aus- und zurückläuft. Das sind dann bereits mehrere Wellen). Der Sand bleibt nur an Stellen liegen, bei denen der lokale Wasserstrom gering ist. Bei einer Einzelwelle kommt es daher zu keiner Ausbildung eines Musters, bei zwei gleich bleibenden Wellen mit gleicher Frequenz bildet sich ein Wellenmuster aus Sand aus. Wird nun eine Erzeugungswelle "abgeschaltet" beugt das "Sandgitter" die verbleibende Welle, so dass die abgeschaltete Welle rückläufig wiederentsteht. Der Sand am Boden ist hier das Analogon des Hologramms. Als Bildträger werden bei der Erstaufnahme (Masterhologramm) in der Regel fotochemisch behandelte Glasplatten verwendet. Für das Aufnehmen eines Hologramms verwendet man einen Laserstrahl (kohärenter Lichtstrahl), der mittels eines Strahlteilers in einen Referenz- und einen Gegenstandsstrahl aufgeteilt wird.

Voraussetzungen für die Aufzeichnung von Hologrammen ist die zeitliche und räumliche Stabilität der durch die Überlagerung der Wellenfelder ausgebildeten Interferenzmuster. Die aufzuzeichnenden Objekte dürfen sich während der manchmal Minuten dauernden Belichtungszeit nicht bewegen. Um ein Hologramm aufnehmen zu können, müssen deshalb die Teile der Aufnahmeapparatur und das Objekt räumlich fixiert werden. Meist wird der komplette holographische Aufbau oder zumindest Teile davon auf einen schwingungsfreien Tisch montiert. Solch ein Tisch besitzt eine schwere Masse, oft mehrere Tonnen Beton oder schwere Steinplatten, auf mechanisch oder pneumatisch gedämpften Füßen.

Wiedergabe

Nach der Entwicklung zeigt die Fotoplatte ein charakteristisches Interferenzmuster. Bestrahlt man nun dieses Hologramm mit einer Punktlichtquelle (Laserstrahl, Halogenspot o.ä.) unter dem gleichem Winkel, unter dem der Referenzstrahl bei der Aufnahme einfiel, so wird diese Punktlichtquelle durch das Interferenzmuster so gebeugt, dass hinter dem Bildträger ein Wellenfeld erzeugt wird, das dem Wellenfeld bei der Aufnahme exakt gleicht. Für das Auge entsteht dabei der Eindruck, dass das Objekt, wie beleuchtet durch den ursprünglichen Gegenstandstrahl, frei im Raum hinter oder vor der Fotoplatte stehen würde. Die gesamte tiefen-räumliche Information über das Motiv wird dabei wieder hergestellt.

Verteilung der Information

Jeder Punkt des abgebildeten Objektes hinterlässt seine „Spuren“ im Wellenmuster des gesamten holografischen Bildträgers. Wenn also ein Hologramm zerteilt wird, kommt bei der Rekonstruktion noch immer das ganze Bild zustande. Das Aufteilen des Hologramms in einzelne Stücke führt lediglich zu einer Verschlechterung der Auflösung des Bildes und zu einer Verringerung des ansehbaren räumlichen Bildwinkels.

Sonstiges

Das erste veröffentlichte Hologramm zeigte einen Spielzeugzug und einen Vogel und wurde 1963 von den amerikanischen Forschern Emmet Leith und Juris Upatnieks von der University of Michigan erzeugt.

Das kleinste Hologramm der Welt konnten kanadische Forscher von einem einzelnen Wasserstoffatom, umgeben von mehreren Sauerstoffatomen, aufnehmen. Mit dieser Methode eröffnet sich ein neues Feld für die Untersuchung von neuen Materialien oder komplexen biologischen Strukturen.

Hologrammtypen

Auflichthologramm oder Reflexionshologramm

Die Hologramme werden unter reflektierendem Licht betrachtet. D.h. der Betrachter und die Quelle befinden sich auf der gleichen Seite des Hologramms.

Durchlichthologramm oder Transmissionshologramm

Beim Durchtritt durch das Hologramm erzeugt die Referenzwelle hinter dem Hologramm die Objektwelle (das Bild). Der Hologramm-Träger muss daher transparent sein.

Weißlichthologramm

Weißlichthologramme sind eine Variante der (normalen) monochromatischen Hologramme. Für ihre Rekonstruktion ist kein Laserlicht notwendig. Ein Tiefengitter (Bragg-Gitter) "wählt" aus dem weißen Licht die "passende" Wellenlänge für die Rekonstruktion des Bildes aus. Solche Hologramme sind jedoch in der Herstellung sehr viel aufwändiger. Aus ihnen kann man Prägehologramme erstellen, die als Sicherheitsmerkmal auf vielen Geldscheinen, Dokumenten und Kreditkarten zu finden sind.

computergeneriertes Hologramm (CGH)

Für einfache Objektwellen kann mittels Computer für eine bekannte Referenzwelle das Hologramm berechnet werden. Die berechnete Struktur wird dann z.B. mittels Elektronenstrahlbelichter in eine photoempfindliche Schicht geschrieben. Technische Anwendung findet das CGH zum Beispiel bei der interferometrischen Prüfung asphärischer Linsen.

Ebenso existieren bereits dynamisch veränderliche Holografie-Displays, die ein Phasengitter darstellen, welches durch geeignete Beleuchtung beliebige Wellenformen und damit dreidimensionale Bilder erzeugen kann.

Hologramme frei im Raum

In Science-Fiction-Filmen sind oft Weiterentwicklungen von Hologrammen zu sehen. Hier werden durchschimmernde Gegenstände mit Lasern in die Luft projiziert. Meist werden an Stelle von statischen Motiven bewegte holografische Darstellungen erzeugt. In Krieg der Sterne erteilt z.B. der Imperator seine Befehle via Hologramm.

Zur Umsetzung solcher Hologramme könnten gekreuzte oder genau fokussierte Laser-Strahlen zum Einsatz kommen, die in kleinen Bereichen die Atome der Luft anregen und damit zum Leuchten bringen. Geschähe dies schnell und präzise genug an vielen Stellen im Raum, so entstünde ein Bild in der Luft. Das abgebildete Objekt wäre von allen Seiten zu betrachten. Bei hoher Lichtausbeute und hoher Auflösung der Laser wäre ein sehr realistisches Abbild denkbar. Die Berechnung und Ansteuerung, erst recht mit Farbdarstellung, ist jedoch sehr aufwendig. Die für korrekte Farbdarstellung nötigen Anregungen sind sehr schwer zu berechnen. Die Überlegungen sind bislang allerdings in erster Linie theoretischer Natur. Diese Technik ist noch im frühesten Experimentierstadium und konnte bis jetzt noch nicht realisiert werden. Schuld daran ist die geringe Freisetzung von Licht der Stickstoff- und Sauerstoff-Atome. Bisher blieb das Bild zu schwach.

Einen einfacheren Weg beschreitet die Firma IO2 Technology mit ihrem Heliodisplay. Hier wird die Vision des frei im Raum stehenden Hologramms durch Reflexion an „modifizierter“ Luft erreicht. Allerdings ist das Bild „nur“ in einem Blickwinkel von 150 Grad zu sehen und nicht wirklich dreidimensional.

Sicher werden wir in den nächsten Jahren noch einige Entwicklungen auf diesem Gebiet bewundern dürfen. Am weitesten geht wohl die Vision der Holographie bei Das Nächste Jahrhundert. Hier werden computergenerierte Hologramme mit künstlicher Materie kombiniert und zu anfassbaren Gegenständen.

Auf der CeBIT 2006 wurde ein räumliches Projektionssystem vom japanischen „National Institute of Advanced Industrial Science and Technology“ (AIST) vorgestellt, bei dem ein Laser Plasma-Entladungen punktgenau in der Luft herstellen kann. Bis zu 100 Punkte können bei 100 Hz mit einem pulsierenden Laser hergestellt werden und diese Punkte können schon zu einfachen Grafiken zusammengesetzt werden. Bis zum bewegten farbigen Bild in Holografie-Qualität ist es jedoch noch ein weiter Weg.

Anwendungsbereich als Sicherheitsmerkmal

Banknoten

Liste aller vorhandenen Hologramme auf Kunststoffgeldscheinen, auch Polymer-Banknoten genannt.

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3 Dollar	kb46a.jpg	5 Dollar	kb61a.jpg – Neuseeland steht.]]
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Weblinks: Weitere Informationen über Polymerbanknoten auf World of Polymernotes

Ausweise

Siehe auch

Weblinks

Fototechnik

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