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Prinzip der Holographie

Wie "funktioniert" die Holographie? Oder besser: Was ist ein Hologramm?

holozone (Das Bild zeigt ein Orginalobjekt zusammen mit dem fertigen Hologramm)

Holographie ist eine Technik zur Rekonstruktion von Wellen (Licht ist bekanntlich eine Welle). Anstatt zunächst alle physikalischen Begriffe der Elektrodynamik (die auch das Licht beschreibt) heranzuziehen, versuchen wir es besser mit einem bekannteren Medium: Wasser.

Stellen Sie sich einen großen See vor. Oder eine gefüllte Badewanne. Wenn Sie nun Ihren Finger kurz ins Wasser tauchen, entsteht ein kreisförmige Welle. Bewegen Sie Ihren Finger im Takt auf und ab, haben sie das Analogon zu einer einfarbigen Lichtwelle. Weißes Licht entspricht einer chaotischen Überlagerung vieler Wellen mit unterschiedlichem Takt.

Nehmen Sie nun zwei Finger der gleichen Hand, entstehen zwei Wellen, die den gleichen Takt haben. Physikalisch ausgedrückt: Die Wellen sind kohärent zueinander. Die besonderen Eigenschaften solcher Wellen lassen sich im Badewannen-Experiment beobachten: Betrachtet man genau den weiteren Verlauf der Kreiswellen, fällt ein bestimmtes Muster auf, das die beiden Wellen zusammen erzeugen.

Das Muster entsteht so: Zu jedem Punkt der Wanne hat jeder der im Takt bewegten Finger eine bestimmte Entfernung. Durch die unterschiedlichen Weglängen kommt daher an manchen Orten immer dann der Wellenberg der einen Welle an, wenn von der anderen Welle das Wellental eintrifft. Die Wellen löschen sich in diesem Fall aus, und man spricht von destruktiver Interferenz. An Orten, an denen stets gleiche Wellenstücke aufeinandertreffen, verstärken sich die Wellen. Das nennt man konstruktive Interferenz.

Insgesamt ergeben sich Muster aus stark schwingenden und kaum schwingenden Bereichen, die die Geometrie der erzeugenden Wellen widerspiegeln. Würde man die Struktur eines solchen Wassermusters durch kleine Hindernisse im Wasser nachbilden, und dann eine der beiden Orginalwellen dazugeben, würde die jeweils andere Welle im Wasser erzeugt. Das Muster speichert daher eine Welle.

Hologramme sind nichts anderes als solche Interferenzmuster, nur eben mithilfe von Laserlicht erzeugt.

English Version: How holography works

What’s a hologram? (The picture shows the original object next tot he finished hologram)

Holography is a technique to reconstruct (light) waves.

Let’s try to comprehend the process by using the example of a better known medium: water. Imagine something like a big lake or a full bathtub. White light correlates to an orderless overlay of multiple waves with different wavelengths (wavelength: the distance from one tide to the next tide). Monochromatic light - like laser light - correlates to waves with only one specific wavelength.

If you now dip your finger in the bathtub, you will see the water moving in circular waves around it. If you now simultaneously move your finger up and down, the water forms something similar to a light wave. Now take two fingers of he same hand – they create two simultaneous waves.

And to express it in a more physical way: The waves are coherent to one another. The particular traits of these waves can also be observed in the bathtub example: They produce a pattern. Every spot in the bathtub has a certain distance to your two fingers.

Because of the different lenghts of these distances, some spots in the tub are reached by the peak of one wave and the hollow of another wave at the same time. If this is the case, the waves are erasing one another, which is called "destructive interference". At spots where only peaks or hollows arrive at the same time, the waves intensify. This is called "constructive interference".

Overall, patterns of strongly and hardly at all moving patterns are produced, which mirror the geometry of the waves.

Would the structure of such a water pattern be recreated through little obstacles in the water and then ONE of the original waves would be added, the particular other wave develops. This way, the pattern saves a wave.

Holograms are not any different than these interference patterns, just that they are produced by the use of laser light.

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