Hologramme – Ein Abbild der Welt?
Hologramme begegnen uns heute täglich. Sei es als Sicherheitsmerkmal auf Geldscheinen und Personalausweisen oder in Science-Fiction-Filmen zur Kommunikation. Auf dem Bild sieht man ein Hologramm eines Wasserhahns und ein reales Wasserglas, das scheinbar mit Wasser aus dem Hologramm-Wasserhahn gefüllt wird.
Aber wie werden Hologramme eigentlich hergestellt? Was sind weitere Anwendungsgebiete der Holgrafie im Alltag und in der Forschung?
Die Geburtsstunde der Holografie
Der Ingenieur Dennis Gábor (1900-1979) stellte 1948 erstmals das Prinzip der Holografie vor, das er zur Verbesserung elektronenmikroskopischer Untersuchungen entwickelt hatte. Mithilfe von Laserlicht gelang es zum ersten Mal 14 Jahre später ein räumliches Bild eines Gegenstands so festzuhalten, dass es bei erneuter Beleuchtung den vollständigen räumlichen Eindruck wiedergab. Dennis Gábor erhielt für seine Arbeiten zur Holografie 1971 den Nobelpreis für Physik.
Wie entsteht ein Hologramm?
Zur Erzeugung eines Hologramms wird ein Objekt mit Laserlicht beleuchtet. In der Fotoplatte treffen die vom Laser ausgehende Lichtwelle und die vom Objekt reflektierte Lichtwelle aufeinander und überlagern sich zu einem Muster (Interferenz). In diesem Interferenzmuster sind Informationen über die räumliche Lage der einzelnen Objektpunkte gespeichert. Bestrahlt man die Fotoplatte mit Weißlicht, so wechselwirkt das Licht mit dem Interferenzmuster (Beugung) und es entsteht wieder die ursprüngliche Objektwelle. Dadurch entsteht ein Bild des Objekts und als Beobachter kann man das Bild aus verschiedenen Richtungen betrachten und gewinnt damit einen räumlichen Eindruck des Gegenstandes.
Im Alltag findet man am häufigsten Prägehologramme. Sie dienen als Sicherheitsmerkmal auf Geldscheinen und Personalausweisen. Dazu wird ein Hologramm des gewünschten Objekts erstellt und danach in einen Prägestempel mit Höhen und Tiefen übertragen. Bei Geldscheinen kann man solche Prägehologramm einfach sehen. Sie befinden sich z.B. am rechten Rand und wenn man den Blickwinkel nur leicht ändert, werden die verschiedenen Farben und Symbole auf den Hologrammen erkennbar.
Science vs. Fiction - Holodeck und Hologramme
Dennis Gabor
Datenspeicher im Zuckerwürfelformat
Mithilfe von computergesteuerten Interferenzmustern lassen sich beliebige digitale Hologramme erzeugen. Diese Holgramme können dann dazu genutzt werden, Laserlicht in eine gewünschte Form zu bringen und damit die Eigenschaften von Laserlicht zu kontrollieren.
Beispielsweise können mehrere Hologramme hintereinander geschaltet und damit als holografischer Datenspeicher genutzt werden. Dabei wird nicht nur die Oberfläche zum Abspeichern benutzt, sondern das ganze Volumen der Hologramme. Damit können viel mehr Informationen auf kleinerem Raum gespeichert werden als bei einer DVD. Der dafür nötige Kristall ist dabei kleiner als ein Zuckerwürfel und kann pro Kubikzentimeter ein Terabyte an Informationen speichern: Das sind etwa 200.000 Fotos!
Weiterführende Links:
Wie entsteht ein Hologramm? Teil 1
Wie entsteht ein Hologramm? Teil 2
Greifen mit Licht
Eine andere Anwendung ist die holografische optische Pinzette, die die Untersuchung von lebenden Zellen mithilfe von Licht möglich macht. Die hellen Stellen des Interferenzmusters im Hologramm dienen dabei als Lichtfalle, die kleine Partikel festhalten kann. Möchte man viele Partikel gleichzeitig untersuchen, können mithilfe der Holografie aus einer Lichtpinzette eine Vielzahl von Pinzetten entstehen. Dadurch ist eine dreidimensionale Kontrolle der Partikel möglich wie sie beispielsweise für die Organisation von Nanocontainern nötig ist, die unterschiedliche chemische Ladungen enthalten können.
Weiterführende Links:
Holografischer Datenspeicher Teil 1
Holografischer Datenspeicher Teil 2
Optische Pinzette Teil 1
Optische Pinzette Teil 2
Optische Pinzette Teil 3
3D-Hologramm mit dem Smartphone erzeugen