Optische Holographie

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THIEMIG -TASCHENBÜCHER' BAND 61
Optische Holographie
Theoretische und experimentelle
Grundlagen und Anwendung
Optical Holography
Theoretical and experimental
principles and application
Von RNDr. MIROSLAV MILER
2. Auflage,
neubearbeitet und ergänzt
VERLAG KAHL THIEMIG . MÜNCHEN
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HERAUSGEBER
DER THIEMIG-TASCHENBÜCHER
PROF. DR. DR. E. h. W. HANLE, GIESSEN
PROF. DR. M. POLLERMANN, JÜLICH
Titel der tschechischen Originalausgabe:
Holografie (teorcticke a experimentalnf zaklady a jegji pouzitf),
Aus dem Tschechischen übersetzt von RNDr. Karel Hab'ersberger
Das Buch ist in Zusammenarbeit mit dem SNTL
Verlag Technischer Literatur, Prag, CSSR, erschienen.
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ISBN 3-52H6II4-0
Alle, Rechte, insbesondere das der Übersetzung in fremde Sprachen,
vorbehalten.
Ohne Genehmigung des Verlages ist es auch nicht gestattet, dieses
Buch oder Teile daraus auf fotomechanischem Wege (Fotokopie,
Mikrokopie) oder auf andere Art zu vervielfältigen.
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© 1974 RNDr. Miroslav Miler, CSc., Prag
© 1978 Verlag Karl Thiemig AG, München, Printed in Germany.
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INHALTSVERZEICHNIS
1.
Grundlagen der Holographie
1.1.
1.1.1.
1.1.2.
1.1.3.
1.1.4.
1.1.5.
1.2.
Die optische Information und ihre Speicherung.
Die optische Abbildung
Eigenschaften des Abbildungselementes
Aufzeichnung des Bildes
Das stereoskopische Sehen.
Die Integralfotografie
Die physikalischen Grundlagen der Holographie und
ihre historische Entwicklung
1.2.1. Das Prinzip der Holographie
1.2.2. Die zur Entdeckung der Holographie ftihrende Entwicklung.
1.2.3. Die Gaborsche holographische Methode .
1.2.4. Der Zeitraum zwischen der Entdeckung der Holographie
und der Anwendung des Lasers
1.2.5. Die moderne Holographie
Literatur .
2.
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2.1.
2.1.1.
2.1.2.
2.1.3.
2.1.4.
2.2.
2.2.1.
2.2.2.
2.2.3.
2.2.4.
2.3.
Die holographische Aufnahme und
Rekonstruktion
Das Interferenzfeld
Die Lichtwellen .
Die Überlagerung von Wellen gleicher Richtung.
Das Interferenzfeld von zwei ebenen Wellen.
Das Interferenzfeld von zwei Kugelwellen
Die Aufzeichnung des Interferenzfeldes
Das Eindringen des Feldes in das Aufzeichnungsmedium
Die Feldenergie und ihr Nachweis.
Die Amplituden- und Phasenaufzeichnung
Die Volumen- und Flächenaufzeichnung .
Das Entstehen des dünnen Hologramms und die entsprechende Rekonstruktion
2.3.1. Die holographische Aufnahme eines ebenen Gegenstandes (das Fresnelsche Hologramm)
2.3.2. Rekonstruktion aus einem dünnen Hologramm .
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2.3.3. Das Fraunhofersche Hologramm und das Winkelspektrum des Hologramms .
2.3.4. Die Fouriersehe und die linsenlose Fouriersehe holographische Aufnahme
2.3.5. Die holographische Aufnahme bei klassischer
Abbildung - das Bildfeldhologramm .
2.4. Rekonstruktion der Wellenfläche aus einem dicken
Hologramm .
2.4.1. Beugung an einem dreidimensionalen Hologrammgitter .
2.4.2. Rekonstruktionsbedingungen an einem Hologrammgitter .
2.4.3. Besondere Fälle der Rekonstruktion .
2.4.4. Abhängigkeit von der Richtung und der Wellenlänge
der Rekonstruktionswelle .
2.5. Der Wirkungsgrad des Hologramms
2.5.1. Die Definition des Wirkungsgrades der Hologramme
2.5.2. Der Wirkungsgrad eines ebenen Amplitudenhologramms
2.5.3. Der Wirkungsgrad eines ebenen Phasenhologramms .
2.5.4. Der Wirkungsgrad von Volumen-Phasenhologrammen
2.5.5. Der Wirkungsgrad von Volumen-Amplitudenhologrammen .
Literatur.
. 112
. 114
3.
.116
3.1.
3.1.1.
3.1.2.
3.2.
3.2.1.
3.2.2.
3.2.3.
Die Eigenschaften von Flächenhologrammen
Das Hologramm eines Punktes
Das Entstehen des Hologrammes eines Punktes
Die Rekonstruktion des Hologrammes eines Punktes
Abbildung durch ein Flächenhologramm
Die Abbildungsformel .
Die Charakteristik des Bildes .
Einige ausgewählte Fälle der hlographischen Ab
Abbildung
3.2.4. Geometrische Konstruktion in der holographischen
Abbildung
3.3. Die Eigenschaften des holographischen Bildes
3.3.1. Die geometrische Bildvergrößerung
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· 125
· 128
· 132
· 132
3.3.2.
3.3.3.
3.3.4.
3.4.
3.4.1.
3.4.2.
Die Schärfentiefe der Abbildung .
. 134
Die Raumcharakteristik des Bildes
. 136
Das Auflösungsvermögen der Holographie
. 138
Optische Aberrationen der holographischen Abbildung. 141
.141
Aberrationen der dritten Ordnung
Analyse der Aberrationen der holographischen Abbildung
· 144
Literatur .
· 149
4.
Das holographische Experiment
4.1. Der stationäre Charakter des Interferenzfeldes
4.1.1. Die technische Sicherung der Starrheit der holographischen Anordnung
4.1.2. Das Anbringen der Hilfselemente der holographischen Experimente
4.1.3. Die Kontrolle der Stabilität des Interferenzfeldes
4.2. Holographische Methoden und deren optische Anordnung
4.2.1. Die Gaborsche Methode und die Methode der Wellenflächenteilung
4.2.2. Die Methode der Amplitudenteilung
4.2.3. Die holographische Anordnung bei der Amplitudenteilungsmethode
4.2.4. Spezielle und kompliziertere holographische Anordnungen
4.3. Die Teilung des Laserbündels
4.3.1. Allgemein über die Teilung der Amplitude
4.3.2. Die dielektrische Schicht mit natürlichen Grenzflächen
4.3.3. Die halbdurchlässige Platte
4.3.4. Teilung mit einem Doppelbrechungskristall
4.4. Die Bearbeitung der Lichtbündel' .
4.4.1. Das Gaußsehe Bündel
4.4.2. Vergrößerung der Divergenz des Bündels.
4.4.3. Die Kollimation des Bündels
4.4.4. Optische Filtration mit Brennpunkt-Lochblende
4.4.5. Die Vorrichtung zur optischen Filtration
4.5. Die Objektbeleuchtung .
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· 178
· 180
· 184
· 187
VII
4.5.1. Inkohärente Streuung und Interferenzkörnigkeit
4.5.2. Direkte und diffuse Beleuchtung .
4.5.3. Beseitigung der Interferenzkörnigkeit
Literatur.
.187
. 190
. 192
. 193
Lichtquellen und Aufnahmemedien für die
Holographie
. 195
5.
5.1. Lichtquellen.
5.1.1. Die an Lichtquellen für die Holographie gestellten
Anforderungen .
5.1.2. Klassische Lichtquellen
5.1. 3. Funktionsprinzip des Lasers
5.1.4. Der Resonator und seine Eigenschaften
5.1.5. Selektion der Schwingungsmoden
5.1.6. Laser für holographische Zwecke .
5.2. Aufnahmemedien
5.2.1. Die an die holographischen Aufnahmemedien
gestellten Forderungen.
5.2.2. Die Transmissionskennlinie
5.2.3. Die optischeÜbertragungsfunktion
5.2.4. Fotografisches Material
5.2.5. Photochrome Materialien .
5.2.6. Andere Aufnahmemedien .
5.2.7. Das Kopieren von Hologrammen
Literatur .
. 195
. 195
. 198
. 202
.211
. 220
. 224
. 228
. 228
. 230
. 234
. 238
. 245
.248
.250
. 251
6.
Anwendungen der Holographie .
.254
6.1.
6.1.1.
6.1.2.
6.1.3.
6.1.4.
6.1.5.
6.1.6.
6.2.
6.2.1.
6.2.2.
Die holographische Interferometrie
Das Prinzip der holographischen Interferenz
Die Methode der Doppelbelichtung
Die Methode eines einzigen Hologramms
Die Interferometrie von beweglichen Gegenständen.
Die stroboskopische holographische Interferometrie
Die holographische Topographie .
Holographische optische Elemente
Zonen platten
Holographische Gitter .
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.254
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.263
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.276
.279
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.
6.2.3.
6.3.
6.3.1.
6.3.2.
6.3.3.
6.3.4.
6.3.5.
6.3.6.
6.4.
6.4.1.
6.4.2.
6.4.3.
Die holographische Korrektur optischer Aberrationen · 281
.283
Holographische Informationsbearbeitung
.283
Holographische Speichersysteme .
.288
Verschlüsselung der räumlichen Information
.289
Holographische Subtraktionder Bildinformation
'. 291
Die räumliche Filtration
Die Identifizierung von Bildern
.297
Die Restaurierung der räumlichen Information
.300
Anwendung der Holographie in der Mikroskopie
· 303
Die holographische Mikroskopie .
.303
Die Holographie als mikroskopische Hilfstechnik
.306
Die Holographie in der mikroelektronischen
Maskierungstechnik .
· 308
6.5. Andere Anwendungen der Holographie .
.309
6.5.1. Holographie in Kinematographie und Fernsehen
· 309
6.5.2. Die Synthese von Hologrammen mit Computern
· 313
6.5.3. Die nicht-optische Holographie
· 315
Literatur .
· 317
Sachverzeichnis
· 324
IX