Laser-Hologramme

Laser-Hologramme dienen der dreidimensionalen Wiedergabe von Objekten. Angesichts der aktuellen technischen Entwicklungen im Bereich 3D-Fernseher und 3D-Kino ist zunächst der Hinweis angebracht, dass diese Techniken mit Holografie direkt nichts gemein haben. Beides basiert letztlich darauf, einen Film mit zwei Kameras aufzunehmen, die in etwa den Abstand beider Augen haben. Anschließend wird durch unterschiedliche technische Hilfsmittel wie Shutterbrillen oder Polarisationsbrillen sichergestellt, dass jedes Auge des Betrachters nur seinen Film sehen kann. Das Gehirn setzt diese beiden aus leicht unterschiedlichem Winkel aufgenommenen Bilder anschließend zu einem dreidimensionalen Bild zusammen. Laser-Hologramme bzw. Holografie allgemein funktioniert gänzlich anders. Hier wird ein einziges dreidimensionales Bild eines Gegenstands erstellt.

Laser-Hologramme und das sogenannte Laserlicht

Um zu verstehen wie Laser-Hologramme funktionieren, ist ein Blick auf eine wesentliche Eigenschaft des Lichts eines Lasers notwendig: Die Kohärenz. Licht besteht aus vielen einzelnen Lichtwellen, die von einzelnen Atomen ausgesendet werden. Bei normalem Licht wie beispielsweise Sonnenlicht oder dem Licht einer Glühbirne erfolgt das Aussenden dieser einzelnen Lichtwellen zu ausschließlich durch den Zufall bestimmten Zeitpunkten. Das hat zur Folge, dass die parallel zueinander laufenden Lichtwellen rein statistisch phasenverschoben sind. Phasenverschoben bedeutet, dass eine der Wellen beispielsweise an einer Stelle einen Wellenberg aufweist, während die daneben laufende Welle an dieser Stelle ein Wellental besitzt. Beim Laserlicht ist dies nicht der Fall: Die Zeitpunkte, an denen die Atome ihre Lichtwellen aussenden, werden hier gezielt so gesteuert, dass die Wellen phasengleich ausgesendet werden. Alle Wellen einer Wellenfront weisen also an den gleichen Stellen Wellenberge und Wellentäler auf. An die Stelle der zufälligen spontanen Emission des Lichts durch die einzelnen Atome tritt in einem Laser die gesteuerte stimulierte Emission. Das gab dem Laser seinen Namen: Light Amplification by stimulated Emission of Radiation, Lichtverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission. Dieser phasengleiche Parallellauf der einzelnen Lichtwellen wird als Kohärenz bezeichnet.

Warum ist Kohärenz wichtig für Laser-Hologramme?

Im Grunde ist es ganz einfach: Ein dreidimensionale Bild beinhaltet offensichtlich mehr Informationen als ein zweidimensionales. Der Ort jedes einzelnen Punktes des abgebildeten Objekts wird durch drei Koordinaten statt durch zwei beschrieben. Wie beim Fotografieren wird auch bei einem Laser-Hologramm die Information über das Objekt durch Licht auf die Fotoplatte übertragen. Kohärentes Laserlicht kann im Vergleich zu nicht kohärentem normalen Licht eine zusätzliche Information übertragen. Neben der auch beim Fotografieren übertragenen Information, wie weit ein Punkt des abgebildeten Objekts von einem andern Punkt nach links, rechts, oben oder unten entfernt ist, enthält kohärentes Licht auch noch diese Information: Der Punkt ist z.B. eine halbe Lichtwellenlänge weiter hinten oder vorne.

Wie wird diese Information im Laser-Hologramm gespeichert?

Fällt das vom Objekt reflektierte Laserlicht auf die Fotoplatte, enthält es also die zusätzliche Information, ob es am Ort der Fotoplatte einen Wellenberg oder ein Wellental aufweist. Das allerdings hilft zunächst nicht weiter, weil die Fotoplatte diese Information nicht speichert. Aus diesem Grund kommt ein Trick zur Anwendung: Die Fotoplatte wird nicht nur mit dem vom Objekt reflektiertem Licht belichtet, sondern gleichzeitig auch mit dem direkt vom Laser kommenden Licht. Die Überlagerung dieser beiden Wellen führt zu so genannten Interferenzen. Das bedeutet Folgendes: Weisen an einer Stelle der Fotoplatte beide Lichtwellen z.B. einen Wellenberg auf, so addieren sich beide zu einem doppelt so hellen Lichtpunkt auf der Platte. Weißt aber eine Welle ein Wellenberg und die andere ein Wellental auf, so heben sie sich gegenseitig auf. Das ist der Kerngedanke der Laser-Hologramme: Die Verschiebung der Phase zwischen dem direkt vom Laser kommenden Licht und dem vom Objekt reflektiertem Licht wird in Form eine unterschiedlichen Schwärzung auf der Fotoplatte gespeichert!