Lehrveranstaltung
HO - Holografie
PDF Lehrveranstaltungsverzeichnis English Version: HO
Version: 1 | Letzte Änderung: 19.09.2019 15:07 | Entwurf: 0 | Status: vom verantwortlichen Dozent freigegeben
| Langname | Holografie |
|---|---|
| Anerkennende LModule | HO_BaET |
| Verantwortlich |
Prof. Dr. Stefan Altmeyer
Professor Fakultät IME |
| Niveau | Bachelor |
| Semester im Jahr | Sommersemester |
| Dauer | Semester |
| Stunden im Selbststudium | 78 |
| ECTS | 5 |
| Dozenten |
Prof. Dr. Stefan Altmeyer
Professor Fakultät IME |
| Voraussetzungen | Mathematik: - Vektorrechnung - komplexe Zahlen - Fourier Transformation Physik / Optik - geometrische Optik - Wellenoptik |
| Unterrichtssprache | deutsch |
| separate Abschlussprüfung | Ja |
Literatur
Ackermann, Eichler: Holography (Wiley VCH)
Goodman: Fourier Optics (Roberts and Company Publishers)
Lauterborn, Kurz: Coherent Optics (Springer)
Goodman: Fourier Optics (Roberts and Company Publishers)
Lauterborn, Kurz: Coherent Optics (Springer)
Abschlussprüfung
Details
So weit die Prüfungszahl nicht zu groß ist, wird eine mündliche Prüfung gegenüber einer schriftlichen Prüfung bevorzugt.In der Prüfung werden auf unterstem Kompetenzniveau Kenntnisse abgefragt. Dies sind beispielsweise die Definition von dicken oder dünnen Gittern, die Formulierung der Gittergleichung für dicke Gitter bei verschiedenen Winkelverhältnissen, der Zahlenwert der Beugungseffizienz von Amplituden- und Phasenhologrammen.
Auf nächster Kompetenzstufe werden Fertigkeiten geprüft. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass bei einer gegebenen Geometrie in einem holografischen Aufbau die Lage der verschiedenen Beungungsordnungen ermittelt wird, die Beugungseffizienz der einzelnen Beugungsordnungen in einem dünnen Phasenhologramm berechnet wird, die Kohärenzanforderung eines holografischen Aufbaus in eine maximal zulässige Linienbreite des Lasers umgerechnet wird oder geschildert wird, auf welche Details beim Errichten eines holografischen Aufbaus geachtet werden muss.
Die höchste prüfbare Kompetenzstufe betrifft die Methodenkompetenz. Deren Ausprägung kann überprüft werden, indem ein Anwendungsfall geschildert wird: Aufgaben können sein einen Aufbau zur Aufnahme digitaler Hologramme für eine technische dreidimensionale Formvermessung zu konzipieren, einen Algorithmus zur Berechnung digitaler Hologramme in den Grundzügen zu entwerfen, oder Verfahren zu skizzieren, mit denen bestehende Hologramme so umkopiert werden können, dass die nicht mehr mit Laserlicht sondern mit Weißlicht rekonstruiert werden können. In einer geführten Diskussion - oder geführten Rechnung im Falle einer Klausur - kann dabei sehr genau festgestellt werden, ob die zugrundeligenden Prinzipien sicher und proaktiv angewandt werden, ob Querschlüsse gezogen werden können und ob in einer Zusammenschau mit hinreichendem Überblick gedacht und agiert wird.
Mindeststandard
Mindestens 50 % der Fragen richtig beantwortetPrüfungstyp
So weit die Prüfungszahl nicht zu groß ist, wird eine mündliche Prüfung gegenüber einer schriftlichen Prüfung bevorzugt.In der Prüfung werden auf unterstem Kompetenzniveau Kenntnisse abgefragt. Dies sind beispielsweise die Definition von dicken oder dünnen Gittern, die Formulierung der Gittergleichung für dicke Gitter bei verschiedenen Winkelverhältnissen, der Zahlenwert der Beugungseffizienz von Amplituden- und Phasenhologrammen.
Auf nächster Kompetenzstufe werden Fertigkeiten geprüft. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass bei einer gegebenen Geometrie in einem holografischen Aufbau die Lage der verschiedenen Beungungsordnungen ermittelt wird, die Beugungseffizienz der einzelnen Beugungsordnungen in einem dünnen Phasenhologramm berechnet wird, die Kohärenzanforderung eines holografischen Aufbaus in eine maximal zulässige Linienbreite des Lasers umgerechnet wird oder geschildert wird, auf welche Details beim Errichten eines holografischen Aufbaus geachtet werden muss.
Die höchste prüfbare Kompetenzstufe betrifft die Methodenkompetenz. Deren Ausprägung kann überprüft werden, indem ein Anwendungsfall geschildert wird: Aufgaben können sein einen Aufbau zur Aufnahme digitaler Hologramme für eine technische dreidimensionale Formvermessung zu konzipieren, einen Algorithmus zur Berechnung digitaler Hologramme in den Grundzügen zu entwerfen, oder Verfahren zu skizzieren, mit denen bestehende Hologramme so umkopiert werden können, dass die nicht mehr mit Laserlicht sondern mit Weißlicht rekonstruiert werden können. In einer geführten Diskussion - oder geführten Rechnung im Falle einer Klausur - kann dabei sehr genau festgestellt werden, ob die zugrundeligenden Prinzipien sicher und proaktiv angewandt werden, ob Querschlüsse gezogen werden können und ob in einer Zusammenschau mit hinreichendem Überblick gedacht und agiert wird.
Lernziele
Kenntnisse
Wesen eines Hologramms, Unterschied zu Foto, Stereogramm, 3D Kino etc.
Dünne Gitter
Gittergleichung
Belichtung von Gittern
Einfluss von Winkeln
Einfluss von Polarisation
Effizienz dünner Gitter
Amplitudengitter
Phasengitter
Holofrafische Grundgleichung
Belichtung eines Hologramms
Rekonstruktion eines Hologramms
Interpretation der verschiedenen Beugungsordnungen
Lage der verschiedenen Beugungsordnungen
Inline und Seitenbandhologramme
Zonenplatten
Inline Zonenplatten
Interferenz von Kugel- und ebener Welle
Brennpunkte als reelles und virtuelles Bild
Rekonstruktion mit Weißlicht: Dispersion, orthoskopisches und pseudoskopisches
Bild
Interpretation als Gitter mit variabler Periode
offaxis Zonenplatten
Interferenz von Kugel- und ebener Welle
Shift der Kugelwelle: verschobene Zonenplatte
Neigung der ebenen Welle: elliptische Deformation der Zonenplatte
Erhöhung der Ortsfrequenzen
Trennung von reellem und virtuellem Bild
Anwendungen: Partikel-Messtechnik, technische Einspritzvorgänge, lungengänge
Sprays
Grundlegende Eigenschaften von Hologramme
Übergang von Zonenplatte zu inhaltsreichem Hologramm
Dispersion in Hologrammen
Rekonstruktion mit anderer Wellenlänge
Rekonstruktion mit weißem Licht
Unschärfe in ausladenden Bildteilen
Sehwinkel von Hologrammen
Sehwinkel in Abhängigkeit von der Bildlage
Belichtung durch hochaperturige Objektive
Streuscheiben zur Aperturvergrößerung bei filmnaher Objektlage
Bildebenenhologramm mit Entfall der Dispersion
Kohärenzanforderung bei der Rekonstruktion
Quellgröße und laterale Schärfe
Spektrale Reinheit und axiale Schärfe
Kopien von Hologrammen
Kotaktkopie
Kopie mit Bildortverlagerung
Kohärenzanforderungen bei Kopien
Dicke Gitter
Definition
Bragg-Bedingung
erreichbare Effizienz
Hologramm-Klassen
Interferogramm zweier Punktlichtquellen
Orte gleicher Phase sind Orte gleicher Abstandsdifferenz
Klassifizierung
Dicke und dünne Hologramme
on- und offaxis Hologramme
Transmissions- und Reflexionshologramme
Totalreflexionshologramme
Fourier Hologramme
Weißlichthologramme
Regenbogenhologramme nach Benton
dünnes Weißlichthologramm
Begrenzung auf horizontale Räumlichkeit
Methoden der Aufnahme und Rekonstruktion
Vervielfältigung durch Prägen
Anwendungen: EC Karte, Ausweis, Produktechtheit
Denisjuk-Hologramme
Dickes Weißlichthologramm
Lippmann'sche Farbfotografie
Prinzip der spektralen Filterung
Schärfentiefe, spekrale Eigenschaften. Lichtstärke
Renissance durch neue Holografie Materialien: Photopolymere
RGB Denisjuk-Hologramme
Anwendungen: head-up display, Sensorhologramme, autostereoskopische
Bildschirme
Multiplexing von Hologrammen
Winkelmultiplexing
Wellenlängenmultiplexing
Aufteilung der Brechzahlmodulation
Anwendungen: low-content displays, RGB Denisjuks
Digitale Hologramme
Phasengerecht Überlagerung von Kugelwellen
Materialbedingte Beschränkung auf Amplituden oder Phasen
Phasenfreiheit der Bildpunkte
Gerchberg Saxton Algoithmen, IFTA
Berechnung digitaler Stereogramme
Phasendisplays, LCoS
Anwendungen: DOEs, Beamshaper, holografischer Zollstock, flexible-digitale Optiken,
bewegte holografische Bilder und Displays
falls die Zeit im Semester ausreicht:
Theorie der gekoppelten Wellen von Kogelnik zur Berechung der Beugungseffizienz in dicken Hologrammen.
Dünne Gitter
Gittergleichung
Belichtung von Gittern
Einfluss von Winkeln
Einfluss von Polarisation
Effizienz dünner Gitter
Amplitudengitter
Phasengitter
Holofrafische Grundgleichung
Belichtung eines Hologramms
Rekonstruktion eines Hologramms
Interpretation der verschiedenen Beugungsordnungen
Lage der verschiedenen Beugungsordnungen
Inline und Seitenbandhologramme
Zonenplatten
Inline Zonenplatten
Interferenz von Kugel- und ebener Welle
Brennpunkte als reelles und virtuelles Bild
Rekonstruktion mit Weißlicht: Dispersion, orthoskopisches und pseudoskopisches
Bild
Interpretation als Gitter mit variabler Periode
offaxis Zonenplatten
Interferenz von Kugel- und ebener Welle
Shift der Kugelwelle: verschobene Zonenplatte
Neigung der ebenen Welle: elliptische Deformation der Zonenplatte
Erhöhung der Ortsfrequenzen
Trennung von reellem und virtuellem Bild
Anwendungen: Partikel-Messtechnik, technische Einspritzvorgänge, lungengänge
Sprays
Grundlegende Eigenschaften von Hologramme
Übergang von Zonenplatte zu inhaltsreichem Hologramm
Dispersion in Hologrammen
Rekonstruktion mit anderer Wellenlänge
Rekonstruktion mit weißem Licht
Unschärfe in ausladenden Bildteilen
Sehwinkel von Hologrammen
Sehwinkel in Abhängigkeit von der Bildlage
Belichtung durch hochaperturige Objektive
Streuscheiben zur Aperturvergrößerung bei filmnaher Objektlage
Bildebenenhologramm mit Entfall der Dispersion
Kohärenzanforderung bei der Rekonstruktion
Quellgröße und laterale Schärfe
Spektrale Reinheit und axiale Schärfe
Kopien von Hologrammen
Kotaktkopie
Kopie mit Bildortverlagerung
Kohärenzanforderungen bei Kopien
Dicke Gitter
Definition
Bragg-Bedingung
erreichbare Effizienz
Hologramm-Klassen
Interferogramm zweier Punktlichtquellen
Orte gleicher Phase sind Orte gleicher Abstandsdifferenz
Klassifizierung
Dicke und dünne Hologramme
on- und offaxis Hologramme
Transmissions- und Reflexionshologramme
Totalreflexionshologramme
Fourier Hologramme
Weißlichthologramme
Regenbogenhologramme nach Benton
dünnes Weißlichthologramm
Begrenzung auf horizontale Räumlichkeit
Methoden der Aufnahme und Rekonstruktion
Vervielfältigung durch Prägen
Anwendungen: EC Karte, Ausweis, Produktechtheit
Denisjuk-Hologramme
Dickes Weißlichthologramm
Lippmann'sche Farbfotografie
Prinzip der spektralen Filterung
Schärfentiefe, spekrale Eigenschaften. Lichtstärke
Renissance durch neue Holografie Materialien: Photopolymere
RGB Denisjuk-Hologramme
Anwendungen: head-up display, Sensorhologramme, autostereoskopische
Bildschirme
Multiplexing von Hologrammen
Winkelmultiplexing
Wellenlängenmultiplexing
Aufteilung der Brechzahlmodulation
Anwendungen: low-content displays, RGB Denisjuks
Digitale Hologramme
Phasengerecht Überlagerung von Kugelwellen
Materialbedingte Beschränkung auf Amplituden oder Phasen
Phasenfreiheit der Bildpunkte
Gerchberg Saxton Algoithmen, IFTA
Berechnung digitaler Stereogramme
Phasendisplays, LCoS
Anwendungen: DOEs, Beamshaper, holografischer Zollstock, flexible-digitale Optiken,
bewegte holografische Bilder und Displays
falls die Zeit im Semester ausreicht:
Theorie der gekoppelten Wellen von Kogelnik zur Berechung der Beugungseffizienz in dicken Hologrammen.
Fertigkeiten
Für ein gegebenes Problem die Vor- und Nachteile verschiedener 3D Verfahren abwägen können
Effizienzen dünner Gitter berechnen
Die Arten und Lagen der verschiedenen Bilder in Seitenbandhologrammen berechnen
Verfahren zur räumlichen Verschiebung von Beugungsordnungen und gezielten Einstellung der Efiizienz anwenden
Schärefentiefe in Hologrammen berechnen und Lichtquellen für die Holografie Parametrisieren
Hologramme klassifzieren und für Anwendungen die richtige Klasse auswählen
Für eine gegebenes Problem die richtige Art des Kopierverfahrens für Hologramme auswählen
Holografische Aufbauten anwendungsspezifisch auslegen
Digitale Hologramme berechnen
Effizienzen dünner Gitter berechnen
Die Arten und Lagen der verschiedenen Bilder in Seitenbandhologrammen berechnen
Verfahren zur räumlichen Verschiebung von Beugungsordnungen und gezielten Einstellung der Efiizienz anwenden
Schärefentiefe in Hologrammen berechnen und Lichtquellen für die Holografie Parametrisieren
Hologramme klassifzieren und für Anwendungen die richtige Klasse auswählen
Für eine gegebenes Problem die richtige Art des Kopierverfahrens für Hologramme auswählen
Holografische Aufbauten anwendungsspezifisch auslegen
Digitale Hologramme berechnen
Aufwand Präsenzlehre
| Typ | Präsenzzeit (h/Wo.) |
|---|---|
| Vorlesung | 2 |
| Tutorium (freiwillig) | 0 |
Besondere Literatur
keine/none
Besondere Voraussetzungen
keine
Begleitmaterial
Skript als herunterladbare Datei
Separate Prüfung
keine
Lernziele
Fertigkeiten
Laser auf eine optische Achse justieren
ebene Wellen und Kugelwellen realisieren
gefaltete Strahlengänge planen
kompelxe optische Aufbauten justieren
Weglängenabgleich in unsymmetrischen Aufbauten realsieren
Optischen Aufbau für Denisjuk Hologramm realisieren und selbiges belichten
Opischen Aufbau zur Belichtung von Zonenplatten realisieren und on- und off-axis Zonenplatten belichten
Optischen Aufbau für Gitter realisieren und Gitter belichten
Optischen Aufbau für Seitenband Hologramm realisieren und selbiges belichten
Optischen Aufbau für Regenbogenkopie realisieren und selbiges belichten
Optischen Aufbau zur Rekonstruktion digitaler Hologramme mittels LCoS realsieren
ebene Wellen und Kugelwellen realisieren
gefaltete Strahlengänge planen
kompelxe optische Aufbauten justieren
Weglängenabgleich in unsymmetrischen Aufbauten realsieren
Optischen Aufbau für Denisjuk Hologramm realisieren und selbiges belichten
Opischen Aufbau zur Belichtung von Zonenplatten realisieren und on- und off-axis Zonenplatten belichten
Optischen Aufbau für Gitter realisieren und Gitter belichten
Optischen Aufbau für Seitenband Hologramm realisieren und selbiges belichten
Optischen Aufbau für Regenbogenkopie realisieren und selbiges belichten
Optischen Aufbau zur Rekonstruktion digitaler Hologramme mittels LCoS realsieren
Aufwand Präsenzlehre
| Typ | Präsenzzeit (h/Wo.) |
|---|---|
| Praktikum | 2 |
| Tutorium (freiwillig) | 0 |
Besondere Literatur
keine/none
Besondere Voraussetzungen
keine
Begleitmaterial
Anleitungen zu den Versuchen als herunterladbare Dateien.
Bedienungsanleitungen zu komplexen Geräten als herunterladbare Dateien.
Bedienungsanleitungen zu komplexen Geräten als herunterladbare Dateien.
Separate Prüfung
Prüfungstyp
Projektaufgabe im Team bearbeiten (z.B. im Praktikum)Details
1) Übungsaufgabe mit fachlich / methodisch eigeschränktem Fokus lösen- Vor Antritt des Praktikums sind zu Hause ausgearbeitete Aufgaben vorzulegen. Die
Aufgaben sind umfangreich und erfordern das Finden eigener Ansätze, die nicht in der
Vorlesung vorgegeben wurden
2) Fachgespräch zu besonderen Fragestellungen
- Die obigen Aufgaben werden im Plenum der Teilnehmer diskutiert und von diesen
vorgerechnet
- Die Grundideen zum Versuch werden vor dessen Durchführung intensiv diskutiert
3) Projektaufgabe (im Team) bearbeiten
Die Versuche werden im Allgemeinen zu zweit durchgeführt.
- Versuchsaufbauten müssen selber aufgebaut und justiert werden
- Mit den selber errichteten Versuchsaufbauten müssen Messdaten gewonnen werden
Mindeststandard
Alle schriftlichen Aufgaben müssen bearbeitet sein.Die Grundideen des Experimentes müssen verstanden sein.
Alle Versuche müssen durchgeführt worden sein.
Bei Fehlern, bitte Mitteilung an die
Webredaktion der Fakultät IME
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