Licht und Holographie
Für die Praxis der Holographie spielt der duale Charakter
des Lichts keine Rolle. Das Verfahren der Holographie beruht
auf dem Wellencharakter des Lichts und seinen Spezifika.1
Erste Erkenntnisse der Wellenoptik formulierte Christian Huygens
(1629 - 1694), wichtig für die Holographie sind ferner die
Arbeiten von Thomas Young (1773-1829), Augustin Fresnel (1788-1827)
und von Fraunhofer (1787-1826). Bereits zu Beginn des 19. Jahrhunderts
standen ausreichende Kenntnisse zur Verfügung, um die Prinzipien
der Holographie verstehen zu können.
In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts fand man heraus,
daß Lichtwellen ein Spezialfall elektromagnetischer Wellen
sind. Sie zeichnen sich dadurch aus, daß sie sichtbar sind,
denn für ein bestimmtes Spektrum elektromagnetischer Wellen
sind im menschlichen Auge Rezeptoren vorhanden.2
Allgemein gesagt sind Wellen Störungen von Ruhezuständen.
Eine Lichtwelle ist eine Störung in einem elektromagnetischen
Feld, dessen Ruhezustand das Vakuum ist. Elektromagnetische Wellen
sind periodisch sich kugelförmig ausbreitende elektromagnetische
Felder. Sie bestehen aus zueinander senkrechten elektrischen
und magnetischen Feldern (Abb.
4).
Eine Lichtwelle kann charakterisiert werden durch verschiedene
Eigenschaften: Wellenlänge, Frequenz, Geschwindigkeit, Amplitude
und Polarisation. Als Frequenz kann man die Zahl der Schwingungen
pro Sekunde definieren, sie bezeichnet die zeitliche Ausdehnung
der Welle. Wie die Welle sich räumlich ausdehnt, besagt
die Wellenlänge, sie beschreibt den Abstand, den zwei Wellenkämme
voneinander haben. Den Zusammenhang zwischen räumlichem
und zeitlichem Verhalten der Welle beschreibt die Geschwindigkeit,
d.h. die Strecke, um die ein Wellenberg oder -tal in einer Sekunde
fortschreitet. Die Amplitude gibt an, wie hoch ein Wellenberg
ist und wie intensiv also das Licht (Abb. 3). Mit Polarisation wird
die Richtung bezeichnet, in der das elektrische Feld schwingt.
Lichtwellen sind Transversalwellen, d.h. sie schwingen senkrecht
zur Ausbreitungsrichtung. Daher ist auch ihre Polarisationsrichtung
immer senkrecht zur Ausbreitungsrichtung (Abb.
4).
Sichtbar von den Eigenschaften der Lichtwellen ist das Quadrat
der Amplitude als Helligkeit (physikalisch: Intensität)
und die Frequenz als Farbe. Die Empfindung dieser Qualitäten
hängt nicht nur von den Eigenschaften der Welle ab, sondern
auch vom veränderlichen, kontextabhängigen menschlichen
Wahrnehmungsapparat. Der unmittelbaren Anschauung unzugänglich
ist die Phasenlage, auf der das Phänomen der Interferenz
beruht.
Von einer Lichtquelle gehen (im Modell der geometrischen Optik)
Lichtstrahlen aus, die zusammen in Ausbreitungsrichtung Wellenfronten
bilden (Abb.
5). Stellt man sich einen einzelnen Lichtstrahl als Sinuswelle
vor, so befindet sich an jeder Stelle ein elektrisches Feld mit
einer bestimmten Stärke. Am größten ist das Feld
an der Stelle des Wellenberges. Mit Phase bezeichnet man die
Stärke des elektrischen Feldes bezüglich seiner Quelle.
Mit Hilfe der Phase lassen sich zwei Wellen gleicher Wellenlänge
vergleichen: Sie können phasengleich sein, d.h. ihre Wellenberge
sitzen an denselben Stellen, oder sie können gegenphasig
sein, d.h. an der Stelle des Bergs der einen Welle befindet sich
das Tal der anderen.