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Lexikon der Optik: synthetisches Hologramm

synthetisches Hologramm. Durch Beugung an einem s. H. wird eine Welle erzeugt, die ihrerseits als Referenzwelle für ein Interferometer geeignet ist. Hauptsächlich arbeitet man mit dem Lichte der ersten Beugungsordnungen (+1 und -1), wobei das s. H. entweder eine Wellenfront vorgegebener Art aus z.B. einer Planwelle erzeugt oder eine deformierte Welle beispielsweise in eine Planwelle verwandelt.

In Zweistrahlinterferometern werden s. H. hauptsächlich zur Prüfung asphärischer Flächen eingesetzt (Abb. 1). Dabei sind das s. H. und der Prüfling im Parallelzweige des Interferometers angeordnet. Durch einen Auffangschirm wird die vom Hologramm ausgehende intensive Beugungswelle nullter Ordnung unterdrückt. Das Interferenzbild zeigt dann die Phasendifferenz zwischen einer idealen und einer realen Wellenfront an.

In der Optikprüfung werden sowohl Trägerfrequenz- als auch in-line-Hologramme verwendet. Da der Prüfling ein Phasenobjekt darstellt, wird das s. H. so hergestellt, daß an geeignet gewählten Stellen (s.u.) Öffnungen gleicher Größe angebracht werden. Deren Lage bestimmt dann die Form der Wellenfront der Referenzwelle. Für rotationssymmetrische Asphären sind insbesondere in-line-Hologramme zweckmäßig, da das s. H. dabei keine Knickung des optischen Strahlenverlaufes verursacht, wodurch die Justierung der interferometrischen Anordnung stark vereinfacht wird. Das vom s. H. kommende Licht störender Beugungsordnungen läßt sich durch optische Filterung hinreichend gut beseitigen. Die zweckmäßigste Anordnung des s. H. im Interferometer hängt auch von der Größe der Abweichungen der asphärischen Wellenfront von einer sphärischen bzw. ebenen Welle ab. Bei großen Abweichungen sollte das s. H. an dem zum Prüflinge konjugierten Orte im Interferometer stehen, um Wellenfrontüberlappung in der Ebene des s. H. zu vermeiden. Bei kleinen Abweichungen ist die Aufstellung des s. H. außerhalb des Interferometers zweckmäßig, da dann keine zusätzlichen Forderungen an den Glasträger des s. H. entstehen. Da s. H. auch Licht negativer Beugungsordnungen erzeugen, kann ein s. H. auch als Kompensator wirken (Abb. 2), d.h., aus einer am Orte des s. H. eintreffenden asphärischen Welle wird z.B. eine sphärische Welle erzeugt, deren verbleibende Wellendeformationen mit den gesuchten Formabweichungen des Prüflings korreliert sind.

Die Ermittlung der Lage der beugenden Öffnungen des s. H. erfolgt über Strahldurchrechnung, wobei die optischen Wege von einem Bezugspunkte oder einer Bezugsebene bis zum jeweiligen Punkte im s. H. bestimmt werden. An den Orten im s. H., an denen der optische Weg in Einheiten der Wellenlänge eine ganze Zahl ist, wird eine beugende Öffnung angebracht. Die Beugungseffektivität läßt sich durch zweckmäßige Gestaltung der komplexen Transparenz des s. H. steuern, wie es z.B. bei holographischen optischen Elementen üblich ist.

S. H. in Form von reinen Phasenmasken haben darüber hinaus noch Anwendungen bei Filterverfahren, insbesondere als Fourier-Hologramme, und in der Strahlformung als Elemente zur möglichst verlustfreien Umverteilung von Laserenergie wie z.B. in der Lasermaterialbearbeitung. Zu diesem Zwecke werden die s. H. durch mehrstufige Reliefstrukturen in ihrer Effizienz bedeutend verbessert. Ein Beispiel einer solchen Strahlformung zeigt Abb. 3.



Synthetisches Hologramm 1: Interferometer zur Prüfung einer asphärischen Fläche. Die Referenzwelle wird mittels eines synthetischen Hologramms erzeugt.



Synthetisches Hologramm 2: Verwendung als Wellenfrontkompensator.



Synthetisches Hologramm 3: Zentraler Ausschnitt aus der ersten (a) und zweiten (b) Maskenlage eines 4stufigen Phasenhologramms zur Rekonstruktion eines Doppelpfeiles (c).

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