Hologramme als Thema für die Grundschule


Examensarbeit, 2004
69 Seiten, Note: 2

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung
1. 1. Aufbau der Arbeit
1. 2. Begründung

2. Einführung in die Holographie
2. 1. Was ist Holographie?
2. 2. Die Geschichte der Holographie
2. 3. Hologrammarten
2. 4. Arbeitsplatz
2. 5. Benötigtes Material zur Herstellung von Reflexionshologrammen
2. 5. 1. Laser
2. 5. 2. Linse
2. 5. 3. Umlenkspiegel
2. 5. 4. Fotomaterial
2. 5. 5. Vorquell-, Entwickler-, Stopp- und Bleichbad
2. 6. Wie entsteht ein Hologramm?
2. 7. Mögliche Fehlerquellen bei der Herstellung von Hologrammen

3. Eigene Erfahrungen mit der Herstellung von Hologrammen
3. 1. Vorarbeit
3. 2. Durchgeführte Versuche
3. 3. Der Entwicklungsvorgang
3. 4. Erkenntnisse und Probleme

4. Das Thema Hologramme im Rahmen des Sachunterrichts
4. 1. Didaktische Begründungen für technische Themen im Sachunterricht
4. 2. Einführung des Themas
4. 2. 1. Hologramme in der Umwelt der Schüler
4. 2. 2. Kurzer Einblick in die Geschichte der Holographie
4. 3. Der Laser als wichtigstes Gerät zur Herstellung von Hologrammen
4. 3. 1. Versuche mit dem Laser
a) Versuch 1: Der Laser – kollimiertes Licht
b) Versuch 2: Laser – monochromatisches Licht
c) Versuch 3: Der Laser – geradlinig ausbreitendes Licht
4. 3. 2. Was ist beim Experimentieren mit einem Laser im Unterricht zu beachten?
4. 4. Museumsbesuch
4. 5. Schulbesuch beim Holographen
4. 6. Die Umsetzung der Unterrichtseinheit Hologramme in der Grundschule

5. Auswertung der durchgeführten Unterrichtseinheit
5. 1. Theoretischer Teil
5. 2. Praktischer Teil
5. 3. Ergebnisse der Lernerfolgskontrolle
5. 4. Besuch des Museums Explora in Frankfurt

6. Schlussbemerkung
6. 1. Zusammenfassung
6. 2. Ausblick
6. 3. Offene Fragen
6. 4. Danksagung

7. Literaturverzeichnis
7. 1. Printinformationen
7. 2. Internetinformationen

8. Anlagen
8. 1. Unterrichtseinheit
8. 2. Lernerfolgskontrolle
8. 3. Sicherheitshinweise für das Experimentieren mit dem Laser in der Schule (HessischesGefahrstoffInformationsSystemSchule Kapitel 10)
8. 4. Auszug aus dem Museumsführer der Explora

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Referenz- und Objektwelle bei der Aufnahme eines Hologramms

Abbildung 2: Foto von Dennis Gabor (1971) übernommen aus Zuta, R. (2003): Pics of Nobel Laureates (http://www.zuta.de/nppyhs/gabor.htm), Rev. 2003-04-04

Abbildung 3: Hologramm von Dennis Gabor Link, A. (2003): Interactive Systems (http://www.is.co.at/hologramme_geschichte.html), Rev. 2003

Abbildung 4: Aufnahmeaufbau eines Reflexionshologramms über-nommen aus F. Siemsen; A. Eisenhauer, 1997,

Abbildung 5: Aufnahmeaufbau eines Transmissionshologramms über-nommen aus F. Siemsen; A. Eisenhauer, 1997,

Abbildung 6: Einzelne Phasen eines Vier-Phasen-Reflexionshologramms (ausgestellt im Explora -Museum)

Abbildung 7: Regenbogenhologramm aus dem Explora -Museum

Abbildung 8: Prägehologramm auf einer EC-Karte

Abbildung 9: Schematische und vereinfachte Darstellung eines Aufbaus übernommen aus S. Gerdon, 2002,

Abbildung 10: Aufbau für ein Reflexionshologramm mit Umlenkspiegel nach Timo Junker

Abbildung 11: Großaufnahme eines Linsenaufbaus

Abbildung 12: Aufbau für ein Reflexionshologramm ohne Umlenkspiegel nach Timo Junker

Abbildung 13: Reflexionshologramm einer indischen Göttin

Abbildung 14: Reflexionshologramm einer indischen Göttin (Aufnahme aus einem anderen Winkel)

Abbildung 15: Pseudoskopisches Bild eines Reflexionshologramms

Abbildung 16: Aufbau für ein Reflexionshologramm mit einem Laserpointer nach Timo Junker

Abbildung 17: Reflexionshologramm einer versteinerten Schnecke

Abbildung 18: Beispiele für Hologramme im Alltag

Abbildung 19: Drei-Phasen-Reflexionshologramm Phase 1

Abbildung 20: Drei-Phasen-Reflexionshologramm Phase 2

Abbildung 21: Drei-Phasen-Reflexionshologramm Phase 3

Abbildung 22: Tafelbild Teil 1 aus meiner Unterrichtseinheit

Abbildung 23: Tafelbild Teil 2 aus meiner Unterrichtseinheit

Abbildung 24: Tafelbild Teil 3 aus meiner Unterrichtseinheit

1. Einleitung

1. 1. Aufbau der Arbeit

Diese Staatsexamensarbeit befasst sich mit der Umsetzung der Unterrichts- einheit Hologramme in der Grundschule.

Auch wenn in der Primarstufe noch kein physikalisches Hintergrundwissen vorhanden ist, muss auf eine kurze Einführung in die Holographie nicht ver-zichtet werden. Für mich war dabei besonders wichtig, leicht verständliche Sachverhalte darzustellen und dabei weitestgehend auf Fachbegriffe und gänzlich auf mathematische Formeln zu verzichten. Das zweite Kapitel dieser Arbeit gibt somit einen kurzen Abriss des Themas wieder. Dadurch möchte ich versuchen, die Holographie für den Laien zugänglich zu machen und andere Lehrer zur Behandlung dieses Themas in ihrem Unterricht – insbesondere in der Grundschule – zu motivieren.

Im nächsten Kapitel schildere ich meine eigenen Erfahrungen mit der Herstellung von Hologrammen, die ich in Herrn Junkers Labor sammeln durfte.

Danach folgt der methodisch-didaktische Teil meiner Arbeit. Aufgrund verschiedener Anregungen sowohl aus Literatur als auch von verschiedenen Personen, die mich bei meiner Arbeit unterstützt haben, erstellte ich eine Unterrichtseinheit zu dem Thema Hologramme.

Das letzte Kapitel meiner Arbeit beschäftigt sich mit der Auswertung der von mir durchgeführten Unterrichtseinheit in der Klasse 2d der Comeniusschule in Frankfurt Bornheim[1]. Darin schildere ich meine positiven und negativen Erfahrungen und zeige Alternativen auf.

1. 2. Begründung

In einem Gespräch mit Herrn Prof. Dr. Siemsen über mögliche Themen für eine Examensarbeit wurde ich darauf aufmerksam, dass die meisten Menschen auch in der heutigen Zeit nicht verstehen, wie die Holographie funktioniert. In der Schule wird die Holographie fast nie behandelt.

An einer Umsetzung dieses Themas im Grundschulunterricht zeigte bisher, soweit ich es herausfinden konnte, noch niemand Interesse.

Ich habe jedoch im Rahmen meines Lehramtsstudiums für mich festgestellt, dass jedes Thema im Grundschulunterricht umgesetzt werden kann, wenn man den richtigen Weg wählt. Daher habe ich mich recht bald dazu entschieden, mit meiner Staatsexamensarbeit die Holographie auch für die Grundschule zugänglich zu machen.

Zu Beginn meiner Recherchen kam ich kurzzeitig ins Zweifeln, ob sich mein Vorhaben wirklich umsetzen lassen würde. Doch dann stieß ich im Internet auf die Adresse von Timo Junker. Ich nahm Kontakt zu ihm auf und er erklärte mir, dass die Holographie bereits für Siebenjährige ein faszinieren-des Gebiet sein könne. Nachdem ich ihn schließlich auch noch in seinem Labor in Würzburg besucht und selbst Hologramme hergestellt hatte, war ich endgültig von meinem Vorhaben überzeugt.

Ich möchte mit dieser Arbeit zeigen, dass die Holographie längst nicht mehr von teuren Geräten und umständlichen Versuchsaufbauten abhängig ist. Es bedarf nur einer entsprechenden Einführung, die über Bücher geschehen kann, und jeder kann sogar zuhause einfache Hologramme herstellen. Außerdem möchte ich andere Lehrpersonen mit dieser Arbeit dazu motivieren, sich an ungewöhnliche Themen und insbesondere die Holo-graphie heranzutrauen. Das Interesse, das die Schüler an solchen Themen zeigen, ist immens.

Ich möchte an dieser Stelle darauf hinweisen, dass ich in allen Teilen meiner Arbeit die Begriffe Lehrer und Schüler als Bezeichnung für beide Geschlech-ter verwende, um nicht unnötig komplizierte Sätze entstehen zu lassen.

2. Einführung in die Holographie

Wie ich bereits in meinen Ausführungen zum Aufbau der Arbeit erwähnt habe, gibt dieses Kapitel nur einen kurzen und leicht nachvollziehbaren Überblick zur Herstellung von Hologrammen. Dabei habe ich auf komplizierte physikalische Sachverhalte und mathematische Formeln gänzlich verzichtet.

2. 1. Was ist Holographie?

Bei der Holographie handelt es sich um ein zweistufiges, linsenloses drei-dimensionales Abbildungsverfahren. Dabei werden zwei Eigenschaften von kohärentem[2] Licht, nämlich die Beugung und die gegenseitige Überlagerung der Lichtwellen (= Interferenz[3] ) ausgenutzt.

In der ersten Stufe zeichnet man das Wellenfeld eines Objektes auf einer Fotoplatte auf, indem man das Objekt mit Laserlicht beleuchtet. Ein Teil eines aufgeweiteten Laserstrahls trifft direkt auf die Fotoplatte (sog. Referenzwelle). Das restliche Laserlicht trifft auf das Objekt, welches das Licht reflektiert (sog. Objektwelle). Auf der Fotoplatte überlagern sich die beiden Wellen und lassen ein Interferenzmuster entstehen. Im zweiten Schritt rekonstruiert man dieses Interferenzmuster durch Bestrahlung mit einer Lichtquelle und erhält dadurch „ein frei im Raum schwebendes drei-dimensionales (virtuelles) Bild des Gegenstandes“[4].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Referenz- und Objektwelle bei der Aufnahme eines Hologramms

Die Tatsache, dass bei der Holographie nicht nur die Helligkeit (Amplitude[5] ), sondern auch die komplette optische Information – die drei Dimensionen, Oberflächenbeschaffenheit und Oberflächenstruktur – des Objektes (sog. Phase) aufgezeichnet werden kann, macht Hologramme für den Betrachter so faszinierend. Denn bei guter Qualität kann man Objekt und Hologramm kaum unterscheiden.

2. 2. Die Geschichte der Holographie

Bereits 1920 beschäftigte sich Mieczyslaw Wolfke mit der Problematik, eine mikroskopische Abbildung in zwei Stufen zu unterteilen, was damals an experimentellen Schwierigkeiten scheiterte.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Der am 05. Juni 1900 geborene Dennis Gabor gilt als eigentlicher Entdecker der Holographie, auch wenn sein primäres Forschungsziel die Verbesserung von Elektronen-mikroskopen war. Als interessantes Nebenprodukt gelang es ihm 1948 erstmals, die Interferenzstruktur eines Objektes auf einer fotographischen Platte aufzuzeichnen bzw. Objekte dreidimensional abzubilden. Dieses Verfahren nannte er Holographie, was soviel bedeutet wie ganzheitliche Aufzeichnung. Das Wort setzt sich Abbildung 2: Dennis Gabor (1971)[6] aus den zwei griechischen Wörtern holos (ganz[heitlich], vollständig, völlig, unversehrt) und graphein (schreiben, aufzeichnen) zusammen.

Gabor hatte allerdings mit einigen Schwierigkeiten zu kämpfen, die dazu führten, dass er die weitere Forschung bald einstellte. Aufgrund der Tatsache, dass der Laser noch nicht erfunden war, musste Gabor mit einer Quecksilberlampe als Lichtquelle arbeiten.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Dies erforderte jedoch die Nutzung eines Interferenzfilters wie auch einer Lochblende, um das benötigte kohärente Licht zu erhalten, was zu starkem Qualitätsverlust des ohnehin nur 1mm² großen Hologramms führte. Außer-dem hatte Gabor damit zu kämpfen, dass es noch kein qualitativ hochwertiges Filmmaterial gab. Sein verwendeter In-line-Versuchsaufbau (d.h. alle Elemente in einer Reihe aufgebaut) führte dazu, dass sich die beiden entstehenden Bilder (virtuelles und reelles bzw. pseudosko-pisches Bild) bei der Aufnahme des Hologramms überlagerten und somit gegenseitig störten. Abbildung 3: Hologramm von Dennis Gabor[7]

In den folgenden Jahren war „die wichtigste Anwendung der Holographie […] ein Verfahren zur Verbesserung des Auflösungsvermögens von Radar-aufnahmen des Erdbodens vom Flugzeug aus“[8], welches jedoch nur im militärischen Bereich unter größter Geheimhaltung entwickelt und angewen-det wurde. Mit diesem Verfahren arbeitet heute das mittlerweile weit verbreitete Global-Positioning-System (kurz: GPS).

Erst 1959 befassten sich die beiden amerikanischen Wissenschaftler Emmett N. Leith und Juris Upatnieks erneut mit der Forschung auf diesem Gebiet und erzeugten gute dreidimensionale Abbildungen von Objekten mit Hilfe von Gabors theoretischen Grundlagen. Allerdings vermieden sie das Problem des doppelten Bildes durch das so genannte Zwei-Strahlen-Verfahren, welches das virtuelle Bild hinter und das reelle Bild vor der Filmebene entstehen lässt.

Schon ein Jahr später, also 1960, erfand Theodore H. Maiman den ersten Laser, nämlich einen Rubinkristalllaser, und weitere zwei Jahre später erlebte die Holographie mit der Erfindung des He(lium)-Ne(on)-Lasers durch Ali Javan, William Bennet und Donald R. Herriott einen großen Aufschwung.

Diese Entwicklungen motivierten Leith und Upatnieks zu weiteren holo-graphischen Versuchen, und 1964 konnten sie die ersten Lasertrans-missionshologramme von dreidimensionalen Objekten vorweisen. Diese Hologramme konnte man jedoch nur durch erneute Bestrahlung mit Laserlicht betrachten.

Auch in der Sowjetunion beschäftigte man sich etwa zur gleichen Zeit mit der Holographie. Dem Physiker Youri N. Denisyuk gelang es, Hologramme herzustellen, die sogar mit Sonnenlicht oder unter einer Lampe durch Reflexion sichtbar gemacht werden konnten. Man spricht dabei von Weißlichtreflexionshologrammen, aber auch – nach ihrem Erfinder – von Denisyuk-Hologrammen.

Die Veröffentlichungen von Leith und Upatnieks sowie von Denisyuk animierten eine Reihe Fachleute und sogar Künstler zur Entwicklung einer Vielzahl von Verfahren und Anwendungen. Die Holographie wurde dadurch „eine der bedeutendsten Erfindungen der physikalischen Optik“[9] und daher verlieh man Gabor 1971, wenn auch 23 Jahre verspätet, schließlich den Nobelpreis der Physik.

In pädagogischen Hochschulen wurden ungefähr zwischen 1973 und 1976 bereits einfache Hologramme in der Lehre eingesetzt. Ab diesem Zeitpunkt konnten Lehrer auch an Schulen für ihren Unterricht solche Hologramme erhalten. Die Qualität dieser Hologramme war allerdings noch sehr schlecht. Man konnte sie nur mit Hilfe eines Lasers sichtbar machen und meist dauerte es eine längere Zeit, bis man überhaupt die richtige Position gefunden hatte, um etwas erkennen zu können.[10]

Den Durchbruch der Holographie in der Weltöffentlichkeit erzielte 1984 das amerikanische National Geographic Magazine durch die Veröffentlichung einer Ausgabe mit einem holographischen Bild eines fliegenden Adlers als Titelblatt, welche sich 11 Millionen Mal verkaufte. Heute gehören Holo-gramme bereits zum Alltag, weil sie auf Kreditkarten und auch auf manchen Geldscheinen als Sicherheitsmerkmale verwendet werden.

2. 3. Hologrammarten

In der Holographie unterscheidet man im Wesentlichen zwei Arten von Hologrammen: Weißlichthologramme und Durchlichthologramme.

Der Unterschied besteht darin, dass beim Weißlichthologramm die Lichtwellen betrachtet werden, die vom Hologramm reflektiert werden, und Objekt- und Referenzwelle von unterschiedlichen Seiten auf das Filmmaterial treffen (siehe Abbildung 4) – weshalb man auch von Reflexionshologrammen spricht. Der Objektstrahl wird dreidimensional in halbdurchlässigen Spiegel-schichten gespeichert.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Aufnahmeaufbau eines Reflexionshologramms[11]

Beim Durchlichthologramm werden die Lichtwellen betrachtet, die durch das Hologramm hindurch treten, und Objekt- und Referenzwelle aus der gleichen Richtung auf den Film treffen (siehe Abbildung 5) – deshalb ist oft auch von Transmissionshologrammen[12] die Rede. Der Objektstrahl wird bei Durchlicht-hologrammen zweidimensional als Beugungsgitter gespeichert.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Aufnahmeaufbau eines Transmissionshologramms[13]

Das erste Reflexionshologramm wurde 1961 durch Yuri N. Denisyuk in der Sowjetunion entwickelt. Der Vorteil bei Weißlichthologrammen besteht darin, dass sie – wie ihr Name schon vermuten lässt – bei Bestrahlung von vorn mit einer Weißlicht-Punktquelle reflektieren. Man erhält ein virtuelles (schein-bares) oder auch orthoskopisches Bild, welches hinter der Fotoplatte zu liegen scheint. Beleuchtet man das Hologramm von hinten, so sieht man das reelle (wirkliche) oder pseudoskopische Bild des Objekts, welches vor der Fotoplatte zu liegen scheint und wie der Gipsabdruck des Objekts aussieht. Aus diesem Grund eignen sich Weißlichthologramme eher dazu, sie im Rahmen der Unterrichtseinheit Holographie mit der Klasse herzustellen, weil die Kinder sich ihre selbst hergestellten „Kunstwerke“ auch zuhause unter jeder Lampe betrachten können.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6: einzelne Phasen eines Vier-Phasen-Reflexionshologramms

(ausgestellt im Explora -Museum)

Durchlichthologramme müssen hingegen immer unter dem gleichen Licht bzw. dem Laser betrachtet werden, unter dem sie auch aufgenommen wurden, weil sie nur für diese eine Frequenz empfindlich sind. Wird ein Durchlichthologramm mit weißem Licht beleuchtet, dann nimmt man nur gegeneinander verschobene Bilder wahr, die sich überlagern. Daher sind Weißlichthologramme in unserem Alltag weitaus verbreiteter. Um das virtuelle Bild eines Durchlichthologramms sehen zu können, muss es von hinten beleuchtet werden. Beleuchtet man das Hologramm von vorne, so erkennt man das reelle Bild.

Ein Nachteil der Weißlichthologramme ist jedoch, dass sie im Vergleich zu Durchlichthologrammen nur eine begrenzte Tiefenwirkung haben und nicht so lichtstark erscheinen. Deshalb werden in der Forschung bevorzugt Durchlichthologramme als Masterhologramme (= Hologramme, die in einer zweiten Stufe weiterverarbeitet werden) verwendet. Sowohl die Helligkeit als auch die Beleuchtung sind bei diesem Hologrammtyp besser kontrollierbar.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Ein weiterer erwähnenswerter Hologrammtyp ist das Regenbogen-hologramm. Es wurde 1968 von Benton erfunden und ist ein Weißlicht-Transmissions-Hologramm, welches in einem zweistufigen Verfahren hergestellt wird.

Zuerst wird durch Trans-mission ein Masterholo-gramm angefertigt. Von dem reellen Bild dieses Hologramms wird im zweiten Schritt das end-gültige Regenbogenholo-gramm gemacht. Dies ist möglich, weil man ein re-elles Bild auf einem Film auffangen kann. Dabei wird ein Spalt des Master-hologramms mit Laserlicht Abbildung 7: Regenbogenhologramm aus dem Explora -Museum

beleuchtet. Dies führt dazu, dass das Objekt im Raum rekonstruiert wird. Nun stellt man in das virtuelle Bild die Filmplatte und beleuchtet diese mit einem Referenzstrahl. Dabei ist zu beachten, dass die vorher dem Objekt zuge-wandte Seite des Masterhologramms zum Laser zeigen muss. Aufgrund der Tatsache, dass nur ein Spalt des Masterhologramms verwendet wird, besitzen Regenbogenhologramme keine vertikale Parallaxe, d. h. man kann das Hologramm zwar von rechts und links betrachten, aber nicht von oben und von unten.[14]

Zur Betrachtung muss es, frei im Raum aufgestellt oder aufgehängt, von hinten mit einem Spot, einer Weißlichtlampe oder auch von der Sonne beleuchtet werden. Der Betrachter nimmt scharfe, lichtstarke, fast einfarbige Bilder wahr, die eine große räumliche Tiefe haben. Bewegt der Betrachter seinen Kopf in vertikaler Richtung, so ändert sich die Farbe des Hologramms ständig und durchläuft alle Farben des Regenbogens, wodurch diese Holo-grammart ihren Namen erhalten hat.

Ebenfalls auf einem zweistufigen Verfahren beruht die Herstellung von Bildebenenhologrammen. Allerdings ist hierbei kein Spalt nötig und somit sowohl die horizontale als auch die vertikale Parallaxe vorhanden. Wichtig ist, dass der Abstand von Masterhologramm und Film genauso groß gewählt wird wie der Abstand von Objektmitte und Film bei der ersten Aufnahme. Für den Betrachter ist bei dieser Hologrammart die Hälfte des Objekts vor und die andere hinter der Filmebene zu sehen, sodass das Objekt in der Bild-ebene zu schweben scheint.

Des Weiteren gibt es Multiplexhologramme, die auf Planfilm aufgenommen werden, der dann zu einem Zylinder zusammen gebogen wird. Dieser Zylin-der wird von innen beleuchtet, und wenn der Betrachter um das Hologramm herumgeht, dann nimmt er eine Bewegung in den verschiedenen Spektral-farben wahr. Die Herstellung dieser Hologrammart ist sehr aufwendig. Mehr als 1000 Einzelbilder eines gedrehten Films werden nebeneinander als Streifenhologramme auf der Fotoplatte aufgenommen. Das Multiplexholo-

gramm an sich ist zweidimensional und erhält durch das stereoskopische Sehen[15] seine Dreidimensionalität.

Zuletzt möchte ich noch auf eine Hologrammart eingehen, die aufgrund des hohen Aufwands bei der Herstellung besonders fälschungssicher ist. Dabei handelt es sich um die so genannten Prägehologramme, die man besonders auf Bankkarten findet. Aufgrund ihrer einfachen Reproduzierbarkeit eignet sich dieser Hologrammtyp hervorragend zur Massenproduktion. Zuerst wird ein Weißlichthologramm auf einem speziellen Film hergestellt, auf dem das Interferenzmuster das Beugungsgitter als Relief hinterlässt. Von diesem Relief wird ein Abdruck angefertigt und davon ein Prägestempel gemacht. Schließlich wird dieses Relief auf Folie geprägt und mit Silber bedampft.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 8: Prägehologramm auf einer EC-Karte

Der Vollständigkeit halber bin ich in den letzten Absätzen auf die wichtigsten Hologrammarten eingegangen. Da sich die Reflexionshologramme aus be-reits erwähnten Gründen besser zur Herstellung im Rahmen des Grund-schulunterrichts eignen, möchte ich mich in allen folgenden Kapiteln auf die Auseinandersetzung mit diesem Hologrammtyp beschränken.

2. 4. Arbeitsplatz

Genau wie bei der Fotographie benötigt man auch bei der Holographie einen geeigneten Raum. Grundvoraussetzung ist, dass eine vollkommene Abdun-kelung des Raums möglich und der Raum vibrationsarm ist. Um nicht total im Dunkeln arbeiten zu müssen, kann man im Aufnahmeraum mit grünem Licht arbeiten, da das Filmmaterial nicht empfindlich für diese Frequenz ist.

Außerdem muss sich im Raum ein stoßunempfindlicher Arbeitstisch befin-den, damit das Hologramm bei der Aufnahme nicht verwackelt.

Im professionellen, kommerziellen oder wissenschaftlichen Bereich wird zur Erreichung optimaler Ergebnisse mit vibrationsdämmenden Systemen gear-beitet, die jedoch auch entsprechend kostenaufwendig sind.

2. 5. Benötigtes Material zur Herstellung von Reflexionshologrammen

2. 5. 1. Laser

Laser ist die Abkürzung für light amplification by stimulated emission of radiation, was übersetzt soviel bedeutet wie Lichtverstärkung durch angeregte Strahlungsaussendung. Laser ist in erster Linie ein physikalisches Prinzip, soll aber hier als physikalischer Gegenstand gebraucht werden.

In der Praxis treten beim Laser hohe Leistungen in Form eines parallel gerichteten, monochromatischen[16] Lichtstrahls auf, welcher die Kohärenz-bedingungen erfüllt.

Entscheidend für das Funktionieren eines „Lasers ist ein geeignetes Medium, z. B. ein Rubinkristall, mit zwei verspiegelten parallelen Endflächen, von denen eine das Licht voll reflektiert, während die andere Licht z.T. aus dem Kristall austreten lässt“[17].

Man unterscheidet die verschiedensten Laserarten nach Medium (z.B. Gas-, Ionen-, Molekül-, Glas-, Festkörper- und chemische Laser) und nach Betriebsart (z.B. Impuls-, Dauerstrich- und Riesenimpuls-Laser).

Für den Grundschulunterricht genügt ein He-Ne-Laser mit einer Leistung von 1mW. Dieser Laser gehört gerade noch zur Schutzklasse I[18] und darf an Schulen verwendet werden, wobei zu beachten ist, dass nur der Lehrer ihn bedienen darf.

2. 5. 2. Linse

Zur Aufweitung des Laserstrahls benötigt man eine Linse, die nach Möglichkeit eine Brennweite von 5mm nicht überschreiten sollte, damit der Strahl nach einer möglichst kurzen Strecke komplett aufgeweitet ist. Je kürzer die Brennweite der Linse ist, desto kleiner kann der Arbeitsplatz sein.

Die Linse muss senkrecht zum Laserstrahl justiert werden. Eine ganz ein-fache Art, die Linse richtig zu platzieren, besteht darin, dass man sie auf einem Nagel mit Heißkleber aufrecht befestigt und diesen dann in ein Stück Styropor o. ä. steckt. Ist die Linse verschmutzt oder gar verkratzt, dann hat dies Auswirkungen auf die Qualität des Hologramms. Daher sollte immer darauf geachtet werden, dass die Linse in einem gepflegten Zustand ist.

2. 5. 3. Umlenkspiegel

Es eignen sich in der Holographie besonders hochreflektierende dielek-trische[19] Laserspiegel, denn diese lassen am wenigsten Intensitätsverlust der Lichtquelle zu. Dadurch lassen sich Interferenzerscheinungen vermeiden.

Der Umlenkspiegel hat zwei Funktionen: erstens wird es durch ihn möglich, die Fotoplatte direkt auf dem Objekt zu platzieren und zweitens reduziert er den Platz, den der Aufbau benötigt.

2. 5. 4. Fotomaterial

Als Fotomaterial eignen sich gut Glasplatten, deren fotographische Schichten mit einer lichtempfindlichen Silber-Halogenid-Emulsion beschichtet sind und ein Auflösungsvermögen von 3000 bis 6000 Linien pro Millimeter be-

sitzen.[20] Das Auflösungsvermögen von Fotomaterial sagt etwas über die „Fähigkeit des Bildempfängers und des abbildenden Systems“ aus, „die Bilder dicht benachbarter Objekte getrennt aufzuzeichnen (aufzulösen)“[21] Fotoplatten sind recht kostengünstig und aufgrund ihrer Rotempfindlichkeit können sie mit einem He-Ne-Laser belichtet werden, der ebenfalls verhältnis-mäßig preiswert in der Anschaffung ist. Außerdem ist es durch den Wellen-längenbereich zwischen 580 und 650 nm[22] möglich, den Arbeitsbereich mit Grünlicht auszuleuchten.

Die Platte sollte bei der Belichtung mit der Emulsion zum Objekt liegen, damit der Weg des Lichts so kurz wie möglich ist. Außerdem kann man dann nach dem Entwickeln das Hologramm auf der unbeschichteten Seite betrachten und die Seite mit der Emulsionsschicht schwarz lackieren, um das Holo-gramm zu schützen und es besser betrachten zu können.

Filmmaterial erhält man aber auch als Planfilm. Dieser ist zwar billiger als die Fotoplatten, muss aber zusätzlich bei der Belichtung mit Hilfe zweier Glas-platten fixiert werden und ist daher schwieriger anzuwenden.

[...]


[1] Adresse: Burgstraße 59, 60389 Frankfurt

[2] Kohärenz: Gleichtakt von Lichtwellen (nach Heiß, P., 1995); Kohärenzbedingung: „gleiche Frequenz, gleich bleibende Polarisation und konstante Phasenbeziehung zwischen den überlagerten Wellenzügen“ (nach Nachtigall und Siemsen, 1990, Seite 242)

[3] In diesem Fall handelt es sich bei diesen Lichtwellen um die Objekt- und die Referenzwelle, die beim Zusammentreffen Verstärkungen und Auslöschungen entstehen lassen, was ein individuelles Muster aus sich überlagernden Kreisen erzeugt (= Interferenzmuster)

[4] DGPT, 2003, http://www.dgpt.org/DE/service/biografien/DennisGabor.php

[5] Die Amplitude ist die physikalische Größe, die die maximale Auslenkung einer Schwingung bzw. einer Welle bezeichnet. Bei Lichtwellen wird die Amplitude als Helligkeit wahrgenommen. (nach http://de.wikipedia.org/wiki/Amplitude, 2004)

[6] leicht abgewandelt übernommen aus http://www.zuta.de/nppyhs/gabor.htm

[7] übernommen aus http://www.is.co.at/hologramme_geschichte.html

[8] P. Heiß, 1995, Seite 15

[9] P. Heiß, 1995, Seite 16

[10] mündliche Information von Prof. Dr. Siemsen am 10. Mai 2004

[11] Abbildung übernommen aus F. Siemsen; A. Eisenhauer, 1997, Seite 353

[12] Transmission: Der Durchgang von Strahlung durch ein Medium ohne Änderung der Frequenz innerhalb der monochromatischen Strahlungsanteile. (nach http://www.geoinformatik.uni rostock. de/einzel.asp?ID=1690, 2004)

[13] Abbildung übernommen aus F. Siemsen; A. Eisenhauer, 1997, Seite 352

[14] vgl. S. Kremer, 2002, http://www.holographie-online.de/wissen/grundlagen/hologrammtypen/ hologrammtypen.html

[15] stereoskopisches Sehen: ermöglicht die Wahrnehmung eines Raumbildes durch Betrachtung zweier zueinander orientierter Bilder, die von unterschiedlichen Aufnahmeorten aufgenommen sind (nach http://www.geoinformatik.uni-rostock.de/einzel.asp?ID=1113227703, 2001)

[16] monochromatisch (von griechisch: mono- chromos, soviel wie eine Farbe): Licht einer einzigen Wellenlänge (nur bei Laserlicht zu finden)

[17] S. Kremer, 2001, http://www.holographie-online.de/wissen/grundlagen/laser/laser.html

[18] Schutzklasse I: zugängliche Laserstrahlung ist ungefährlich (Entsprechend der Gefährlichkeit für den Menschen sind die Laser in Geräteklassen eingeteilt; die Klassifizierung nach DIN EN 60825- 1 erfolgt vom Hersteller); weitere Erläuterungen zur Schutzklasse I siehe Anlage 8. 3.

[19] Dielektrik = Isolierschicht

[20] Bezugsadressen für Fotomaterial:
1. Firma Ahlemeyer, Heerstraße 178, 47053 Duisburg
2. Phywe Systeme GmbH, Robert-Bosch-Breite 10, 37079 Göttingen
3. TOPAG Lasertechnik GmbH, Kiesstraße 58, 64283 Darmstadt
Kosten: je nach Größe zwischen 7,40 € und 54,20 €

[21] J. Ostrowski, 1989, Seite 56

[22] 1 nm = 1 Nanometer = 10-9 m

Ende der Leseprobe aus 69 Seiten

Details

Titel
Hologramme als Thema für die Grundschule
Hochschule
Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main  (Didaktik der Physik)
Note
2
Autor
Jahr
2004
Seiten
69
Katalognummer
V31067
ISBN (eBook)
9783638321808
Dateigröße
1970 KB
Sprache
Deutsch
Anmerkungen
Diese Arbeit enthält neben theoretischen Inhalten auch konkrete praktische Anweisungen für eine Umsetzung im Sachunterricht.
Schlagworte
Hologramme, Thema, Grundschule
Arbeit zitieren
Daniela Arend (Autor), 2004, Hologramme als Thema für die Grundschule, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/31067

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