Phaseninformation

Phaseninformation bezeichnet in der Signal- und Wellenlehre die Information, die durch die Phasekomponente eines komplexen Signals oder einer Welle getragen wird. Sie ergänzt die Amplitudeninformation und beschreibt zeitliche Verschiebungen, Wellenfrontformen und relative Verzögerungen über Frequenzen hinweg. In der häufig verwendeten Darstellung eines frequenzabhängigen Signals X(f) = A(f) e^{i φ(f)} enthält A die Amplitude und φ die Phase. Aus beiden Komponenten lässt sich das ursprüngliche zeitliche Signal durch eine Fourier- oder inverse Fourier-Transformation rekonstruieren.

In vielen Anwendungen ist die Phaseninformation entscheidend: Ohne Phaseninformation kann die Rekonstruktion eines Signals aus dem Spektrum fehlerhaft sein oder verzerrt erscheinen, selbst wenn das Magnitudenspektrum bekannt ist. Phaseninformationen ermöglichen präzise Zeit- und Ortsauflösung in Optik und Akustik, bestimmen die Form von Wellenfronten und ermöglichen Messungen von Entfernungen oder Brechungsindexes mittels Interferometrie.

In der Praxis wird Phaseninformation in der Optik besonders in der Holografie und Interferometrie genutzt, um dreidimensionale Strukturen abzubilden. Im Signaltransport beeinflusst sie das Koherenz- und Verzögerungsverhalten; in der Bildverarbeitung führt der Phasenanteil bei der Frequenzanalyse zur Kantenschärfung oder -veränderung je nach Algorithmus.

Phase Retrieval bezeichnet Ansätze, bei denen aus dem Betrag des Spektrums die Phase rekonstruiert wird, zum Beispiel durch Iterationsverfahren wie der Gerchberg–Saxton-Algorithmus oder Ptychographie. Typische Herausforderungen sind Phasenwrap und Phasenrauschen sowie die oft fehlende direkte Messbarkeit der Phase.