Dynamische holografische Displays

  • 07. February 2008



Einem amerikanischen Forscherteam ist es gelungen, ein handtellergroßes holografisches Display zu entwickeln, das sich löschen und wieder neu beschreiben lässt.

Hologramme besitzen eine ganze Reihe von Vorteilen gegenüber anderen dreidimensionalen Visualisierungstechniken: Weder sind für ihre Betrachtung spezielle Brillen nötig, noch ein spezieller Blickwinkel. Ihr Nachteil war bislang, dass sie statisch sind. Doch einem amerikanischen Forscherteam ist es nun gelungen, ein handtellergroßes holografisches Display zu entwickeln, das sich löschen und wieder neu beschreiben lässt.

„Unser Display lässt sich innerhalb weniger Minuten bespielen, lässt sich mehrere Stunden lang betrachten, kann komplett gelöscht und mit neuen Bildern beschrieben werden“, schreiben Savas Tay und seine Kollegen von der University of Arizona und der Nitto Denko Technical Corporation in Kalifornien. Das Gerät basiert auf einem preiswerten, leicht herstellbaren photorefraktiven Polymer und könnte sich deshalb relativ schnell am Markt durchsetzen.

Holografische Aufnahmen speichern im Gegensatz zur herkömmlichen Fotografie nicht ein direktes Bild des aufgenommenen Objekts ab, sondern ein Interferenzmuster. Dieses entsteht durch die Überlagerung von Laserlicht, das vom Objekt reflektiert wurde, mit einem Referenzstrahl. In kommerziellen Hologrammen finden heute so genannte Photopolymere Anwendung, in denen das Licht chemische Reaktionen auslöst, die lokal den Brechungsindex des Materials ändern.

Der Nachteil dieser Methode ist, dass sie ein statisches Bild erzeugt: Die Reaktion lässt sich nicht rückgängig machen. Einen möglichen Ausweg bieten photorefraktive Materialien wie etwa Lithium-Niob-Oxid. In ihnen lässt sich die Information – Amplitude und Phase des Interferenzmusters – durch einen elektro-optischen Effekt speichern, und dieser Effekt ist umkehrbar, die aufgezeichneten Bilder können also wieder gelöscht werden. Allerdings ist es schwierig und teuer solche anorganischen Kristalle in einer Größe herzustellen, wie sie für ein nutzbares Display nötig wären.

Savas Tay und seine Kollegen haben sich deshalb einem anderen Material zugewandt, nämlich den photorefraktiven Polymeren. Sie besitzen die gleichen Fähigkeiten wie die anorganischen Kristalle, lassen sich aber mit vergleichsweise einfachen Methoden in nahezu beliebiger Größe produzieren. Bisher entwickelte photorefraktive Materialien waren allerdings nicht in der Lage, Bilder über längere Zeit zu speichern – die über den elektro-optischen Effekt erzeugten Strukturen zerfallen genauso schnell, wie sie aufgezeichnet werden.

Abb.: Ein Ethan-Molekül-Modell lässt sich auf dem holografischen Polymer-Display dreidimensional darstellen. (Quelle: Savas Tay, University of Arizona)

Dem Team ist es nun gelungen, durch die Kombination mehrerer Materialien ein Komposit-Polymer zu entwickeln, in dem sich das Interferenzmuster für eine Zeitdauer speichern lässt, die erheblich größer ist als die Aufnahmezeit. Für ihr 10 Zentimeter mal 10 Zentimeter großes Display benötigten sie eine Aufnahmezeit von jeweils etwa drei Minuten. Danach konnten sie das dreidimensionale Hologramm bis zu drei Stunden lang sichtbar machen.

Durch die Beleuchtung des Displays mit Strahlung mit einer Wellenlänge von 532 Nanometern ließ sich das Bild jeweils innerhalb weniger Minuten löschen und anschließend ein neues Bild aufzeichnen. Die Forscher betonen, dass es keinerlei technische Hürde für die Produktion noch größerer Displays aus dem Polymer-Material gibt. Mögliche Anwendungen sehen sie vor allem im militärischen und im medizinischen Bereich, etwa bei der Durchführung von minimal-invasiven Operationen.

Und wenn weitere Forschungen zu photorefraktiven Komposit-Polymeren führen, mit denen ein noch schnellerer Bildwechsel möglich ist, könnte die Holografie auch für die Film- und Unterhaltungsindustrie als Alternative zu anderen dreidimensionalen Displaytechniken interessant werden.

Rainer Kayser

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