Wiederbeschreibbares Hologramm: Gute Aussichten für 3D-Bildschirme

Forscher präsentieren erstmals Hologramme, die sich löschen und durch neue Bilder ersetzen lassen. Das Wiederbeschreiben funktioniert binnen Minuten, berichten sie, so dass veränderliche dreidimensionale Bildschirmdarstellungen, die ohne Spezialbrillen zu betrachten sind, in greifbare Nähe rücken.

Hologramm eines Ethan-Moleküls
Hologramm eines Ethan-Moleküls

Tucson (USA) - Zwar misst der Prototyp nur rund 10 x 10 Zentimeter und zeigt sein Bild einfarbig rot, wie die Forscher im Fachblatt "Nature" berichten. Doch sie arbeiten bereits an größeren Displays, die außerdem mehrfarbig darstellen können. Anwendungen für erneuerbare 3D-Hologramme liegen vor allem in der Medizintechnik, etwa um gängige 3D-Computerscans auch passend wiedergeben zu können. Doch auch in der Industrie und im Design, im Pilotentraining und beim Militär ist ein Einsatz gut vorstellbar.

"Dieses Display kann innerhalb weniger Minuten beschrieben werden, mehrere Stunden ohne Auffrischung betrachtet werden und lässt sich, wenn gewünscht, komplett löschen und mit neuen Bildern überschreiben", schreibt das Team um Savas Tay und Nasser Peyghambarian von der University of Arizona. Die Physiker des College of Optical Sciences und Techniker der kalifornischen Firma Nitto Denko Technical Corp. nutzten einen speziellen lichtempfindlichen Kunststoff, ein so genanntes photorefraktives Polymer. Anders als bei herkömmlichen Hologrammen verändert das "Beschreiben" das Kunststoffmaterial nicht dauerhaft. Hier befindet sich das Polymer als dünne Schicht zwischen zwei Glasplatten, die je mit einer transparenten Elektrode versehen sind. Bei angelegtem elektrischen Feld wird das Material dann mithilfe eines Lasers "beschrieben": Grundlage ist das dreidimensionale Bild, das eine Spezialkamera von einem Objekt aus allen Blickwinkeln angefertigt hat. Diese Informationen setzt der Lichtstrahl zweier Laser bzw. ihr Interferenzmuster um und erzeugt und verschiebt Ladungen innerhalb der Molekülstruktur. Je nachdem, wo die Lichtenergie absorbiert wird und sich negative bzw. positive Ladungen bewegen, entstehen helle bzw. dunkle Bereiche. Das einfallende Licht wird an diesen Stellen anders gebrochen als vom Rest des Materials -- ein Bild wird sichtbar. Der Vorgang lässt sich durch erneutes Verschieben der Ladungen rückgängig machen, der Brechungsindex an jener Stelle kehrt wieder zu seinem Ausgangswert zurück.

Um das Bild mehrere Stunden lang im Material zu halten, mussten die Forscher das Polymer ergänzen, da die meisten photorefraktiven Polymere die gespeicherte Struktur relativ schnell wieder verlieren und zum Ursprungszustand zurückkehren. Sie entwickelten ein Kompositmaterial auf Copolymerbasis, das die Phasentrennung im Material minimieren soll. Für gewolltes Löschen sorgt ein räumlich gleichförmiger Laserstrahl von 532 Nanometern Wellenlänge.

"Wir nutzen hocheffiziente, kostengünstige Materialien zur Aufnahme, mit denen sehr große Größen möglich sind, was für lebensgroße, realistische 3D-Bildschirme sehr wichtig ist", erklärt Peyghambarian. Bisherige Testobjekte für die Bildschirmdarstellung waren ein menschlicher Schädel, ein Molekülmodell, ein Auto sowie ein Flugzeug. Um diese Objekte schneller, größer und in Farbe darstellen zu können, experimentiert das Team inzwischen mit Materialvarianten und gepulsten Laserstrahlen, die ein schnelleres Beschreiben ermöglichen. Neben 3D-Bildschirmen für professionelle Arbeitsumgebungen sollten damit in nicht allzu ferner Zukunft auch dreidimensionale Werbetafeln und Fernsehgeräte möglich werden.