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Holografie: Tiefe Blicke

Mit Hilfe von holografischen Techniken sind statische dreidimensionale Bilder heutzutage einfach herzustellen und auf jeder auf jeder Kreditkarte zu finden. Bewegte Bilder sind da schon eher ein Problem. Ein neues Display könnte nun den Durchbruch bringen.
Ethan-Molekül
Eben mal geschwind auf die Malediven, kurz den Ausblick vom Mount Everest genießen oder einfach mal einige Epochen in der Zeit zurückspringen. Für Captain Picard und Co dank ihres Holodecks, der täuschend echten Darstellung von beliebigen Schauplätzen und Charakteren, kein Problem. Eingesprühte Düfte, zahlreiche Lautsprecher und Kraftfelder, die auch dem Tastsinn etwas vorgaukeln, machen die scheinbare Realität perfekt. Ein Traum, nicht nur für Science-Fiction-Fans.

Auf den Phillippinen | Irgendwo auf den Phillippinen sammeln einige Mädchen Süßkartoffeln. Hier festgehalten als Stereo-Fotografie aus dem Jahr 1906. Mit Hilfe von geeigneten Techniken kann ein Betrachter die beiden Einzelbilder als räumliches Bild wahrgenommen.
Schon seit langem versuchen sich Forscher daran, die Welt nicht ohne dritte Dimension abzubilden. Erste stereoskopische Ansätze sind seit den frühen 1950er Jahren zu bewundern. Sie erzeugen einen räumlichen Eindruck, indem zwei Bilder von zwei leicht verschobenen Punkten aus aufgenommen und den Augen einzeln dargeboten werden. Mit bestimmten Hilfsmitteln, zum Beispiel einer Brille mit polarisierten oder verschiedenfarbigen Gläsern, gelingt der gewünschte Effekt.

All diese Methoden sind nicht sonderlich anwenderfreundlich und über einen langen Zeitraum können sie sogar Kopfschmerzen verursachen. Die nächste Stufe sind autostereoskopische Displays, die für jedes Auge ein eigenes Bild projizieren. So entsteht die Illusion von Tiefe – allerdings nur, wenn der Betrachter an der richtigen Stelle sitzt. Auch für dieses Problem gibt es mittlerweile Lösungsvorschläge, doch meist verteuern diese das Vergnügen oder lassen die Bildqualität leiden.

In 3-D | Beim so genannten Anaglyphen-Verfahren werden die beiden Bilder in Komplementärfarben dargestellt – meist rot und blau oder rot und grün eingefärbt. Mit der entsprechenden Brille entsteht ein Eindruck von räumlicher Tiefe.
Holografie ist ein gänzlich anderer Ansatz. Über weite Winkelbereiche liefert sie einen hoch aufgelösten 3-D-Blick – und das ohne Hilfsmittel. Um ein Objekt oder eine Szene derart aufzunehmen, wird es oder sie von einem Laserstrahl aus vielen Perspektiven angeleuchtet und das reflektierte Licht mit einem Referenzstrahl überlagert. Fällt das entstehende Interferenzmuster nun auf ein lichtempfindliches Material, ändert eine chemische Reaktion je nach Lichteinfall den Brechungsindex der Oberfläche. Auf diese Weise werden sowohl Informationen über die Lichtintensität als auch über die Phase gespeichert – alles was man für ein dreidimensionales Bild braucht.

Allerdings ist das Bild statisch – einmal eingebrannt, bleibt es bestehen. Nasser Peyghambarian von der Universität von Arizona und seine Kollegen brachten nun Bewegung in die Sache: Sie entwickelten ein mit zehn mal zehn Zentimetern relativ großes Display. Im Wesentlichen besteht es aus speziellen Kunststofffolien, so genannten photorefraktiven Polymeren, zwischen zwei Glaselementen. Letztere sind von durchsichtigen Elektroden überzogen.

Das einfallende Interferenzmuster ändert auch hier die Eigenschaften des lichtempfindlichen Materials: In den hellen Regionen entstehen mobile Ladungsträger, die unter dem Einfluss eines angelegten Feldes in Richtung der dunklen Bezirke wandern. Proportional zur Stärke dieses Effekts wird eine lokale Änderung im Brechungsindex bewirkt und so die Bildinformation des abgelichteten Objekts gespeichert. Im Gegensatz zu bisherigen Materialien, eignen sie sich aber als dynamische Speichermedien: Informationen können also gespeichert, gelöscht und neu geschrieben werden.

Menschlicher Schädel
Das Prinzip ist dabei vollständig skalierbar: Mit energiereicheren Lasern oder sensibleren Polymeren können in derselben Zeit größere Flächen oder eben ein kleinerer Bereich schneller beschrieben werden. Derzeit dauert das Beschreiben des gesamten Displays rund drei Minuten, während das Bild bis zu drei Stunden seine Form hält. Da der Schreibmechanismus einzig und allein von der Dynamik der Ladungsträger in dem Polymer abhängt, die wiederum (für ein bestimmtes Polymer- und eine angelegte Spannung) nur vom einfallenden Interferenzmuster abhängt, ist das Display immer wieder aufs Neue aktualisierbar.

Zum Auslesen beleuchten sie das Material mit einem zweiten Laser. Dessen Licht wird nun in genau derselben Weise wie am Originalobjekt gestreut – ein dreidimensionaler Bildeindruck entsteht. Der Prototyp von Peyghambarian und seinem Team zeigt bislang nur einfarbige Bilder. Doch die Forscher sind zuversichtlich: In größeren und bunteren Varianten sehen sie kein Problem. Schnellere Ausführungen solcher holografischen 3-D-Displays sind besonders für Medizin, Industrie und Militär von Interesse. Chirurgen könnten sie etwa helfen, den Verlauf einer langen und komplexen Operationen im Gehirn zu verfolgen oder Piloten alle Gefahren im umgebenden Luftraum anzeigen, berichten die Forscher.

Allerdings schläft auch die Konkurrenz nicht: großflächige 3-D-Flachbildschirme und andere alternative Displays machen ebenfalls rasche Fortschritte. So oder so dürfte es also für Liebhaber von Filmen und Computerspielen nicht mehr allzu lange dauern, bis sie endlich noch tiefer in die fiktive Welt eintauchen können. Aber was das Holodeck angeht – zwar rücken die Autoren den Traum vielleicht einen Schritt näher an die Wirklichkeit, er bleibt aber dennoch vorerst in weiter Ferne. Schade.

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