Baumaterial für das Holodeck
Forscher zeigen ein Material, das sich besonders gut als Speicher für Hologramme eignet. Es lässt sich binnen Minuten beschreiben und speichert 3D-Bilder für Stunden
Mit Hologrammen sind die meisten Menschen vermutlich zuerst im Fernsehen in Berührung gekommen - auf den großen Raumschiffen der US-Serie „Star Trek“ (hierzulande zunächst eher als „Raumschiff Enterprise“ bekannt) waren so genannte Holodecks eine beliebte Freizeit- und Schulungseinrichtung. Nun haben die dort eingesetzten, dreidimensionalen Darstellungen mit Hologrammen eigentlich nicht viel zu tun- haben sie doch auch fühlbare Eigenschaften, während das, was die Technik heute als Hologramm zeigt, nur auf Tricks mit Licht beruht.
Das Prinzip ist so einfach, wie seine Wirkung verblüffend ist: Wenn wir ein Objekt sehen, dann nur, weil es mit Licht in einer ganz bestimmten Form wechselwirkt, es reflektiert, es beugt, es absorbiert... gelänge es nun, die Auswirkungen all dieser Reaktionen aufzuzeichnen und künstlich wiederzugeben, bräuchte es das Objekt gar nicht mehr, das entstehende Abbild des Objekts könnten wir nicht von der Wirklichkeit unterscheiden. So weit fortgeschritten ist die Technik aber noch nicht. Immerhin gelingt es aber heute schon, die Interferenzmuster eines Objekts mit kohärentem Licht (also Laser) aufzuzeichnen.
Zumindest wenn diese stabil genug sind, was in der Regel auch bedingt, dass sich das Objekt während der Aufnahme nicht bewegt. Illuminiert man diese Muster nun erneut mit Laserlicht, erscheint ein (im simpelsten Fall einfarbiges) Abbild des ursprünglichen Objekts, das vor dem Auge zu schweben scheint und alle Eigenschaften eines dreidimensionalen Objekts besitzt - davon abgesehen, dass man es eben nicht anfassen kann. Die Voraussetzungen dafür, dass man ein Material als Trägermedium eines Hologramms verwenden kann, sind eigentlich simpel: Es muss Amplituden- und Phaseninformationen des Lichtfeldes dreidimensional speichern können.
Das funktioniert zum Beispiel mit behandelten Gläsern, oder, moderner, mit Photopolymeren. In Photopolymeren verändert eine chemische Reaktion beim „Schreiben“ lokal den Brechungsindex des Materials. Allerdings ist diese Reaktion nicht wirklich reversibel - Photopolymere lassen sich nicht wieder löschen. Dafür behalten sie die einmal eingeprägten Informationen aber auch für längere Zeit.
Das Gegenteil ist der Fall bei holografischen Displays, die etwas auf LCD- oder MEMS-Basis konstruiert wurden. Diese kann man zwar im Hundertstelsekunden-Rhythmus ändern - man wird aber auch dazu gezwungen, die Hologramme bleiben nur erhalten, wenn die Informationen ständig aufgefrischt werden.
Im Wissenschaftsmagazin Nature stellen nun US-Forscher ihre Erfahrungen mit einem Material vor, dass die oben beschriebenen Nachteile nicht besitzt - es lässt sich löschen, braucht aber nicht ständig aufgefrischt zu werden. Die so genannten photorefraktiven Polymere speichern die Informationen des Lichtfeldes über die räumliche Verteilung von Ladungen. Das beruht auf dem photorefraktiven Effekt, der eigentlich eine Summe verschiedener Eigenschaften darstellt: in dem Medium müssen durch Bestrahlung mit Licht Ladungsträger entstehen, diese müssen beweglich sein und der lokale Brechungsindex muss von der Ladungsverteilung abhängen.
Bisherige solche Materialien brachten allerdings einen kleinen Nachteil mit: die Ladungsverteilung glich sich mit der Zeit selbst wieder aus. Das Verhältnis von Aufzeichnungs- zu Speicherzeit lag oft nahe 1, während es für sinnvolle Anwendungen eher bei 1:1000 liegen sollte. Ebensolche Ergebnisse haben die Wissenschaftler nun mit einem ausgeklügelten Polymer erreicht, das sie in ihrer Arbeit beschreiben. Daraus konnten sie ein Hologramm mit zehn mal zehn Zentimetern Grundfläche konstruieren, das sich binnen Minuten beschreiben ließ, seine Daten aber für drei Stunden behielt. Zudem fanden die Wissenschaftler für den kompletten Lebenszyklus des Hologramms Lösungen - von der Bilderzeugung mit Computerhilfe bis zum Löschen des Hologramms durch gleichförmige Bestrahlung des Polymers.