Hologramme mit transparenten Meta-Oberflächen

Physiker der Australian National University (ANU) haben eine winzige Apparatur entwickelt, die holografische Bilder in der höchsten je erreichen Qualität erzeugen sollen. Sie umgeht die Schwächen herkömmlicher Strukturen, etwa in Form von Absorptionsverlusten, durch die Verwendung von dielektrischen Meta-Oberflächen aus Nanopartikeln. Der Leiter der Arbeite, Lei Wang, PhD Student an der ANU Research School of Physics and Engineering, sagt, dass das Team mit dieser Erfindung, die mit der Industrie entwickelt werden könne, komplexe holografische Bilder in Infrarot geschaffen habe.

Damit Hologramme entstehen, bedarf es aufwendiger Manipulationen des Lichts. Hologramme ermöglichen das Speichern und die Wiedergabe aller Informationen des Lichts in 3D. Übliche Fotografien und Computerbildschirme erfassen und zeigen dagegen nur einen Teil der 2D-Information. Während die Forschungen in der Holografie eine wichtige Rolle in der Entwicklung futuristischer Displays und Augmented-Reality-Hardware spiele, arbeite man hier an vielen weiteren Anwendungen wie ultradünnen und leichten optischen Geräten für Kameras und Satelliten, erklärt Wang.

Die Erfindung könne platzraubende Bauteile ersetzen, um Kameras kleiner zu machen und Kosten in Weltraummissionen sparen, in dem sie Größe und Gewicht der optischen Systeme im Raumschiff vermindern helfe.

Das Gerät besteht aus Millionen winziger Siliziumsäulen, jedes bis zu 500 mal dünner als ein menschliches Haar. Das verwendete Material ist transparent, nimmt somit dem Licht nur wenig seiner Stärke, und jedes Elemente kann das einfallende Licht hinsichtlich Phase, Amplitude und Polarisation manipulieren.

Die Fähigkeit, Materialien im Nanomaßstab zu strukturieren, führt zu neuen optischen Eigenschaften, die über jene natürlicher Materialien hinausgehen. Die Hologramme zeigten das enorme Potential der Technologie, das sich in einer Reihe von Anwendungen nutzen ließe.

Die ANU leitete Design, Fertigung und optischen Test des Geräts. Ein Teil der Forschungen fand in Zusammenarbeit mit dem Oak Ridge National Laboratory in den USA und der Nanjing Universität in China statt. Die Arbeit wird vom Australian Research Council unterstützt und im Journal Optica in Form eines Memorandums vorgestellt, einer besonderen Ankündigung eines wissenschaftlichen Durchbruchs.

Bild: Künstlerische Umsetzung einer holografischen Abbildung, die mit der Technologie der der Australian National University (ANU) entstanden ist. CREDIT: Lei Wang, ANU