Uni Paderborn: Hologramme aus neuartigem „Meta-Material“

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Uni Paderborn: Hologramme aus neuartigem „Meta-Material“

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Prof. Dr. Thomas Zentgraf, Leiter der Arbeitsgruppe „Ultraschnelle Nanophotonik“ am Department Physik der Universität Paderborn, ist es gemeinsam mit Prof. Dr. Shuang Zhang von der Universität Birmingham gelungen, Hologramme erstmals mit einer völlig neuen Technik zu realisieren. Für seine Hologramme verwendet er ein neuartiges Meta-Material, das mit nur 30 Nanometer (nm), also 0,00003 mm, extrem dünn ist. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist etwa 2’000 Mal dicker.

Computergestützt werden benötigte Strukturen berechnet und mit Methoden der modernen Nanotechnologie erzeugt. „Der Vorteil unserer Methode besteht darin, dass wir 3D-Hologramme in HD-Qualität bei gleichzeitig weitem Gesichtsfeld erzeugen, dabei aber die Entstehung von Zwillingsbildern, die typisch bei vielen Hologrammen ist, vermeiden können“, sagt Thomas Zentgraf.

Computergenerierte Hologramme sind schnell und präzise herzustellen. „Der Computer berechnet, wie das Licht beim Durchgang durch die Fotoplatte, dem eigentlichen Hologramm, aussehen müsste und übersetzt diese Information in die Anordnung und Länge von winzigen Goldstäbchen auf dem Glasträger“, erläutert Holger Mühlenbernd, Doktorand in der Arbeitsgruppe von Thomas Zentgraf. Bei der Herstellung werden auf einem Glasträger mittels hochmoderner Elektronenstrahllithografie 100 bis 200 nm lange und 30 nm hohe Stäbchen aus Gold erzeugt. Je nachdem, wie diese Stäbchen ausgerichtet und wie lang sie sind, beeinflussen sie das auftreffende Licht wie kleine Radioantennen lokal auf der Oberfläche des Glasträgers unterschiedlich.

Beim Durchgang durch die Oberfläche wird die Lichtwelle an den Goldstäbchen verzögert, gerade so, als ob die Lichtwelle einen weiteren Weg zurücklegt hätte. Die Orientierung der Stäbchen relativ zur einfallenden Lichtwelle bestimmt dabei die Verzögerungszeit. Über die Länge der Goldstäbchen könnte zusätzlich die Intensitätsinformation, also wie stark das Licht in diesem Punkt schwingt, gesteuert werden. Wenn nun Licht auf dieses Hologramm trifft, erzeugt es aufgrund dieser Wechselwirkung ein dreidimensionales Bild im Raum, das direkt betrachtet werden kann.

„Der Einsatz des Meta-Materials in der Holographie könnte zu einer kleinen Revolution führen“, sagt Thomas Zentgraf: „Denn was jetzt noch auf einer Millimeterskala erprobt wird, kann zukünftig auch auf größere Formate übertragen werden und viele Nachteile der klassischen Holographie von Dennis Gábor beseitigen.“

Die Originalpublikation kann hier angesehen werden.

Prof. Dr. Thomas Zentgraf leitet am Department Physik der Universität Paderborn die Arbeitsgruppe „Ultraschnelle Nanophotonik“ und ist Mitglied der Zentralen Wissenschaftlichen Einrichtung „Center of Optoelectronics and Photonics Paderborn (CeOPP)“. Seine Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Entwicklung von künstlichen optischen Materialien sowie neuen Konzepten zur Beeinflussung der Lichtausbreitung.


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