Hochauflösenden holografischen 3D-Bildern einen Schritt näher

Ein Hologramm ist eine dreidimensionale, digitale Abbildung von Menschen oder Objekten, die durch die Interferenz von Lichtwellen erzeugt wird. Vereinfacht gesagt, handelt es sich um eine Art Projektion, die frei im Raum zu schweben scheint und so eine Betrachtung aus unterschiedlichen Perspektiven ermöglicht. Das Prinzip der Holografie ist dabei keineswegs neu. Bereits 1947 legte der ungarische Ingenieur Dennis Gábor den Grundstein für diese Technik. In den Jahren darauf versuchten viele die Ideen von Gabor in die Praxis umzusetzen und Hologramme herzustellen. Doch erst mit der Entwicklung der Laser-Technologie gelang den Forschenden ein entscheidender Durchbruch. Denn Laser liefern kohärentes Licht, das für die Erzeugung hochwertiger Hologramme wesentlich ist. Das Aufkommen digitaler Technologien in den späten 1990er Jahren eröffnete weitere Möglichkeiten für die Produktion, Bearbeitung und Übertragung von Hologrammen.

Heute ist die Holografie für viele Menschen eine der spannendsten Technologien der Zukunft. Hologramme können beispielsweise komplexe, anatomische Strukturen besser visualisieren, die Städteplanung optimieren oder die Unterhaltungsindustrie revolutionieren – Hologramme haben ohne Zweifel das Potenzial, viele Bereiche des alltäglichen Lebens zu verändern. Doch noch steht die Technik vor einigen Herausforderungen. Eine ist die Qualität der 3D-Bilder. Für dieses Problem wollen nun Forschende der Universität Princeton und des Technologieunternehmens Meta eine Lösung entwickelt haben. Ein winziges optisches Modul, das so klein ist, dass es sogar auf eine Brille passt.

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Hologramm: Bildqualität als Herausforderung

Um Hologramme zu erzeugen, werden oft räumliche Lichtmodulatoren verwendet, die wie kleine chipähnliche Geräte aussehen. Diese werden in verschiedenen holografischen Anwendungen eingesetzt, einschließlich holografischer Displays, Projektionssysteme und Sensoren. Bislang konnten die Modulatoren jedoch nur Bilder erzeugen, die entweder klein und scharf oder groß, dafür aber unscharf sind. Dieser Kompromiss zwischen Bildgröße und -schärfe führt zu einem engen Sichtfeld, das meist zu klein ist, um dem Nutzer oder der Nutzerin ein intensives Erlebnis zu bieten. „Wenn man in die Ecken des Bildschirms schaut, kann sogar das ganze Bild verschwinden“, sagt Nathan Matsuda, Forscher bei Meta. Aus diesem Grund haben Forschende ein winziges optisches Modul entwickelt, das holografische Bilder größer und schärfer erscheinen lässt.

Optisches Modul verbessert Hologramme

Das neue optische Modul ähnelt einem sehr kleinen, maßgefertigten Stück Milchglas und arbeitet mit dem räumlichen Lichtmodulator zusammen. Es besitzt eine besondere Oberfläche, die von künstlicher Intelligenz und mithilfe optischer Techniken entwickelt wurde. Diese Oberfläche streut das vom räumlichen Lichtmodulator erzeugte Licht auf sehr präzise Weise und verschiebt einige Elemente eines Bildes in Frequenzbereiche, die vom menschlichen Auge nur schwer wahrgenommen werden können. Auf diese Weise entsteht ein größerer Bildausschnitt mit nur geringen Qualitätseinbußen.

Laut Nathan Matsuda ist die Bildqualität ein zentrales Hindernis für die praktische Anwendung holografischer Displays. „Die Forschung bringt uns nun der Lösung dieses Problems nun einen Schritt näher“, sagt er.

Weitere Hürden auf dem Weg zum perfekten Hologramm

Die Forschung ist sich einig – Hologramme könnten in Zukunft nicht nur die Kommunikation maßgeblich verändern.  „Die Holografie könnte Displays mit virtueller und erweiterter Realität leicht benutzbar, tragbar und ultradünn machen“, sagt Felix Heide, einer der Forschenden. „Sie könnten die Art und Weise verändern, wie wir mit unserer Umgebung interagieren – von der Wegbeschreibung beim Autofahren über die Überwachung eines Patienten während einer Operation bis hin zum Abrufen von Installationsanweisungen bei der Reparatur eines Hauses.“ Doch bis dahin sei es noch ein weiter Weg und viele Technologien müssten dafür zusammenkommen.

Neben der Qualität holografischer Bilder, hängt die Verbreitung der Technologie auch von den Kosten ab. Bisher sind die Herstellung und Implementierung von holografischen Systemen recht teuer. Für die breite Anwendung muss außerdem die Kompatibilität holografischer Systeme mit verschiedenen Plattformen und Geräten gewährleistet sein. Und nicht zuletzt spielt die Erfahrung der Nutzer und Nutzerinnen eine wesentliche Rolle bei der Akzeptanz und Verbreitung holografischer Technologien. Die Neugier scheint in jedem Fall geweckt zu sein.