Billigere hologrammer

Det er forskere hos MIT (Michigan Institute of Technology), som kan fremvise en ny metode, der kan gøre holografisk videoprojektorer i flere farver meget billigere at producere end dagens eksperimentelle i kun én farve. Samme teknik skal også kunne bruges til at øge opløsningen på almindelige 2D-skærme.

Forskningsrapporten, som først blev omtalt i gårsdagens papirudgave af Nature, viser en prototype af en holografisk videoprojektor i farver, som afgangselev ved MIT´s medielaboratorium, Daniel Smalley, arbejder med. Opløsningen er omtrent den samme som på standard tv (ikke HD), vist med 30 billeder i sekundet. Selve hjertet i projektoren er en optisk sensor, som ligner et objektglas i mikroskop. Denne lavede Smalley for omkring 10 dollar, altså omkring 60 kroner.

Med andre ord er det ikke hologramsensoren, som er den kostbare del af produktet, da den er billigere end både strømforsyningen og den hårde plastic, som bruges i prototypen.

Konceptet
Når lyset rammer et objekt med ujævn overflade, slår det tilbage i en række forskellige vinkler, således at forskellige dele af objektivet vises fra forskellige vinkler. I et hologram går en lysstråle gennem en frynset diffraktionsskive, som bøjer lyset således, at det dukker op i en række forskellige vinkler.

En måde at gengive holografisk video på er at lave diffraktionsskiver fra mønstre, som vises på en ellers gennemsigtig skærm. Problemet er, at pixels fra diffraktionsmønstret skal være lige så små som bølgelængden fra lyset, de skal bøje, altså 400-700 nanometer, hvilket er overordentlig vanskeligt at gøre. For god ordens skyld: Der går en million nanometer på en millimeter!

Lydbølger er løsningen
Stephen Benton, en professor ved medielaboratoriet Daniel Smalley studerer ved, men som døde i 2003, var først med at lave videohologram med en ny metode, kaldet akustooptisk modulation, hvor præcist udformede lydbølger sendes gennem et stykket gennemsigtigt materiale. Lydbølgerne klemmer og strækker materialet og forandrer dets brydningskarakter. Sender du så en lysstråle gennem det, bøjes den af materialet, som igen er påvirket af lydbølgerne.

Bentons mest moderne projektor, ved navn Mark-II, benytter akustooptisk modulation af et krystal lavet af et dyrt materiale kaldet tellurdioksid. Og selv om dette var den største bid tellurdioksidkrystal nogensinde formet, klarede den ikke en opløsning i nærheden af det almindelige tv.

Mindre krystal
For at få et hologram med højere opløsning har Smalley taget udgangspunkt i Bentons koncept, men skiftet krystallet ud til et meget mindre, af et materiale kaldet litiumniobat. Under krystallet har han lavet mikroskopiske kanaler, bølgeledere, som kontrollerer lyset, som vandrer gennem det. På hver bølgeleder sidder en elektrode af metal, som kan generere en lydbølge.

Hver bølge korresponderer til en række pixels i det endelige billede. I Mark-II måtte tellurdioksidkrystallet være stort nok til at lydbølgerne, som lagde hver sin separate linje i hologrammet, var godt isolerede fra hinanden. I Smalleys sensor kan bølgelederne med deres individuelle elektroder pakkes bare mikrometre fra hinanden.

Håndtering af farver
Lysstråler med rødt, grønt og blåt lys sendes gennem hver sin bølgeleder, og frekvenserne på lydbølgerne, som går gennem krystallet, bestemmer hvilke farver, som passerer og hvilke som filtreres væk. Skal for eksempel rødt og blåt blandes for at lave lilla, behøver man ikke en separat bølgeleder for hver farve – man ændrer bare lydbølgemønstret.

Funker også til 2D
Og det er, hvad der separer den nye sensor fra andre. Indtil nu har man skulle håndtere rødt, grønt og blåt lys separat. Hver pixel i et almindelig LCD tv-panel har tre farvefiltre i sig for henholdsvis rød, grøn og blå farve. At have tre underpixels i hver pixel på denne måde betyder at to tredjedele af lysstyrken forsvinder i hver pixel. Desuden gør det, at man må vælge mellem at reducere enten opløsningen eller hastigheden som modulatoren kan operere i. Havde dagens todimentionelle tv-skærme i stedet benyttet bølgelederteknologien fra Daniel Smalley, kunne de have haft både højere lysstyrke og endnu højere opløsning.

Kommerciel tilgængelig
Desuden er en sådan bølgelederteknologi allerede i brug i kommerciel optisk elektronik. Den nødvendige teknologi for at lave de nødvendige billedsensorer er allerede på plads, ifølge Daniel Smalley.

– En af de store fordele her er, at du kan bruge alle værktøjer og teknikker i integreret optik, siger han.

– Ethvert problem, vi nu møder inden for holografiske videoprojektorer, kan vi føle os sikre på, at der findes værktøjer til at angribe dem med, på relativt enkel vis.

Smalley tror, dette er teknologien, som kan vende kampen.