Billigere hologram-teknikk

Det er forskere hos MIT (Michigan Institute of Technology) som kan vise til en ny tilnærming som kan gjøre holografiske videofremvisere i flere farger mye billigere å produsere enn dagens eksperimentelle i kun én farge. Samme teknikk skal også kunne brukes til å øke oppløsningen på vanlige 2D-skjermer.

Forskningsrapporten, som først ble omtalt i gårsdagens papirutgave av Nature, viser til en prototype av en holografisk videofremviser i farger, som avgangselev ved MITs medielaboratorium, Daniel Smalley, holder på med. Oppløsningen skal være omtrent den til standard TV (ikke HD), vist med 30 bilder i sekundet. Selve hjertet i fremviseren er en optisk brikke som ligner et objektglass i mikroskop. Denne lagde Daniel Smalley for omtrent 10 dollar, altså rundt 60 kroner.

Med andre ord er det ikke hologrambrikken som er den kostbare delen av produktet, da den er rimeligere enn både strømforsyningene og hardplasten som brukes i prototypen.

Konseptet
Når lys treffer et objekt med ujevn overflate, slår det tilbake i en rekke ulike vinkler, slik at ulike deler av objektet vises fra ulike vinkler. I et hologram går en lysstråle gjennom en frynset diffraksjonsskive, som bøyer lyset slik at det dukker opp ved en rekke ulike vinkler.

En måte å gjengi holografisk video på er å lage diffraksjonsskiver fra mønstre som vises på en ellers gjennomsiktig skjerm. Problemet er at pikslene fra diffraksjonsmønsteret må være like små som bølgelengden fra lyset de skal bøye, altså 400-700 nanometer, hvilket er uhorvelig vanskelig å få til. For ordens skyld: det 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 til å lage videohologram ved en ny metode, kalt akustooptisk modulasjon, hvor presist utformede lydbølger sendes gjennom et stykke gjennomsiktig materiale. Lydbølgene klemmer og strekker materialet, og forandrer dets brytningskarakter. Sender du så en lysstråle gjennom det, bøyes den av materialet, som igjen er påvirket av lydbølgene.

Bentons mest moderne fremviser, ved navn Mark-II, benyttet akustooptisk modulasjon av et krystall laget av et dyrt materiale kalt tellurdioksid. Og selv om dette var den største biten tellurdioksidkrystall noensinne formet, klarte den ikke en oppløsning i nærheten av den til vanlig TV.

Mindre krystall
For å få til et hologram med høyere oppløsning har Smalley tatt utgangspunkt i Bentons konsept, men skiftet ut krystallet til et mye mindre, av et materiale kalt litiumniobat. Under krystallet har han laget mikroskopiske kanaler, bølgeledere, som kontrollerer lyset som vandrer gjennom dem. På hver bølgeleder sitter en elektrode av metall som kan generere en lydbølge.

Hver bølgeleder korresponderer til en rad piksler i det endelige bildet. I Mark-II måtte tellurdioksidkrystallen være stor nok til at lydbølgene som lagde hver sin separate linje i hologrammet, var godt isolert fra hverandre. I Smalleys brikke, kan bølgelederne med sine individuelle elektroder pakkes bare mikrometre fra hverandre.

Håndtering av fargene
Lysstråler med rødt, grønt og blått lys sendes gjennom hver sin bølgeleder, og frekvensene på lydbølgene som går gjennom krystallet bestemmer hvilke farger som passerer og hvilke som filtreres bort. Skal for eksempel rødt og blått blandes for å lage lilla, trenger man ikke en separat bølgeleder for hver farge – man endrer bare lydbølgemønsteret.

Funker også til 2D
Og det er hva som separerer den nye brikken fra andre. Inntil nå har man måtte håndtere rødt, grønt og blått lys separat. Hver piksel i et vanlig LCD TV-panel, har tre fargefiltre i seg, for henholdsvis rød, grønn og blå farge. Å ha tre underpiksler i hver piksel på denne måten betyr at to tredjedeler av lysstyrken forsvinner i hver piksel. I tillegg gjør dette at må man velge mellom å redusere enten oppløsningen eller hastigheten som modulatoren kan operere i. Hadde dagens todimensjonale TV-skjermer i stedet benyttet bølgelederteknologien til Daniel Smalley, kunne de hatt både høyere lysstyrke og enda høyere oppløsning.

Kommersielt tilgjengelig
Dessuten er en slik bølgelederteknologi allerede i bruk i kommersiell optisk elektronikk. Teknologien nødvendig for å lage de nødvendige bildebrikkene er allerede på plass, i følge Daniel Smalley.

– En av de store fordelene her er at du kan bruke alle verktøyene og teknikkene i integrert optikk, sier han. – Ethvert problem vi nå møter innen holografiske videofremvisere, kan vi føle oss sikre på at det finnes et sett med verktøy for å angripe det, på relativt enkelt vis.

Smalley tror dette er teknologien som kan snu spillet.

Kilde:
MIT

nature.com