Laserchip macht Holografie-TV möglich

Wer künftig vor dem Fernseher sitzt, dem begegnen die Helden der Filme zum Greifen nah, dreidimensional und mitten im Raum. Ganz ohne lästige Spezialbrille und mit besserer Schärfe und Tiefenwirkung, als dies bisher schon möglich ist. Das jedenfalls ist die Vision von Elektronikkonzernen wie LG aus Südkorea. Möglich werden soll dies durch Holografie-Technologie. Den ersten Laserchip dafür haben deutsche Forscher jetzt entwickelt.

Um einen dreidimensionalen Bildeindruck zu erzeugen, nutzt die Holografie die Wellennatur des Lichts. Denn abhängig davon, welche Strecke ein Lichtstrahl zurücklegt, trifft er in unterschiedlicher Phase auf ein Objekt – mal mit einem Wellenberg, mal mit einem Tal oder einem Zustand dazwischen. Bei einer Holografie erzeugen die Lichtstrahlen je nach ihrer Phase einen etwas anderen Bildeindruck – und damit die Illusion räumlicher Tiefe.

Laser in RGB

Das funktioniert aber nur mit Laserlicht, weil nur dieses die nötige Kohärenz besitzt, seine Lichtwellen schwingen auch in großer Entfernung von der Quelle noch im erforderlichen Gleichtakt. „Dafür werden möglichst kompakte und leistungsstarke Laser gebraucht, die eine sehr gute Strahlqualität haben und eine schmale spektrale Bandbreite“, erklärt Katrin Paschke vom Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH). „Alle diese Eigenschaften unter einen Hut zu bekommen, ist gar nicht so einfach, noch dazu bei drei verschiedenen Lasertypen.“

Denn für das 3D-Fernsehen werden sogenannte RGB-Lichtquellen gebraucht, in Rot, Grün und Blau. Und noch ist die Laser-Technologie nicht für alle diese Farben gleich weit entwickelt. Deshalb hat sich der koreanische Elektronikkonzernen LG mit dem koreanischen Unternehmen QSI und dem Ferdinand-Braun-Institut zusammengetan, um dies voranzubringen.

Leistungsfähige hybrid-integrierte Diodenlaser-Module für die Displaytechnologie. © FBH/ P. Immerz

Laserchip mit Gittermuster

„Bei Rot sind wir am FBH weltweit die ersten, die diese Art von Laserchip gut herstellen können“, sagt Paschke. In diesen nur wenige Quadratmillimeter großen Chips sind leitende und halbleitende Materialien übereinander geschichtet. Das Laserlicht selbst entsteht in der aktiven Laserschicht; darüber werden Gräben geätzt, um den Strahl zu formen. Für 3D-Fernseher müssen Strahlqualität und Kohärenzlänge noch weiter verbessert werden, wobei letzteres gleichbedeutend ist mit einer Reduzierung der spektralen Bandbreite.

Um dies zu erreichen, arbeiten die FBH-Forscher mit einem Trick: Sie nutzen ein Gitter, das als Wellenlängenfilter operiert und so eine bestimmte Wellenlänge verstärkt und die anderen unterdrückt. Um den Laseraufbau möglichst kompakt zu halten, wird auch das Gitter in die Schichtstruktur des Lasers geätzt. Prinzipiell sind mit diesen Lasern sehr hohe Leistungen möglich, die allerdings auch zu einer Belastung für das Material werden können: es droht zu schmelzen.

„Also erzeugen wir weniger Leistung im Laser selbst und verstärken diese dafür mit einem nachgeschalteten Verstärker, ebenfalls ein Halbleiterkristall“, erläutert Paschke. Ein Mikroisolator zwischen Laser und Verstärker sorgt außerdem dafür, dass an weiteren optischen Elementen wie Linsen rückgestreute Strahlung blockiert wird, um die spektrale Qualität nicht zu zerstören.

Erster Chip ist fertig

Der Laserchip für das 3D-Fernsehen ist gerade in der Prozesstechnik fertig geworden und wird nun ausgiebig getestet, ebenso der Verstärker. Später wird alles in einem Ensemble von der Größe einer Streichholzschachtel untergebracht sein. Bis die FBH-Laser ihren Dienst in den neuartigen 3D-Fernsehern versehen, dürften allerdings noch einige Jahre vergehen.

Um den enormen Rechenaufwand, den die Holografie benötigt, im Rahmen zu halten, soll nicht das gesamte Bild in ein Hologramm umgesetzt werden, sondern nur der Bildausschnitt, den ein Zuseher gerade betrachtet. Wohin er schaut, registrieren Kameras, so dass die Zuschauerzahl zunächst auf fünf beschränkt sein wird.

(Forschungsverbund Berlin e.V., 16.04.2014 – NPO)