De potentiële toepassingen van driedimensionale (3D) digitale hologrammen zijn enorm. Naast kunst en amusement, verschillende gebieden, waaronder biomedische beeldvorming, wetenschappelijke visualisatie, technisch ontwerp, en displays kunnen profiteren van deze technologie. Bijvoorbeeld, het maken van orgels op ware grootte voor 3D-analyse door artsen kan nuttig zijn, maar het bleef een uitdaging vanwege de beperking van technieken voor het genereren van hologrammen.

Een onderzoeksteam onder leiding van professor YongKeun Park van de afdeling Natuurkunde van het Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) heeft een oplossing bedacht en een 3D-holografisch display ontwikkeld dat meer dan 2, 600 keer beter dan bestaande 3D holografische displays. Deze studie zal naar verwachting de beperkte grootte en kijkhoek van 3D-beelden verbeteren, die een groot probleem waren van de huidige holografische displays. Het onderzoek is online gepubliceerd in Natuurfotonica op 23 januari, 2017.

3D hologrammen, die vaak voorkomen in sciencefictionfilms, zijn een bekende technologie voor het publiek, maar hologrammen in films worden gemaakt met grafische computereffecten. Methoden voor het maken van echte 3D-hologrammen worden nog bestudeerd in het laboratorium. Bijvoorbeeld, vanwege de moeilijkheid om echte 3D-beelden te genereren, recente virtual reality (VR) en augmented reality (AR) apparaten projecteren twee verschillende tweedimensionale (2D) beelden op een kijker om optische illusies op te wekken.

Om een ​​3D-hologram te maken dat kan worden bekeken zonder speciale apparatuur zoals een 3D-bril, het golffront van licht moet worden gecontroleerd met behulp van golffrontmodulatoren zoals ruimtelijke lichtmodulatoren (SLM's) en vervormbare spiegels (DM's). Een golffrontmodulator is een optisch manipulatieapparaat dat de richting van lichtvoortplanting kan regelen.

Echter, de grootste beperking bij het gebruik van deze modulatoren als 3D-schermen is het aantal pixels. Het grote aantal pixels dat in de afgelopen jaren is verpakt in displays met hoge resolutie, is geschikt voor een 2D-beeld, en de hoeveelheid informatie in die pixels kan geen 3D-beeld produceren. Om deze reden, een 3D-beeld dat kan worden gemaakt met bestaande wavefront-modulatortechnologie is 1 cm groot met een smalle kijkhoek van 3 graden, wat verre van praktisch is.

Als een alternatief, KAIST-onderzoekers gebruikten een DM en voegden twee opeenvolgende holografische diffusers toe om licht te verstrooien. Door licht in vele richtingen te verstrooien, dit zorgt voor een bredere kijkhoek en groter beeld, maar resulteert in volume spikkelvelden, die worden veroorzaakt door de interferentie van meervoudig verstrooid licht. Willekeurige volume-spikkelvelden kunnen niet worden gebruikt om 3D-beelden weer te geven.

Het probleem oplossen, de onderzoekers gebruikten een golffront-vormende techniek om de velden te beheersen. Als resultaat, ze zijn erin geslaagd een verbeterd 3D-holografisch beeld te produceren met een kijkhoek van 35 graden in een volume van 2 cm lang, breedte, en hoogte. Dit leverde een prestatie op van ongeveer 2, 600 keer sterker dan de oorspronkelijke beelddefinitie die werd gegenereerd toen ze een DM zonder diffuser gebruikten.

Professor Park zei:"Vroeger werd aangenomen dat verstrooid licht de herkenning van objecten verstoort, maar we hebben aangetoond dat de huidige 3D-schermen aanzienlijk kunnen worden verbeterd met een grotere kijkhoek en beeldgrootte door het verstrooide licht goed te beheersen."

Hyeonseung Yu, wie is de hoofdauteur van dit onderzoeksartikel en een promovendus bij de afdeling Natuurkunde, KAIST, merkte op dat deze technologie een goede start vormt voor de ontwikkeling van een praktisch model voor dynamische 3D-hologramweergaven waarvan kan worden genoten zonder dat een speciale bril nodig is. "Deze benadering kan ook worden toegepast op AR- en VR-technologie om de beeldresolutie en kijkhoeken te verbeteren, " voegde Yu toe.