Durchbruch bei der Weiterentwicklung holographischer Speichermedien

22.08.2002 - (idw) VolkswagenStiftung

Nature-Veröffentlichung am 29. August 2002 zu einem von der VolkswagenStiftung mit 533.500 Euro geförderten Vorhaben aus der Photonik

Hologramme sind als Sicherheitsmerkmal auf Scheckkarten und Banknoten weit verbreitet und werden auch als Kunstobjekte geschätzt. Holographische Datenspeicher mit sehr hohen Speicherdichten werden als Ersatz für CD, DVD und Festplatten erforscht. Abgesehen von diesen etablierten Anwendungen beziehungsweise Anwendungszielen gibt es auch einige weniger bekannte, jedoch nicht minder interessante Technologien. Diese basieren auf wiederbeschreibbaren, jedoch nicht auf Dauer angelegten holographischen Speichermedien.

Eine dieser Technologien ist das zeitlich "getaktete" holographische Abbilden, das time gated holographic imaging (TGHI). Es erlaubt das Abbilden bestimmter Strukturen von streuenden Medien wie zum Beispiel der Haut. Auf diese Weise ist eine zerstörungsfreie dreidimensionale Abbildung der äußersten wenigen Millimeter - mit einer seitlichen Auflösung von wenigen Mikrometern - möglich. Entsprechend erhält man ein medizinisches Diagnoseverfahren vergleichbar etwa der Computertomographie. Doch während bei Letzterer Röntgenstrahlung zum Einsatz kommt, nutzt TGHI Licht - und ist somit völlig ungefährlich. Untersuchungen am lebenden Objekt sind folglich möglich. Um das Absorptionsminimum der Körperoberfläche zu nutzen, wird das Gewebe dabei Licht ausgesetzt, dessen Wellenlänge im nah-infraroten (NIR) Spektralbereich liegen muss: also bei 700 bis 900 Nanometern.

Entscheidende Bedeutung kommt den eingesetzten Materialien für das holographische Speichermedium zu. Eine für TGHI-Anwendungen viel versprechende Klasse reversibler holographischer Speichermedien sind organische photorefraktive Materialien. Der begrenzende Faktor bisheriger so genannter photorefraktiver Polymerkomposite war deren zu langsame Aufzeichnungsgeschwindigkeit: bei kleinen Laserintensitäten lagen diese im Bereich von einigen Sekunden. Überträgt man dies auf denkbare Untersuchungen unter Einsatz von TGHI, so dauerten diese viele Minuten - für medizinische Anwendungen inakzeptabel. Ziel der Forschung sind daher Materialien, die Aufzeichnungszeiten im Millisekunden-Bereich ermöglichen.

Die Empfindlichkeit dieser photorefraktiven Polymere zu verbessern ist seit einigen Jahren Forschungsziel eines von Professor Dr. Klaus Meerholz an der Universität München geleiteten Wissenschaftlerteams (seit neuestem arbeitet die Gruppe an der Universität zu Köln). Die Arbeiten werden im - inzwischen beendeten - Schwerpunkt "Photonik" der VolkswagenStiftung mit insgesamt 533.500 Euro gefördert sowie durch die European Space Agency. In Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern um den ebenfalls von der Stiftung unterstützten Professor Dr. Hans-Heinrich Hörhold von der Universität Jena und Professor Dr. Kees Hummelen von der Reichsuniversität Groningen in den Niederlanden stellten die Forscher jetzt ein neues, für das time gated holographic imaging sehr viel versprechendes Material vor (vgl. Mecher et al., Nature, 29. August 2002).
------------------------------------------------------------
Kontakt Projekt
Professor Dr. Klaus Meerholz
Universität zu Köln
Institut für Physikalische Chemie
Luxemburger Straße 116
50939 Köln (Lindenthal)
Mobiltelefon: 01 63/2 69 69 72
E-Mail: klaus.meerholz@uni-koeln.de
-----------------------------------------------------
In diesem Material ist zwar die Aufzeichnungsgeschwindigkeit durch die Erzeugung der Ladungsträger begrenzt, allerdings kann dieses Limit durch gezielte Vorbeleuchtung des Mediums vor dem Einschreiben des Hologramms (sogenanntes "gating") "ausgetrickst" werden. Durch die Vorbeleuchtung wird etwas ganz Entscheidendes erzeugt: eine gleichmäßige Verteilung der Ladungsträger im Medium. Diese werden während des eigentlichen Schreibprozesses durch die modulierte Beleuchtung mit dem NIR-Interferenzmuster nur noch umverteilt. Dieser Ablauf ist deutlich schneller als die Erzeugung und Umverteilung der Ladungsträger mit dem Interferenzmuster alleine. Die Vorbeleuchtung ist besonders effizient, wenn kurzwelliges Licht verwendet wird, da dieses vom Material stärker absorbiert wird.

Insgesamt konnten die Wissenschaftler die Empfindlichkeit deutlich verbessern: um etwa eine Größenordnung relativ zu bislang bekannten Materialien. Mit dem neuen Material und der Vorbeleuchtungstechnik demonstrierten sie die Aufnahme eines bewegten Objektes mit Videorate (dreißig Bilder pro Sekunde) bei kleiner NIR-Schreibintensität. "Die Verwirklichung eines TGHI-Gerätes mit diesem neuen Speichermedium", sagt Professor Dr. Klaus Meerholz, "erscheint viel versprechend".

Hinweis für Journalisten: Wir halten für Sie einen dreiseitigen Text bereit, in dem Professor Klaus Meerholz Verfahren und Hintergründe näher beschreibt.
------------------------------------------------------------
Kontakt VolkswagenStiftung:
Presse- und
Öffentlichkeitsarbeit
Dr. Christian Jung
Telefon: 05 11/83 81 - 380
E-Mail: jung
@volkswagenstiftung.de
------------------------------------------------------------
Kontakt Förderinitiative VolkswagenStiftung:
Dr. Ulrike Bischler
Telefon: 05 11/83 81 - 350
E-Mail: bischler@volkswagenstiftung.de
------------------------------------------------------------