Wer heute dreidimensionale Bilder oder Filme sehen will, muss meist spezielle Brillen tragen, in einem bestimmten Winkel zur Leinwand sitzen oder sich auf eine Farbe beschränken. Mit einer neuen Technik erzeugen Forscher des japanischen Forschungsinstituts RIKEN nahe Tokio nun Hologramme, die aus allen Blickwinkeln betrachtet dreidimensionale Farbbilder liefern – fast wie das Original.

Freie Elektronen in Metalloberflächen lassen sich mit Hilfe von Lichtwellen zu kollektiven Dichteschwingungen anregen, die sich parallel zur Oberfläche ausbreiten. Die Anregung dieser so genannten Oberflächenplasmonen ist dabei stark vom Einfallswinkel des Lichts abhängig, was sich Satoshi Kawata und sein Team nun zu Nutze machten. Zunächst nehmen sie mit konventionellen Methoden ein Hologramm auf: Sie beleuchten das abzubildende Objekt mit rotem, grünem und blauem Laserlicht aus jeweils drei Richtungen und überlagern das reflektierte Licht mit einem Referenzstrahl. Das so entstehende Interferenzmuster enthält Informationen über Phase sowie Amplitude der gestreuten Lichtwellen und lässt sich auf einer holografischen Platte aus einem lichtempfindlichen Material speichern.

Unter diesem Hologramm befestigen die Forscher eine Glasscheibe, darüber bringen sie einen nur 55 Nanometer dünnen Silberfilm auf. Dann beleuchten sie die Glasplatte von unten gerade so mit weißem Licht – zusammengesetzt aus allen Spektralfarben des sichtbaren Lichts –, dass eine Totalreflexion auftritt. Da die Amplitude der Lichtwellen hinter dem Glas nicht sofort auf null abfällt, kann man damit noch Oberflächenplasmonen in der angrenzenden Metallfläche anregen. Die Frequenz der Schwingungen wird dabei durch den Winkel des einfallenden Lichts festgelegt und lässt sich im Vorfeld berechnen.

Die angeregten Oberflächenplasmonen werden durch das Hologrammgitter gebeugt, wobei wieder Lichtwellen emittiert werden – die nun allerdings in alle Richtungen laufen und die Wellenfront des eingangs aufgenommenen Objekts rekonstruieren, berichten Kawata und seine Kollegen. Indem die Wissenschaftler ihr Hologramm aus drei bestimmten Winkeln beleuchten und damit Oberflächenplasmonen mit bestimmten Frequenzen anregen, können sie blaue, grüne und rote Farben auf dem "Bildschirm" erzeugen. Dem Betrachter des Plasmonenhologramms erscheint so ein dreidimensionales, farbiges Abbild des Objekts – unabhängig vom Blickwinkel. (mp)