Bei Augmented-Reality-Brillen muss das von einem kleinen Bildschirm erzeugte Bild das Auge erreichen, ohne die reale Welt zu verdecken. Eine Lösung besteht darin, das Licht in eine transparente Platte einzukoppeln. Es bewegt sich dann durch aufeinanderfolgende Reflexionen im Inneren dieser Platte, ähnlich wie in einer Glasfaser, bevor es zum Auge gelenkt wird.
Das Problem betrifft insbesondere die Farben. Ein vollständiges Bild besteht aus Rot, Grün und Blau, doch jede Farbe reagiert etwas anders. Deshalb fertigten die Forschenden drei unterschiedliche holografische Gitter an, die jeweils für eine dieser Farben bestimmt sind. Diese mikroskopischen Strukturen lenken das Licht in eine ausgewählte Richtung.
Die drei Gitter sind im selben Wellenleiter übereinandergestapelt. Jedes nimmt die Farbe auf, für die es entwickelt wurde, und leitet sie anschließend in die Platte. So können sich die drei Komponenten gemeinsam fortbewegen und wieder ein Farbbild erzeugen.
Um den Nutzen zu verstehen, muss man auch die Herstellung betrachten. Das Stapeln mehrerer optischer Schichten erfordert normalerweise eine sehr präzise Positionierung. Eine leichte Verschiebung kann den Weg der verschiedenen Farben beeinträchtigen. Das Team nutzte eine Methode zur Aufzeichnung von Hologrammen, bei der die Gitter direkt an ihrer vorgesehenen Position entstehen. Dadurch muss nicht jede Schicht nach der Herstellung separat ausgerichtet werden.
Eine weitere Besonderheit besteht darin, dass diese Herstellung während der Hologrammaufzeichnung kein Prisma benötigt. Die Forschenden geben an, den vollständigen Wellenleiter mit nur zwei Lasern hergestellt zu haben. Das Verfahren beruht auf einer optischen Anordnung, mit der die drei roten, grünen und blauen Gitter nacheinander aufgezeichnet werden können, während ihre Ausrichtung erhalten bleibt.
Der Laborprototyp übertrug anschließend Farbinformationen durch den Wellenleiter. Das Experiment bestätigt somit, dass die drei Schichten gemeinsam in einem System funktionieren können. Die Studie hebt vor allem eine hohe Beugungseffizienz hervor, also die gute Fähigkeit der Gitter, das Licht in die gewünschte Richtung zu senden, anstatt es zu verlieren.
In der Praxis kann eine bessere Nutzung des Lichts dazu beitragen, ein sichtbares Bild zu erzeugen, ohne die Leistung der Lichtquelle zu erhöhen. Dieser Punkt ist für batteriebetriebene Brillen wichtig, bei denen Stromverbrauch, Baugröße und Helligkeit direkt miteinander verbunden sind.
Der nächste Schritt wird daher darin bestehen, diese Architektur in weiterentwickelte Near-Eye-Displays zu integrieren. Die Forschenden verfügen bereits über einen Farbprototyp, doch der Übergang zu einem tragbaren Produkt wird insbesondere die Berücksichtigung des Sichtfelds, der Bildqualität und der Fertigungsanforderungen in größerem Maßstab erfordern.