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全息术:3D 显示的未来
来源: | 作者:4SHQ | 发布时间: 720天前 | 1733 次浏览 | 分享到:


1. 全息3D信息计算(computation)


计算机数字全息(Computed Generated Holograms, CGH)的出现极大地推动了全息计算的发展。利用基尔霍夫和菲尼尔衍射理论计算由相位板在特定衍射距离上产生任意图像。但是1015b/s 级别(720p video)的数据比特率需求让计算变得庞大且耗时。而这需要更为简洁的全息计算算法,并且对应的针对全息计算的特定硬件平台也非常必要。


2. 全息信息传输(transmission)


因为超大的数据传输需求,建立有效的数据传输网络模型,无失真的衍射数据压缩算法非常重要。


3. 全息信息更迭生成(reproduction)

为了生成高质量的全息图形,以3×1015b/s 比特率为例,大概需要23万个4K 空间光调制器(SLM),15000台电脑来处理对应的数据,这些听起来很荒唐的数字再一次体现了全息3D显示的实现难度之大。全息数据生成器件和方法通常可分为以下几类:

  1. 硅基集成的液晶调制器(liquid crystal on silicon,LCoS SLM):分辨率高,但液晶的刷新速率低。
  2. 微机电系统(MEMS):刷新率快,高集成度,但目前器件效率低。德州仪器处于领先地位,其下一代的高效率的相位调制器也正在研发。
  3. 研发可实时刷新的全息材料:比如光折变聚合物,声光材料。
  4. 相位阵列光子集成芯片:微纳尺度的相位阵列由一系列光波导组成并实现晶圆尺寸的大规模集成。如图3,这些相位阵列通过片上的声光或热光调制器来改变其相位,并用光栅耦合出射。其优点是快速,相位易控制,片上大规模集成。缺点是相位分辨率较低,导致有较大的衍射旁瓣。


图3:大规模集成相位阵列

目前还没有哪一个技术可以同时满足高分辨,高数据量生成且集成度高的需求。

全息仍被认为是实现理想3D 显示的最终技术。虽然目前还没有成熟完善的解决方案,但这无法掩盖人们为其所做出的巨大贡献,科学家们正前所未有地将项技术变成现实。


论文信息


Blanche. Light: Advanced Manufacturing (2021)2:28
https://doi.org/10.37188/lam.2021.028



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本文编辑 | 赵阳