中國(guó)科大光學(xué)提出一種超高密度3D全息投影的新方法

    自1956年丹尼斯·加博爾發(fā)明全息術(shù)以來(lái)，人們一直相信光學(xué)全息是實(shí)現(xiàn)裸眼3D顯示的理想途徑。但是動(dòng)態(tài)重構(gòu)逼真立體場(chǎng)景的三維全息顯示一直面臨重大挑戰(zhàn)，其中生成真實(shí)的三維全息圖（3D　hologram）是瓶頸問(wèn)題。真實(shí)的三維全息圖涉及對(duì)重構(gòu)物體深度信息的連續(xù)精密調(diào)控，全息圖深度信息調(diào)控能力越強(qiáng)，有效投影平面密度越高，人眼觀測(cè)到的重構(gòu)物體圖像就越逼真。動(dòng)態(tài)全息投影通常依賴空間光調(diào)制器（SLM）調(diào)制光場(chǎng)波前重構(gòu)物體圖像信息，然而即使采用最先進(jìn)的SLM，目前生成的全息圖深度調(diào)控能力也非常有限。此外，不同深度平面上圖像之間的串?dāng)_進(jìn)一步降低了全息投影的質(zhì)量。因此，投影平面深度分辨率低和平面間圖像串?dāng)_大成為產(chǎn)生逼真三維全息圖的兩個(gè)關(guān)鍵限制因素。

    近日，中國(guó)科大光學(xué)與光學(xué)工程系龔雷課題組與新加坡國(guó)立大學(xué)仇成偉教授、加拿大魁北克大學(xué)國(guó)家科學(xué)研究院　Jinyang　Liang　教授合作提出一種超高密度3D全息投影的新方法。

3D-SDH 實(shí)現(xiàn)逼真三維全息投影的概念圖

    團(tuán)隊(duì)將光散射引入到三維全息投影技術(shù)中，同時(shí)克服了傳統(tǒng)全息投影技術(shù)深度調(diào)控的兩個(gè)瓶頸問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了超高密度的三維動(dòng)態(tài)全息投影，研究成果以“Ultrahigh-density　3D　Holographic　Projection　by　Scattering-assisted　Dynamic　Holography”為題于2023年4月6日在線發(fā)表于國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《Optica》上。Optica出版集團(tuán)當(dāng)天以News　Release形式進(jìn)行了特別報(bào)道，該技術(shù)通過(guò)將更多深度信息融入到全息圖中，這種類型的全息圖可以更逼真地重構(gòu)三維圖像，用于虛擬現(xiàn)實(shí)和其它應(yīng)用。

    在此工作中，研究人員發(fā)明了一種散射輔助的三維動(dòng)態(tài)全息技術(shù)（Three-dimensional　scattering-assisted　dynamic　holography,　3D-SDH)。3D-SDH利用光的多重散射極大提高了光學(xué)系統(tǒng)可調(diào)控空間頻率的范圍，同時(shí)開(kāi)發(fā)散斑光場(chǎng)傳輸屬性降低不同深度平面光場(chǎng)的相關(guān)性，將基于菲涅爾全息的投影深度分辨率提高3個(gè)量級(jí)以上，同時(shí)極大抑制了不同投影平面間圖像的串?dāng)_。

    此外，光場(chǎng)的振幅、相位和偏振信息在散射過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了耦合，3D-SDH 進(jìn)一步通過(guò)單個(gè)數(shù)字全息圖實(shí)現(xiàn)了三維動(dòng)態(tài)偏振全息顯示。本研究提出的 3D-SDH 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高密度、低串?dāng)_、大視角的三維動(dòng)態(tài)全息投影，并且有望應(yīng)用于全息顯微成像、立體顯示、投影光刻、信息存儲(chǔ)、光學(xué)微操控等領(lǐng)域。

3D-SDH 和最先進(jìn)的三維計(jì)算全息（RV-CGH）方法的投影效果比較

    國(guó)際著名光電雜志《Laser　Focus　World》針對(duì)該技術(shù)發(fā)明背景及潛在應(yīng)用對(duì)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了郵件采訪，并做了特別報(bào)道。該雜志的網(wǎng)絡(luò)視頻節(jié)目Photonics　Hot　List也同步進(jìn)行了報(bào)道。

    中國(guó)科大光學(xué)與光學(xué)工程系博后余盼盼為論文的第一作者，中國(guó)科大龔雷副教授和新加坡國(guó)立大學(xué)仇成偉教授為論文的共同通訊作者。上述研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、安徽省自然科學(xué)基金委、合肥市自然科學(xué)基金委、中國(guó)博士后科學(xué)基金會(huì)以及中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)青年創(chuàng)新重點(diǎn)項(xiàng)目的資助。