利用反射全息实现计算全息三维显示

计算全息和光学全息都可应用于三维显示,但各有自己的优势和缺陷.将计算全息和光学反射全息相结合,可以突破光学全息对记录物体的限制,进行虚拟物体或自然场景的全息图的制作,同时可以实现白光再现.本文首先用三维扫描仪获得实际物体的三维数据,用"点云算法"模拟得到其菲涅耳全息图透射率数据,采用计算全息打印机将其输出于全息记录介质,得到可光学再现的菲涅耳计算全息图H1.然后将H1作为光学全息的记录物体进行反射全息记录,将平面全息转化为体全息,实现了计算全息白光再现.     

利用反射全息实现计算全息三维显示

计算全息和光学全息都可应用于三维显示,但各有自己的优势和缺陷.将计算全息和光学反射全息相结合,可以突破光学全息对记录物体的限制,进行虚拟物体或自然场景的全息图的制作,同时可以实现白光再现.本文首先用三维扫描仪获得实际物体的三维数据,用"点云算法"模拟得到其菲涅耳全息图透射率数据,采用计算全息打印机将其输出于全息记录介质,得到可光学再现的菲涅耳计算全息图H₁.然后将H₁作为光学全息的记录物体进行反射全息记录,将平面全息转化为体全息,实现了计算全息白光再现.     

实时全息三维显示技术研究进展

全息三维显示技术能有效地重建三维物体的波前，并为人眼提供完整的深度线索，已经成为三维显示领域的研究热点。相比于光学全息，计算全息通过计算机模拟全息图的记录过程，并采用可刷新的空间光调制器替代传统的光学记录材料作为全息图的承载媒介，因而成为理想的实现实时全息三维显示的技术方案。然而，复杂三维场景数据量巨大、空间光调制器调制能力不足以及全息三维显示系统展示度不高等问题仍阻碍了实时全息三维显示的发展。为了克服这些不足，研究者们在算法和硬件两方面做出了许多创新工作。本文综述了实时全息三维显示的进展。首先概述了全息术的基本原理和发展简史，接着详细介绍了全息图快速计算方法和针对现有空间光调制器的波前编码方法，然后讨论了深度学习对实时全息三维显示做出的贡献并介绍了一些典型的全息显示系统，最后对实时全息三维显示的未来发展进行了展望。     

计算机制半周视彩色彩虹全息体视图

全息体视图(HS)是一种可加速计算的全息图，能够实现单色全息三维(3D)显示，将其与彩色彩虹全息相结合并实现允许多人围观的半周视彩色彩虹全息3D显示具有实际应用价值。在HS计算原理的基础上，设计单元全息图侧视角及视场角等参数，通过频域复用获得包含红色、绿色和蓝色信息的单元全息图的频谱，对频谱进行傅里叶逆变换后取实部得到该单元全息图，所有单元全息图的组合形成完整的半周视彩色彩虹HS。通过并行加速计算的方法实现分辨率为200800 pixel×200800 pixel、尺寸为64 mm×64 mm的高分辨率半周视彩色彩虹HS仅需15.15 min。采用反射照明的方式进行光学再现，实现了允许多人同时观看的清晰的彩色全息3D显示，其有望应用于3D军事地图、3D沙盘等领域。     

记录飞秒级超快动态过程的脉冲数字全息技术

采用脉冲数字全息技术实现对飞秒级超快动态过程的数字显微全息记录.其中，全息记录系统将单脉冲分割成具有飞秒至皮秒量级时间延迟的角度相同的物光子脉冲序列和具有同样时间延迟的角度不同的参考光子脉冲序列，并以空间角分复用的方式在普通CCD的一帧图像上记录下包含多张子全息图的复合全息图，然后通过数字傅里叶变换和数字滤波的方法，分别再现出每张子全息图所记录的图像.通过对飞秒激光激发空气电离过程的全息记录，获得了具有飞秒时间分辨的等离子体形成和传播过程的动态图像. 关键词： 超短脉冲激光 飞秒全息 脉冲数字全息 空间角分复用     

动态全息三维显示研究最新进展

全息三维显示是真三维显示技术, 其原理是利用光学干涉记录和衍射再现将物体或场景的三维信息全部重建出来, 所以观看全息三维图像与观看真实物体或场景的效果一样. 近期全息研究领域有一些突破性的成果被报道, 将推动全息显示的应用不断走向成熟. 本文将重点介绍基于光学材料和空间光调制器为全息图承载载体的动态全息三维显示最新发展状况. 虽然动态全息三维显示研究仍然存在挑战, 但最近研究中已经利用光学材料实现了实时动态全息三维视频显示, 这为未来实现大尺寸、高分辨率、彩色全息真三维视频显示提供了可能.     

多平面全息三维显示及其噪声消除研究

基于层析法和Gerchberg-Saxton迭代算法,计算得到了多个平面构成的三维物体的计算全息图,并将该计算全息图加载于空间光调制器上,获得了具备全视差的三维立体显示。基于以上方法,对灰度图像进行显示,获得了较高的像质。构建了由100个平面组成的立方体,获得了立方体的三维图像。另外,在计算全息图时附加了相位平移函数,消除了由空间光调制器的栅格结构引起的多重衍射像噪声,将能量利用效率提高到原来的379%。这样,可获得高衍射效率、高像质且具备全视差的三维全息显示。     

动态数字彩虹全息显示的研究

提出一种动态数字彩虹全息显示术，该技术将计算机制全息术和动态双视彩虹全息合成术相结合，根据彩虹全息的基元全息图为“线全息图”以及双眼立体视觉的特点，计算物点的线全息图上两个片断，使得两个全息图片断分别对应左右眼视图，同时对彩虹全息图的狭缝像进行横向分割，使得不同区域成为物体不同姿态的视窗，从而达到动态显示的效果.给出了数字动态全息的计算方法，并得到了初步的实验结果.     

圆柱型层析计算全息技术研究

研究了三维物体圆柱型层析计算全息技术:分别将不同深度三维物体的圆柱截面与对应的点扩展函数进行卷积后叠加获得位于全息面的物光场分布，并与参考光干涉获得计算全息图，再现该全息图可对原物体实现360°观测。首先建立三维物体圆柱型层析计算全息模型，推导系统点扩展函数与不同方向采样间隔所需满足的条件；然后通过理论与实验分析了物体不同圆柱截面半径、波长对空间频率和系统传递函数的影响，采用峰值信噪比和均方误差来评价再现图质量；最后对三维地球模型采用圆柱型层析计算全息编码，再现了不同观察角度与深度的信息。仿真结果表明，该方法对于一般三维物体360°全视场显示具有较高的应用价值。     

利用空间光调制器实现计算全息三维显示

针对目前三维物体计算全息算法数据量大、计算速度慢及共轭像影响再现效果问题,提出一种全息体视图计算方法。根据人眼双目视差立体视觉原理,由摄像机获取三维物体不同角度的二维序列视差图像,通过计算全息算法得到多视角全息图,合成三维物体全息体视图。在迭代傅里叶变换算法的基础上,采用预设初始相位并增加反馈因子的方法,提高相息图的计算效率。基于液晶空间光调制器构建光学系统,对计算的全息体视图进行了光学再现。结果表明:该方法有效地排除了共轭像的干扰,相息图的迭代计算效率提高30%以上,再现图像与目标图像的结构相似度大于0.85。     

红敏聚乙烯醇/丙烯酰胺体系光致聚合物全息记录材料的空间分辨力增强研究

针对目前聚乙烯醇/丙烯酰胺体系光致聚合物材料的空间分辨力不高的问题,提出了一种采用低相对分子质量的聚乙烯醇作为成膜剂来改进光致聚合物分辨力的新方法.采用不同相对分子质量(72000,15000,9000)的聚乙烯醇成膜剂制成光致聚合物,对其衍射效率和空间分辨力等指标进行了对比实验.实验表明选用低相对分子质量(9000)的成膜剂可将该体系光致聚合物的分辨力提高到3000 line/mm以上,实验中仅需40 mJ/cm2左右的曝光量即可获得85%的衍射效率.另外,还对该材料的全息存储特性及其在角度复用全息存储方面的初步应用结果进行了报道.     

High speed holocinematography using spatial multiplexing for image separation

Up to eight holograms are successively recorded at maximum repetition rates of 20kHz. A multiply Q-switched ruby laser is used to produce the series of coherent light pulses for hologram exposure. All holograms are recorded on the same plate. Image separation of different holograms is achieved by spatial multiplexing using a rotating disk with apertures directly in front of the holographic plate. The performance of the technique is demonstrated by reconstructions of a hologram series taken of laser produced cavitation bubbles following optical breakdown in water.     

Visible reconstruction by a circular holographic display from digital holograms recorded under infrared illumination

A circular holographic display that consists of phase-only spatial light modulators is used to reconstruct images in visible light from digital holograms recorded under infrared (10.6?μm) illumination. The reconstruction yields a holographic digital video display of a three-dimensional ghostlike image of an object floating in space where observers can move and rotate around it.     

Shift multiplexing with a two-dimensional lens array

We propose a new shift multiplexing method to reduce the cross-talk noise and increase the holographic storage density. We use spherical waves emerging from a two-dimensional lens array as reference beams to multiple holograms. The theoretical results indicate that the sidelobes of the diffraction intensity can sharply be reduced to near-zero and the spatial separation of adjacent holograms can also be reduced, resulting in higher holographic storage density than conventional shift multiplexing methods.     

彩色全息显示中液晶空间光调制器位相调制偏差的矫正方法

采用三基色激光照明并结合时分复用或空间复用技术,可实现基于液晶空间光调制器(LC-SLM)的彩色全息显示.但由于在不同激光波长入射条件下LC-SLM的位相调制特性曲线不同,难以同时满足多波长入射条件下2π线性位相调制的要求,致使彩色全息再现结果受到共轭像和零级斑的干扰.针对该问题,本文通过实验测试获得LC-SLM在不同波长入射时的位相调制特性曲线,并分析了RGB激光器各分量的位相调制特性曲线非线性偏差和调制幅度偏差对多阶位相型傅里叶变换相息图再现效果的影响.根据"查表法"建立了各波长入射条件下满足2π线性位相调制的灰度映射关系,并对RGB分量相息图进行修正.通过对修正前后RGB分量相息图的数值模拟再现和光电再现实验与分析,结果表明:该方法有效地克服了LC-SLM位相调制特性曲线偏差的不利影响,从而改善了彩色全息显示中各分量相息图的再现质量.     

Color holographic display based on azo-dye-doped liquid crystal (Invited Paper)

A multiplexed holographic display video has been achieved by using a passive azo-dye-doped liquid crystal （LC） cell. Holograms formed in this cell can be refreshed in the order of several milliseconds. By angular multiplexing technique, dynamically multiplexed holographic videos are realized. Moreover, the reconstructed RGB images are merged into a color image, which illustrates the possibility of a color holographic three-dimensional （3D） display by holographic multiplexing of the LC cell.     

Efficient and flexible laser beam scanners constructed from volume holograms

We combine the scan flexibility of computer-generated holographic laser beam scanners with the high diffraction efficiency of volume phase holograms to produce a new type of “holo-scanner”. The scanner-hologram consists of numerous, small, volume hologram facets recorded in dichromated gelatin films and produces an arbitrary output pattern with greater than 90% light efficiency. Experimental results from discrete point, continuous line, and 3-D scanners are shown. Multi-wavelength scanners are also considered. This paper is based on the concepts presented in the preceding paper on “computer-interferometric holograms used for laser beam scanners”.     

Super-parallel holographic correlator with optical fixing

Seven thousand five hundred holograms are stored in 15 locations within a bar of Zn:Mn:Fe:LiNbO₃, using a signal beam that propagates along the long axis of the bar. At each location, angular multiplexing is performed with the reference light changing its orientation in two-dimensional space. The same angular multiplexing is repeated at different locations along the long axis of the Zn:Mn:Fe:LiNbO₃ bar. When operating as a holographic correlator, an input image is compared simultaneously with the records stored in all locations within the bar and is recalled accurately.     

绿敏光致聚合物的制备及其光全息存储性能研究

报导了一种新型的对绿光敏感的光致聚合物材料。该材料以丙烯酰胺为单体，由光引发剂，共引发剂，成膜物等组成。本材料记录的全息图衍射效率可达55％。在光聚物上采用角度复用技术存储了10幅图像，得到的再现像信噪比较高。说明该材料适合于大容量体全息存储。     

利用菌紫质薄膜进行角度复用和偏振复用全息存储实验研究

全息光存储以其高密度、大容量、高速并行数据存取而成为光存储领域的一个重要研究方向。生物光致变色材料———菌紫质是一种新型可擦重写全息记录介质。实验证明了使用菌紫质薄膜进行角度复用和偏振复用全息存储的可行性。利用菌紫质的光致变色特性,采用90°角度复用全息存储光路,在BR-D96N薄膜样品同一位置上实现了6幅全息图存储,并分别读出了无串扰的再现像。利用菌紫质薄膜的光致各向异性进行了偏振复用全息存储,在BR-D96N薄膜样品的同一位置上存储了两幅正交偏振光记录的图像,用原参考光再现和偏振片选择,可分别读出这两幅图像。